层次分析法的大跨浅埋公路隧道施工风险识别

夏万武

(贵州路桥集团公司)



层次分析法的大跨浅埋公路隧道施工风险识别

夏万武

(贵州路桥集团公司)

茅山隧道工程的施工建设作为主要研究对象，简单的阐述了层次分析法的基本概念，及其在茅山隧道施工风险识别当中的应用，通过进一步的分析得知，层次分析法具有极高的准确性，能够准确的识别施工过程中存在的各类风险，具有较高的利用价值和应用效果。

层次分析法；大跨浅埋；公路隧道；风险识别

1 层次分析法

1.1 概念

隧道施工过程中，较为常见的风险识别法有很多种类型，比如专家调查识别法、事故树识别法等，这些风险识别方法都能在定性和定量的角度对潜在的风险进行识别和分析，并通过长时间的实践，取得了很好的成效。但在公路隧道工程日新月异的情况下，这些较为传统的识别方法已经显得有些吃力，已经无法满足发展的需求，通常表现出误差较大等缺点。所以如何采用现阶段主流、有效的风险识别方法，达到高水平的风险识别成为隧道施工相关人员关注的焦点。层次分析法的介入，为大跨浅埋隧道施工的风险识别指明了方向。

层次分析法诞生于上世纪70年代，该分析法将定性和定量两种分析方法进行了有机的整合，并根据分析的结果还能对目标进行决策，是一种综合性极强的分析方法。层次分析法的基本思路为，将较为复杂多变的识别等问题按照一定的原则和规律进行分解，并遵循支配原则对分解完成的问题实施排序，组成一个递阶结构，然后在其中的某一个层次之中对所有类型的组成因素进行对比和针对性的计算，获得不用种方案下的施工风险水平，为识别方案的确立与整改提供准确、有利的资料和意见。层次分析法不仅可以对隧道施工的塌方以及外界环境影响等单一的项目进行识别，还能对工程的整体风险水平实施权威的评价。所以，层次分析法的效果主要取决于决策人员的判别，基本原理十分简单。因此，层次分析法在多种预测领域和评价机制中具有广阔的发展前景。

1.2 流程

(1)掌握各个系统所含影响因素之间存在的联系和作用，将较为复杂的风险等实际问题进行分解。

(2)将潜在的风险因素根据其基本性质以及隶属关系进行排列，假定模型共设置三层，其中最上端的就是目标层，处在中端的是影响因素，而处在最低端的则是直接因素。

(3)对相同各个层次之间的因素，对于上一个层次当中某种因素所含有的重要性实施对比，根据对比的情况，建立一个对应的计算判断矩阵。

(4)根据创建的矩阵，对层次中各个元素对于要求准则的权重进行计算。

将最大特征值定义为λmax，而对应的向量则定义为W，二者存在的关系表达式为：

AW=λmaxW

(1)

式中：W(特征向量)的所有分量即为对应因素的权重。最大特征值的计算方法为

(2)

式中：wi代表相对权重，计算公式为

(3)

(4)

(5)对计算所得的初始对比值实施检验，确定其一致性是否符合标准。

(6)计算各个层次当中所有元素对目标的权重，并按要求进行排列顺序。

(7)对排序的结果进行检验，确定其一致性是否符合标准。

2 工程概况

茅山隧道坐落在江苏镇江的句容县南丘陵山当中，当地气候条件多雨潮湿。茅山断裂横向穿过其间，主体隧道主要由两部分构成，即东、西隧道，施工设计方案运用双洞分离的模式，车道数量为6个，在施工过程中，总共越穿过60%的四级围岩，隧道的岩体十分破碎，稳定性较差。东隧道的上行以及下行的总长分别是245 m、268 m，而西隧道比东隧道略长，上行以及下行的总长分别是452 m、582 m。茅山隧道的上行与下行最小间隔距离是34.35 m。隧道中衬砌断面主要运用三心圆仰拱与圆弧连接的方法，具体高度是10.48 m。

3 运用层次分析法对茅山隧道的施工风险进行识别

3.1 建立递阶结构

根据该隧道的特征和施工要求，充分借鉴过去的风险识别资料，全面利用地质勘察和专家调查的手段，对茅山隧道在实际施工中的潜在风险进行识别和定位。通过一系列的分析工作，共找到6处程度较为严重的潜在风险，将这些风险按照一定的规则进行分类和排序，从而得到了多级递阶结构，如图1所示。

图1 茅山隧道潜在风险多级递阶结构示意图

3.2 构建矩阵并进行计算

(1)构建矩阵。

对图1中的潜在风险实行比较，在参考专家提出的建议之后，运用对应的标度手段，得出各个风险实际重要性的比较值，建立一个多层次的判断矩阵，如表2所示。

表2 多层次判断矩阵

(2)计算权重。

根据上述公式(3)、(4)，可以计算得出各个风险所对应的权重数值，具体情况如表3所示。

表3 风险所对应的权重

(3)检验。

将该隧道施工潜在风险的层次判断矩阵定义为A，则具体的表现形式为

(5)

通过进一步的计算，可以得随机一致性的具体比率：CR=0.02。由于该数值小于标准值0.1。所以此矩阵符合一致性的基本要求。

运用同样的方法，建立其余风险因素的判断矩阵，并按照上述的流程和要求计算相对权重，最后对其一致性进行验证。在此前提下，根据综合权重计算的方法及要求，对隧道施工中潜在的基本风险进行计算，得出U1i、U2i相对于整个工程施工中潜在风险U的计算权重，也就是相对权重，被定义为wi。根据wi的实际大小和特点，对U1i和U2i进行风险程度的排序，建立一个与茅山隧道施工相对应的风险系统。

不难看出，安全风险的总权重值较大，达到了0.833，所以安全风险是茅山隧道在施工阶段中潜在的主要风险，其中围岩失稳(U11)的情况较为严重，在实际施工中较为容易出现，所以，在施工过程中，应对施工方案、要求、目标以及围岩的实际稳定性进行综合的考虑和分析，制定科学有效的控制策略，将围岩失衡这一风险牢牢控制在可以应对的范围之内，从而确保施工安全。

4 总 结

大跨浅埋隧道的施工建设十分复杂，且存在很大的施工风险，涉及到施工安全方面的因素较多。以往的风险识别方法受限于工作人员主观因素，所以实际与理论存在较大的误差，无法为施工方案的制定与整改提供有利的资源和数据。所以在该施工阶段，应运用层次分析法对潜在的风险进行识别，通过对茅山隧道施工的风险识别发现，该分析法可以准确的定位主要风险类型，为施工方案的进一步优化和整改提供了有利的支持。

[1] 赵焕臣. 层次分析法:一种简易的新决策方法[M]. 北京: 科学出版社, 2012:25-26.

[2] 何发亮, 李苍松, 陈成宗. 隧道地质超前预报[M].成都:西南交通大学出版社, 2011:17-19.

[3] 朱汉华, 孙红月, 杨建辉. 公路隧道围岩稳定与支护技术[M]. 北京: 科学出版社, 2012:22-25.

2015-03-04

夏万武(1988-)，男，贵州毕节人，工程师，研究方向：高速公路施工。

U442

C

1008-3383(2015)12-0105-02