陸 丹

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 210019）

為滿足我國道路交通和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的需要，截至2019 年，我國高速公路運(yùn)營里程突破14萬km。 隨著精準(zhǔn)扶貧、鄉(xiāng)村建設(shè)等國家戰(zhàn)略惠民政策的實(shí)施，我國公路工程還將繼續(xù)往山區(qū)發(fā)展建設(shè)。 到“十三五”結(jié)束，福建省已建成且運(yùn)營的高速公路里程將超6000 km，且“十四五”期間還將持續(xù)增加；對高邊坡而言，其高速公路運(yùn)營路塹高邊坡數(shù)量也已將近6000 處。

道路高邊坡工程具有數(shù)量多， 地質(zhì)條件變化大、地層差異大，地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)，高速公路高邊坡工程的施工安全問題也越來越突出，工程建設(shè)階段的安全管控和預(yù)防也越來越得到廣大工程建設(shè)者的高度重視，評估和防控高邊坡工程施工階段的安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患則顯得越來越重要和必要[1-2]。

1 安全分析評價(jià)方法

20 世紀(jì)80 年代開始至2005 年逐步建立和完善了滑坡風(fēng)險(xiǎn)評估研究和管理體系[3]，其研究主要集中于滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的穩(wěn)定性和可靠性等方面[4]。近年來，對于高邊坡工程的施工安全風(fēng)險(xiǎn)管控，隨著我國基建項(xiàng)目不斷增加，邊坡施工全過程的安全風(fēng)險(xiǎn)防控研究也隨之不斷開展[1-2]。

吳忠廣[3]、黃聰?shù)萚5]提出，高邊坡施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評估在分析施工安全因素的傳遞路徑的基礎(chǔ)上，開展施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)源辨識，并建立風(fēng)險(xiǎn)評估的指標(biāo)與體系，通過蒙特卡洛隨機(jī)抽樣，運(yùn)用概率分布檢驗(yàn)的方法對評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行分析和排序， 以此建立了施工安全風(fēng)險(xiǎn)評估的評估計(jì)算方法。

俞素平等[6]分析認(rèn)為高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評估需要通過層次分析法與模糊綜合評價(jià)法等評估方法相結(jié)合，并確定各評估指標(biāo)的分值和權(quán)重，計(jì)算過程較為復(fù)雜。 對此，提出采用突變級數(shù)評價(jià)法，依據(jù)相應(yīng)勢函數(shù)和適用的歸一化方法，逐層次計(jì)算從而實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的評價(jià)。

為了保障高速公路高邊坡的建設(shè)安全，交通運(yùn)輸部根據(jù)其施工安全的影響因素，于2015 年制定了《高速公路路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評估指南》（以下簡稱“《指南》”），《指南》推薦采用專家調(diào)查評估法和指標(biāo)體系法進(jìn)行安全隱患的評估工作[1-2]。

葉咸等[7]通過對《指南》的應(yīng)用分析，發(fā)現(xiàn)目前采用的指標(biāo)體系法在對評估指標(biāo)（《指南》推薦的11項(xiàng)評估指標(biāo)）的評估分值和權(quán)重排序上，人為性較強(qiáng)，過重依賴專家經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致工程進(jìn)度緩慢、可信度不高等情況；提出采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，編制計(jì)算程序進(jìn)行評估計(jì)算，實(shí)現(xiàn)評估指標(biāo)的評估計(jì)算。

羅競等[8]對采用專家調(diào)查法評估過程中，專家信心指數(shù)評判較為模糊等情況，提出了對信心指數(shù)進(jìn)行分級取值的思想；對指標(biāo)法提出了增加不良地質(zhì)條件、勘察設(shè)計(jì)適用性、施工方案等因素的評價(jià)方式，優(yōu)化了具體評估過程，提高了評估結(jié)果的可信度和可靠度。

分析上述關(guān)于高邊坡工程的施工安全風(fēng)險(xiǎn)評估研究，其主要研究集中于風(fēng)險(xiǎn)源辨識、評估指標(biāo)及評價(jià)方法的研究；2015 年交通運(yùn)輸部發(fā)布 《指南》以后，主要開展了優(yōu)化評估方式、評估指標(biāo)等的研究。

進(jìn)行施工安全風(fēng)險(xiǎn)評估，首先應(yīng)分析和評判工程施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)源和存在的潛在隱患，實(shí)現(xiàn)定性分析；其后通過對風(fēng)險(xiǎn)源的分析，制定針對性的評估指標(biāo)并進(jìn)行了數(shù)值化取值，以便于評估的量化計(jì)算分析；最后分析工程的實(shí)際安全隱患，根據(jù)評估計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，制定安全等級的評判標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)安全等級的定性判定。 該評估過程和評估指標(biāo)應(yīng)符合高邊坡安全施工影響因素要求，便于工程人員使用與理解； 評估指標(biāo)的評分應(yīng)細(xì)化分級， 依據(jù)邊坡理論和工程經(jīng)驗(yàn)歸類各影響因素，從而實(shí)現(xiàn)安全影響因素差異帶來分值差異，也便于工程生產(chǎn)應(yīng)用；評估計(jì)算方式應(yīng)物理意義明確，且計(jì)算簡單，通俗易懂。 交通運(yùn)輸部制定的《指南》[1-2]，推薦采用的專家調(diào)查評估法和指標(biāo)體系法均能較好地達(dá)到了上述要求。 通過全國的推廣試用，其評估思路和評價(jià)結(jié)果較好地幫助廣大工程技術(shù)人員更具體地處理風(fēng)險(xiǎn)并提高工程施工的安全性。

2 權(quán)重排序優(yōu)化分析

2.1 指標(biāo)體系法

高邊坡施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評估通常使用指標(biāo)體系法；其評估方法不考慮人為管理因素，主要根據(jù)邊坡施工過程中存在的5 類安全影響因素歸納為：建設(shè)規(guī)模、地質(zhì)條件、誘發(fā)因素、施工環(huán)境、資料完整性等。

同時(shí)，為了更好地對這5 大安全影響因素進(jìn)行分別評估，按高邊坡工程特點(diǎn)，將具體的評分指標(biāo)細(xì)化，其中建設(shè)規(guī)模細(xì)分為邊坡高度、坡形坡率，地質(zhì)條件細(xì)分為地層巖性、坡體結(jié)構(gòu)、地下水，誘發(fā)因素細(xì)分為施工季節(jié)、自然災(zāi)害的影響，施工環(huán)境細(xì)分為工程措施類型、周邊環(huán)境，資料完整性細(xì)分為地質(zhì)資料、設(shè)計(jì)文件等[1]（表1）。 在具體的邊坡工點(diǎn)評估過程中，依據(jù)邊坡工程各評價(jià)指標(biāo)的量化分類進(jìn)行專家評分。

表1 指標(biāo)體系法評估指標(biāo)

評估指標(biāo)分值確定后，需結(jié)合邊坡工點(diǎn)的具體情況，分析各影響因素（即11 項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)，但不一定全部參與評估）在具體工點(diǎn)中對施工安全隱患影響的大小程度，做出重要性排序，同時(shí)也確定了各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，最終進(jìn)行評估量化和風(fēng)險(xiǎn)等級評判。 《指南》推薦“按評估指標(biāo)重要性排序確定權(quán)重取值”的方法[1]，計(jì)算公式如式（1）所示。

式中：γ 為權(quán)重系數(shù)，n 為評估指標(biāo)（重要指標(biāo)）項(xiàng)數(shù)，m 為重要性排序號。

根據(jù)各自高邊坡的具體工況，對評估指標(biāo)進(jìn)行具體的評分和權(quán)重系數(shù)的確定，并計(jì)算總體風(fēng)險(xiǎn)評估的具體分值，計(jì)算公式如式（2）～（3）所示。 最終評估量化計(jì)算的結(jié)果，參照表2[1]判定其總體風(fēng)險(xiǎn)的安全等級。

式中：Rij為評估指標(biāo)取值，F(xiàn) 為邊坡總體風(fēng)險(xiǎn)評估分值。

表2 指標(biāo)體系法評估分級標(biāo)準(zhǔn)

綜合其安全評估方法， 評估指標(biāo)意義明確，分級取值評價(jià)準(zhǔn)確；采用層次分析法確定權(quán)重比例及專家經(jīng)驗(yàn)法確定權(quán)重排序等合適，其主要評估思路符合工程實(shí)際，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。 同時(shí)，針對具體使用階段，適合各區(qū)域的分值細(xì)化取值、權(quán)重量化確定等有待更進(jìn)一步分析。

2.2 權(quán)重排序優(yōu)化

通過對福建省高速公路高邊坡工程的施工安全風(fēng)險(xiǎn)評估工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，可知指標(biāo)體系法具有一定的優(yōu)勢性，即定量化程度與評估可信度高，并在工程中被廣泛應(yīng)用。 本文針對指標(biāo)體系法在工程應(yīng)用中存在的一些實(shí)施困難進(jìn)行優(yōu)化分析。

前文闡述的指標(biāo)體系法評估，主要依據(jù)對評估指標(biāo)的評分及其權(quán)重排序，通過計(jì)算結(jié)構(gòu)的分級判定確定邊坡的施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級。 對于評估指標(biāo)的權(quán)重排序，主要采用專家經(jīng)驗(yàn)法，其對邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級的評價(jià)結(jié)果影響明顯， 起到主導(dǎo)作用。同時(shí)通過工程應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，評估指標(biāo)的權(quán)重排序受評估人員、專家等工程經(jīng)驗(yàn)、理論貯備及認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)等影響，可謂“仁者見仁、智者見智”；對于權(quán)重排序過程，存在隨意性、專業(yè)性較強(qiáng)，判定依據(jù)不明確等情況，對評估結(jié)果的確定存在一定的誤差。

針對權(quán)重排序過程對專家經(jīng)驗(yàn)的依賴性，參考《指南》推薦的LEC 法，對評估指標(biāo)在事故發(fā)生的影響大小方面進(jìn)行測算，即

式中：D——發(fā)生事故的權(quán)重；

L——安全事故發(fā)生的可能性， 主要為安全影響因子（事故類型）的多少；

E——安全事故發(fā)生的概率， 主要為安全影響因子暴露的頻率；

C——安全事故發(fā)生的危害程度；

“×”表示影響因素的組合。

根據(jù)施工工序分解及各施工環(huán)節(jié)可能發(fā)生的安全事故類型， 分析對邊坡施工安全影響的11 項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)，其過程詳見表3，可實(shí)現(xiàn)對權(quán)重大小的定量化分析和評估指標(biāo)的排序，可以有效地減小專家經(jīng)驗(yàn)等人為因素的影響。

表3 評估指標(biāo)權(quán)重分析（案例計(jì)算數(shù)據(jù)）

采用LEC 法對評估指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重大小的量化排序，其中安全事故發(fā)生的可能性大小，主要指安全影響因子（事故類型）的多少，其發(fā)生安全事故的類型的可能性；安全事故發(fā)生的概率，主要指單一安全影響因子暴露的頻率， 發(fā)生安全事故的概率；安全事故發(fā)生的危害程度，主要指發(fā)生安全事故造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)等損失。 本文研究僅對權(quán)重大小進(jìn)行量化計(jì)算，判定其排序。 權(quán)重影響因素量化取值采用10 分制（不影響計(jì)算結(jié)果），其判定標(biāo)準(zhǔn)如表4～6[1]所示。

表4 事故發(fā)生的可能性取值(L)

表5 事故發(fā)生的頻率取值（E）

表6 事故發(fā)生的危害程度取值（C）

3 工程應(yīng)用分析

以福建省漳武高速公路南靖段K16+500～K16+680 段右側(cè)邊坡為例， 對其進(jìn)行施工過程的總體安全風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行評估， 為便于理解和量化判斷，采用《指南》推薦的指標(biāo)體系法開展具體的風(fēng)險(xiǎn)評估工作。 結(jié)合邊坡工程的具體工況， 評估指標(biāo)取11項(xiàng)，指標(biāo)按《指南》進(jìn)行分級評分，權(quán)重排序采用本文優(yōu)化的LEC 法則進(jìn)行排序分析。

評估的高邊坡設(shè)計(jì)最大高度約64.2 m，設(shè)計(jì)高為8 級，長約180 m（圖1～2 所示）。 通過該邊坡施工設(shè)計(jì)階段的工程地質(zhì)勘察揭示，該邊坡地層巖體以粉砂巖、碳質(zhì)粉砂巖及石英砂巖為主；巖層分布主要為：邊坡表層巖體為坡積粉質(zhì)粘土，土狀，分布較?。幌聻樯巴翣顝?qiáng)風(fēng)化石英砂巖，巖體極破碎，巖芯呈土狀，主要分布于邊坡的中上部。 邊坡下覆基巖為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)粉砂巖， 其巖體極為破碎，裂隙發(fā)育；下部的碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖，其巖體極破碎，巖芯呈碎塊狀，巖層產(chǎn)狀主要分布為170°∠21°。 基巖主要分布于邊坡的中下部，占邊坡的主體巖層，如圖3 所示。 總體上，根據(jù)邊坡地質(zhì)風(fēng)化程度分類，該邊坡為二元結(jié)構(gòu)邊坡。 該邊坡大里程方向朝古嶺2 號大橋。

圖1 邊坡全貌

為保障該邊坡的穩(wěn)定，該邊坡的主要坡率和加固防護(hù)措施設(shè)計(jì)見表7。 其中邊坡第3 級平臺設(shè)置一排全埋式預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁支擋，抗滑樁截面為（2×2.5）m，樁深29 m，詳見圖2～3。

表7 邊坡設(shè)計(jì)防護(hù)加固措施

圖2 邊坡防護(hù)立面圖

根據(jù)邊坡的具體工況，采用本文提出的優(yōu)化后的LEC 計(jì)算方法對評估指標(biāo)的權(quán)重排序進(jìn)行量化計(jì)算。 計(jì)算過程依據(jù)邊坡工況的風(fēng)險(xiǎn)源和潛在事故的類型分析，其事故可能性L、事故概率E 和事故危害C 的評分取值采用LEC 進(jìn)行量化計(jì)算后，計(jì)算結(jié)果與權(quán)重排序（分值由高至低排序）如表8 所示。

圖3 邊坡主斷面加固防護(hù)設(shè)計(jì)圖

表8 各個(gè)評估指標(biāo)計(jì)算結(jié)果及排序

最后，采用指標(biāo)體系法，依據(jù)《指南》對評估指標(biāo)進(jìn)行分級取值（表8）[1]，并結(jié)合權(quán)重排序，最終計(jì)算得到該邊坡的總體安全風(fēng)險(xiǎn)評估分值，其分值為53.3，為Ⅲ級風(fēng)險(xiǎn)，高度風(fēng)險(xiǎn)。

通過邊坡工點(diǎn)的示范性應(yīng)用研究，對評估指標(biāo)的權(quán)重影響因素進(jìn)行細(xì)化、量化，并采用LEC 法則進(jìn)行計(jì)算，可有效實(shí)現(xiàn)權(quán)重排序的量化計(jì)算；雖然本計(jì)算法則同樣采用專家經(jīng)驗(yàn)法， 但在計(jì)算過程中，將影響因素進(jìn)行細(xì)化和分類，并給出分級評分標(biāo)準(zhǔn)，較好地規(guī)避了權(quán)重排序的專家差異的影響。

采用此優(yōu)化后的權(quán)重定量化的排序法則，將施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評估應(yīng)用于漳武線永定至南靖高速公路南靖段的64 處路塹高邊坡， 其評估過程工作便捷，評估結(jié)果可信度高，安全等級分級的可靠度高，該評價(jià)優(yōu)化后的評估方法便于工程技術(shù)人員理解與應(yīng)用。

本段高速公路評估后，其路塹高邊坡的總體施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級結(jié)果為：等級Ⅱ（中度風(fēng)險(xiǎn)）有35處高邊坡，占比55%；等級Ⅲ（高度風(fēng)險(xiǎn)）路塹高邊坡有29 處高邊坡，占比45%；其它等級為0。

4 總結(jié)

（1）通過對《指南》的應(yīng)用與分析，得出其對高邊坡施工安全的風(fēng)險(xiǎn)評估方式主體為“定性分析、定量計(jì)算、定性評判”，其評估指標(biāo)和評判依據(jù)符合高邊坡安全施工影響因素要求，該評估思路清晰、方法簡單，較好地滿足了工程技術(shù)人員使用和理解；

（2）采用指標(biāo)體系法進(jìn)行評估工作，細(xì)化了安全影響因素的分級評分，優(yōu)化了層次分析法對權(quán)重的計(jì)算，該評估計(jì)算方式物理意義明確，計(jì)算簡單，通俗易懂， 對評估工作起到了較好的推動(dòng)作用；幫助廣大工程技術(shù)人員更具體地理解風(fēng)險(xiǎn)評判和對安全風(fēng)險(xiǎn)的防控。

（3）針對采用指標(biāo)體系法中評估指標(biāo)的權(quán)重排序過分依賴于專家經(jīng)驗(yàn)，且受專家因素影響，差異性較大的情況， 提出細(xì)化評估指標(biāo)權(quán)重的影響因素，采用LEC 法進(jìn)行量化計(jì)算，并進(jìn)行指標(biāo)的權(quán)重排序，其思路較好地規(guī)避了專家經(jīng)驗(yàn)的影響，可信度較高。

（4）通過對高速公路高邊坡工程施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評估工作的應(yīng)用，可知優(yōu)化后的權(quán)重排序能較好地滿足工作應(yīng)用，且滿足專項(xiàng)評估等類型的權(quán)重排序要求，具有較好的適用性。 對于邊坡施工安全評估工作，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。