【摘? ? 要】：為了實(shí)現(xiàn)對地鐵隧道施工塌方風(fēng)險(xiǎn)的有效評估，設(shè)計(jì)一種針對地鐵隧道工程施工的塌方風(fēng)險(xiǎn)評估方法，提取可能對施工造成影響的風(fēng)險(xiǎn)因素，設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)因素的等級，建立評價(jià)指標(biāo)等級矩陣，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的權(quán)重，構(gòu)建地鐵隧道施工塌方風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系，引進(jìn)當(dāng)量法計(jì)算塌方風(fēng)險(xiǎn)并通過實(shí)例驗(yàn)證設(shè)計(jì)的評估方法可行。

【關(guān)鍵詞】：復(fù)雜地質(zhì)；地鐵；隧道；風(fēng)險(xiǎn)評估

【中圖分類號(hào)】：U455.1【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C【文章編號(hào)】：1008-3197（2023）01-04-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.01.002

Risk Assessment of Subway Tunnel Collapse under Complex Geological Conditions

MA Zhilei

（China Railway 16th Bureau Group Corporation Limited， Beijing 100000， China）

【Abstract】：In order to evaluate effectively the collapse risk of subway tunnel construction， a collapse risk assessment method for subway tunnel construction is designed， which extracts the risk factors that may affect the construction， sets the level of risk factors， establishes the evaluation index level matrix， calculates the weight of risk indicators， and constructs the subway tunnel construction collapse risk assessment index system， The equivalent method is introduced to calculate the collapse risk， and the feasibility of the evaluation method is verified by an example.

【Key words】：complex geology； metro；tunnel； risk assessment

隧道工程一般都處于復(fù)雜地質(zhì)條件下，由于施工風(fēng)險(xiǎn)過于隱蔽，具有不確定性、隨機(jī)性、復(fù)雜性等特點(diǎn)，導(dǎo)致施工人員無法及時(shí)感知或識(shí)別 [1]。為了及時(shí)掌握并有效感知施工中的風(fēng)險(xiǎn)，本文將施工中的復(fù)雜地質(zhì)條件作為研究背景，從風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系構(gòu)建、評價(jià)指標(biāo)等級矩陣與權(quán)重計(jì)算、基于當(dāng)量法的塌方風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算與評估結(jié)果量化3方面，設(shè)計(jì)一種針對地鐵隧道工程施工的塌方風(fēng)險(xiǎn)評估方法。

1 復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵隧道施工塌方風(fēng)險(xiǎn)評估

1.1 評估指標(biāo)體系構(gòu)建

為了及時(shí)感知地鐵隧道施工中的塌方風(fēng)險(xiǎn)，在開展相關(guān)研究前，需要進(jìn)行塌方風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系的構(gòu)建。雖然不同工程項(xiàng)目施工特點(diǎn)不同，但各類型工程都具有施工風(fēng)險(xiǎn)的共性特征[2]；對指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化與篩選，優(yōu)選指標(biāo)集合中影響力較大、重要性更高的指標(biāo)，將評價(jià)指標(biāo)控制在5～10個(gè)范圍內(nèi)[3]。見表1。

1.2 建立評價(jià)指標(biāo)等級矩陣與權(quán)重計(jì)算

提取每個(gè)可能對施工造成影響的風(fēng)險(xiǎn)因素，設(shè)定每一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的等級均為m，不同等級的風(fēng)險(xiǎn)因素，對施工現(xiàn)場的坍塌事故所造成的影響是不同的[4]。將等級為m的風(fēng)險(xiǎn)因素對施工現(xiàn)場安全的影響程度表示為一個(gè)隸屬度函數(shù)，參照標(biāo)準(zhǔn)的評價(jià)矩陣，進(jìn)行影響程度的描述。

[Ri=ril1? ?L? ?rilk? ? ? Orinl? ?L? ?rink] （1）

式中：[Ri]為針對塌方風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)[i]構(gòu)建的評價(jià)矩陣；[ril1]為指標(biāo)[i]在維度[l]下的風(fēng)險(xiǎn)；[L]為風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；[rilk]為指標(biāo)[i]在維度[k]下的風(fēng)險(xiǎn)；[O]為無風(fēng)險(xiǎn)施工行為。

應(yīng)注意的是，不是評價(jià)指標(biāo)體系中所有指標(biāo)都可以用評價(jià)矩陣表示。例如，指標(biāo)體系中的定量化指標(biāo)（隧道整體結(jié)構(gòu)跨度F51、施工循環(huán)進(jìn)尺方式F22等），需要使用梯形隸屬度函數(shù)對其進(jìn)行描述。指標(biāo)體系中的地質(zhì)偏壓情況F11、工程圍巖等級F12、地下水流向流速F13等無法定量描述，需要在建立評價(jià)矩陣時(shí)，基于定性角度對其進(jìn)行模糊表示[5]。

在完成評價(jià)指標(biāo)等級矩陣的建立后，建立不同指標(biāo)的權(quán)重集合，計(jì)算指標(biāo)權(quán)重值，進(jìn)行指標(biāo)重要度的分析[6]。在此過程中，可設(shè)定[a]、[b]兩個(gè)參數(shù)，[a]表示指標(biāo)因素、[b]表示等級，將[a]的取值定義在1～n之間，[b]的取值定義在1～m之間；則[iab]可以表示為指標(biāo)[i]中第[a]個(gè)因素的第[b]個(gè)等級。

對[iab]進(jìn)行歸一化處理

[nmiab=1] （2）

在完成對[iab]的處理后，引進(jìn)層次分析法（AHP），確定不同評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值。為避免復(fù)雜的評價(jià)過程對評價(jià)結(jié)果造成影響，采用一級模糊計(jì)算的方式，進(jìn)行單個(gè)指標(biāo)中獨(dú)立因素的權(quán)重計(jì)算[7]。

[Bi=abRi]? （3）

式中：[Bi]為指標(biāo)[i]在風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)過程中的權(quán)重值。

根據(jù)式（3）計(jì)算評價(jià)指標(biāo)體系中不同指標(biāo)的權(quán)重值，掌握并及時(shí)感知不同指標(biāo)在評價(jià)中的優(yōu)先級與重要程度。

1.3 基于當(dāng)量法的塌方風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算與評估結(jié)果量化

施工中塌方事故往往是由多方面因素造成的，綜合當(dāng)前隧道施工塌方風(fēng)險(xiǎn)評估方式并考慮經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡、工期延誤等因素，確定塌方風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重程度，在這一過程中，引入當(dāng)量法對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算。將塌方發(fā)生后不同后果按照相關(guān)規(guī)定一級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量化，使其與一個(gè)當(dāng)量的嚴(yán)重程度相互抵消，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對結(jié)果的量化歸一。

[DC=z300+d1+K10]? （4）

式中：[DC]為塌方風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果量化值；[z]為發(fā)生塌方后造成的直接經(jīng)濟(jì)損失；[d]為傷亡人數(shù)；[K]為工期延誤時(shí)間。

式（4）計(jì)算得出的結(jié)果可作為塌方風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后量化評估結(jié)果。

評估過程中，為了確保風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算準(zhǔn)確性，還需要確定最終塌方風(fēng)險(xiǎn)的可能性等級。見圖1。

在確定塌方風(fēng)險(xiǎn)可能性等級的基礎(chǔ)上，對塌方出現(xiàn)后造成的損失進(jìn)行量化，確定塌方風(fēng)險(xiǎn)具體出現(xiàn)的可能性。具體而言，由于地鐵隧道施工過程中風(fēng)險(xiǎn)事件造成的具體后果是未知的，因此采用專家評判的方式確定塌方風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后事件的嚴(yán)重性等級；將塌方風(fēng)險(xiǎn)劃分為5個(gè)不同等級，其嚴(yán)重程度從高到低依次為十分嚴(yán)重、嚴(yán)重、中等嚴(yán)重、一般嚴(yán)重、輕微嚴(yán)重。5個(gè)等級對應(yīng)的延誤時(shí)間依次為超過24月、6～24月、2～6月、0.5～2月、少于0.5月；上述風(fēng)險(xiǎn)等級在環(huán)境和社會(huì)影響程度上也均為從高到低。

2 應(yīng)用實(shí)例

為了探究上述風(fēng)險(xiǎn)評估方法的理論設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中是否能夠解決復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中各類因素的干擾問題，以某地區(qū)正在開展的施工項(xiàng)目為例，對該項(xiàng)目出現(xiàn)塌方風(fēng)險(xiǎn)情況進(jìn)行具體評估。

該隧道為特長、分離式結(jié)構(gòu)，左線與右線的長度相差102 m，右線略長，屬于典型的特長公路隧道。為了方便施工，在隧道周圍設(shè)立了2個(gè)斜井：1號(hào)斜井位于隧道南側(cè)，與隧道左線之間的距離為123 m，綜合坡度12%；2號(hào)斜井同樣位于隧道南側(cè)，與隧道左線的距離為162 m，綜合坡度10%。

首先確定塌方風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系，綜合該項(xiàng)目實(shí)際情況，選擇體系當(dāng)中的地質(zhì)偏壓情況、工程圍巖等級、賦存情況、支護(hù)成果質(zhì)量、爆破管材的運(yùn)輸方式與抽檢結(jié)果共5個(gè)二級指標(biāo)，對其編號(hào)為F01、F02、F03、F04、F05；對評價(jià)指標(biāo)等級矩陣進(jìn)行建立，分別設(shè)定5個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重為0.1、0.3、0.2、0.2、0.2；引入當(dāng)量法對塌方風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算并針對評估結(jié)果量化；結(jié)合各評估指標(biāo)的結(jié)果，確定1號(hào)斜井與2號(hào)斜井的塌方風(fēng)險(xiǎn)等級。見表2。

隧道施工中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)針對1號(hào)斜井給出明確的防塌方?jīng)Q策方案。

3 結(jié)語

通過工程實(shí)例可以看出，本文提出的塌方風(fēng)險(xiǎn)評估方法應(yīng)用到真實(shí)的工程項(xiàng)目當(dāng)中，可實(shí)現(xiàn)對其斜井塌方風(fēng)險(xiǎn)的等級的判定，為工程安全施工提供重要依據(jù)。

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收稿日期：2022-02-25

作者簡介：馬志鐳（1991 - ）， 男， 河南南陽人， 工程師， 從事市政工程施工管理工作。