路堑高边坡施工安全风险评估实践分析

王晨 韦世明

摘要：鉴于路堑边坡工程风险因子较多，文章采用多种分析方法对龙州至水口高速公路土建No1合同段进行深挖路堑边坡风险评估对比分析，并以最不利风险等级为评估结果，为边坡防护与加固提供合理方案。

关键词：道路工程;路堑边坡;风险评估;层次分析法;模糊分析法;专家调查法;敏感性法

中图分类号：U416.1⁺4 文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.006

文章编号：1673-4874（2019）10-0016-05

0引言

山区高速公路由于受地形地貌条件的限制，在建设过程中难免会形成大量的路堑边坡，大量的路堑边坡对工程建设和运营管理来说都是极大的挑战，在建设期及运营期边坡滑塌灾害时有发生。为保障路堑高边坡的建设安全，科学规避施工安全事故的发生，交通运输部2014年12月颁发的《高速公路路堑高边坡工程施工安全风险评估指南》规定，列入国家和地方基本建设计划的新建、改建、扩建的高速公路，在工程实施阶段应对高于20m的土质边坡和高于30m的岩质边坡进行路堑高边坡施工安全风险评估。总体风险评估等级达到Ⅲ级及以上，或者总体风险评估单一指标影响过大的路堑高边坡，应开展专项风险评估。近年来，路堑高边坡施工前经过风险评估，采取恰当的支挡方案，边坡失稳现象大幅度降低。但是，由于路堑高边坡致险因子很多，风险辨识、分析、估测受主观因素影响大，如何准确地进行边坡施工安全风险评估是当前工程研究的重点。边坡施工安全风险评估的准确性与评估方法有关，并按照风险评估结论采取相应的支挡方案。若评估不当，在施工过程中或投入使用后，边坡仍可能出现失稳现象。

本文结合广西大塘至浦北、龙州至水口等高速公路路堑高边坡施工安全风险评估，采取安全方案，经施工及交工投入后评估使用效果，得出多方法评估结果，并以最不利评估结论作为对策依据。

1风险评估理论与方法

我国目前路堑高边坡多以指标体系法、专家调查评估法、敏感性分析法和模糊综合评价法等方法开展风险评估。实践中既有单一方法，也有综合两种或两种以上多方法评估。

1.1 指标体系法

指标体系法也称层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP），是一种多准则决策方法，是将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，引入数学检验，分析各因素的内在联系，在此基础之上开展定性和定量分析的决策方法。文献推荐使用的指标体系法，归属于层次分析法范畴，根据建设规模、地质条件、诱发因素、施工环境和资料完整性等5个类别，提出评估指标。权重系数按照下式计算：

上式中，n——評估指标（重要指标）项数;

m——重要性排序号，m≤n。

路堑高边坡施工安全总体风险按照下式计算：

式中，X_ij——评估指标的分值，i=1，2，3，4，5，j=1，2，……，n，（n为对应第i类评估指标包括重要指标的数量）;

R_ij——基本分值。

根据分值F，对照表1确定路堑高边坡施工安全总体风险等级。

权重系数γ_ij由判断矩阵计算被比较元素相对权重，并作一致性检验。

1.2 专家调查评估法

美国兰德公司于1950年创造德尔菲法（Delphimethod）风险评估法，采用“背对背”的方式征询专家小组成员的预测，经过几轮征询，使专家小组的预测意见趋于集中，最后做出符合实际的未来发展趋势的预测结论。我国将此法定义为专家调查评估法，对路堑高边坡做出符合实际的评估和预测的方法，是我国目前路堑高边坡总体风险评估推荐采用的方法之一。文献推荐组建由3位以上具有高级及以上技术职称，并具有10年（评估负责人）或5年（工程管理经验）从事高边坡勘察、设计、施工工作经历的人员组成评估小组。评估组个人分别独立对建设规模、地质条件、诱发因素、施工环境、资料完整性等5个分项，按照极高风险（Ⅳ）、高度风险（Ⅲ）、中度风险（Ⅱ）和低度风险（I）等四个风险等级评估各分项分值R_i，结合专家信心指数W_i，按照下式计算每位专家的评定值D_r：

最后，取所有专家评定值的平均值D_r，按照下列界限值确定高边坡风险等级：

D_r≥3.5等级Ⅳ（极高风险）

3.5>D_r≥2.5等级Ⅲ（高度风险）

2.5>D_r≥1.5等级Ⅱ（中度风险）

D_r<1.5等级I（低度风险）

1.3敏感性分析法

敏感性分析法是针对路堑高边坡施工风险中，某一变量的变化（可以是单因素，也可以是多因素），对其他变量所造成影响的决策模型技术。如路堑高边坡周边有高压铁塔、高压电力线路或文物建筑，这些单一变量，直接影响到风险评估结论。

1.4模糊综合评价法

模糊综合评价法是采用模糊理论、最大隶属度对多因素系统进行风险评估的一种方法。我国往往将模糊法与层次分析法结合起来，形成模糊层次分析法。该方法需要建立风险评估指标体系及风险事故等级评估矩阵，确定风险因子的权重及风险等级。该方法可以计算得到目标风险的量化指标。

2工程实例检验

2.1工程概况

龙州至水口高速公路第NoCS-LS1合同段起讫桩号K34+200-K57+000，全长22.8km。全线路堑高边坡共计9处，汇总如表2所示，主要以三级、四级边坡为主。路堑开挖以光面爆破为主，路基边坡防护均为常规防护方案。D4851783-F5FC-44B6-BE1B-C6BA3883C1D9

2.2 利用层次分析法对边坡进行风险评估

受项目经理部委托，广西交通科学研究院有限公司承担路堑高边坡施工安全风险评估工作。利用航拕飞行器、GPS、数码相机、罗盘等仪器设备现场采集资料，查阅设计文件，现场踏勘、核查和补充设计原始资料，依据文献推荐的指标体系法进行评估。建立评估模型，按指标体系的5大类11个分项指标进行统一排序，权重系数γ={γ_ij}，采用统一计算的方法得到各分项指标的权重，通过类比广西区内高速公路路堑高边坡总体风险评估技术资料，将X₁₁、X₁₂、X₂₁、X₂₂、X₂₃、X₃₁、X₃₂、X₄₁、X₄₂、X₅₁、X₅₂，所对应的权重系数分别调整为γ₁₁=0.16、γ₁₂=0.16、γ₂₁=0.16、γ₂₂=0.13、γ₂₃=0.11、γ₃₁=0.08、γ₃₂=0.07、γ₄₁=0.06、γ₄₂=0.04、γ₅₁=0.02、γ₅₂=0.01。表2中各段落总体风险评估汇总如表3所示。

按照体系评估法评估的结果，该标段高于30m的岩石边坡和高于20m的土质边坡，其总体风险等级全部为Ⅱ级，属于中度风险，不需要进行专项风险评估。

2.3 利用专家调查评估法对边坡进行风险评估

项目经理部于2017-07-30组织5位专家，对按文献推荐的指标体系法编写的《施工安全风险评估报告》进行评审。5位专家以“背对背”方式，分别对表2的9段路堑高边坡进行风险评估。每位专家的评估等级及5位专家的风险评估平均值汇总如表4所示。

对比表3、表4，两种风险评估方法的评估等级有三段不同。

2.4 利用敏感性分析法对边坡进行风险评估

为提高路堑高边坡风险评估预测的准确性，针对上述9段边坡，专家从敏感性出发，对表4中三段达到Ⅲ级的边坡进行现场核对，就单一因子或多因子展开讨论、分析。

2.4.1地质因素影响边坡风险预测

图1为K34+280-K34+420段边坡典型断面图。坡体下部的中风化砾岩、泥质粉砂岩厚度较大，岩层倾角小，产生整体滑塌的可能性不大。构成坡体上部分的强风化泥质粉砂岩岩芯破碎，遇水软化成土状，易产生圆弧形滑动破坏;坡顶有顺岩走向的5-10m厚的硬塑状黏土覆盖层，土、石交接面潜伏着滑动面。因此，专家根据这些因素，提升为Ⅲ级风险，并提出采用锚杆框架梁加固边坡，覆盖层放缓边坡至1：1.25

2.4.2 高压铁塔影响边坡风险

K49+860-K50+080段和K39+254-K39+334段距离边坡顶一段距离均有110kV的高压铁塔和高压线路电杆。

图2、图3分别为这两段边坡原设计的典型支挡断面图。

此外，专家对个别岩石30m左右、土质20m左右高度的路堑边坡的膨胀土、高液限土边坡等敏感性风险源进行风险排查，在表2列出的9段以外边坡增加了2段Ⅲ级風险等级。

2.5 利用模糊综合评价法对边坡进行风险评估

为增加可比性，笔者采用模糊综合评价法，对表2的9段边坡进行风险评估。

2.5.1构建评估集

构建模糊综合评判模型，明确采用文献推荐的极高风险、高度风险、中度风险和低度风险4级风险评语集。相对应的评语为υ={υ，υ₂，υ₃，υ₄}。

2.5.2 建立模糊评判矩阵

本文采用专家调查法建立隶属函数，对5位专家进行调查，设计专家调查表，如表5所示。

2.5.3计算隶属度

构建模糊评判矩阵R_ij如下：

2.5.4 模糊综合判断

考虑多因子中权重分配，模糊综合评判模型为B_ij=R_ijγ

归一化后，得到月B′=（b₁，b₂，b₃，b₄），其中，

权重γ按照本文2.2节方法求得。最终求解隶属度。见表6。

按照最大隶属度原则，判断边坡的风险等级，汇总如下页表7所示。

3风险决策的选择

比较上述4种风险评估方法可知，风险评估结论存在差异。4种评估方法中，专家调查法依赖于专家的专业知识和实践经验;指标体系法将定性和定量融合一起，但可变因子太多，结论会顾此失彼;敏感性分析法实际上是对边坡岩土参数打折，降低单一或多因素对边坡的影响;模糊综合评价法数学模型简单，但依赖专家经验和调查。

3.1按照最不利的风险等级选择支挡对策

依据本文依托工程的评估结果，对风险达到Ⅲ级以上的5段边坡，开展专项风险评估。表2中的第7、第9段坡顶有高压铁塔和高压杆的边坡，提请设计单位变更。将图2、图3的原锚杆支挡结构变更为抗滑桩支护结构，提高了抗风险能力。第1段维持原有设计，采用锚杆框架梁支挡结构，并挂网植草防护。其他两段则选择旱季施工，采取边开挖边防护措施。这几段风险等级为Ⅲ级的边坡经过近一年的施工期，没有发生边坡滑塌现象。

3.2 施工风险不高的边坡也可能失稳

按照风险评估等级，达到Ⅲ级以上风险等级的路堑高边坡，即使采用框架梁支挡，在实际施工中仍会发生滑坍病害。采用框架梁加固的边坡，施工期间仍有发生失稳的状况。

3.3 没有按照评估对策施工造成边坡失稳

路堑高边坡施工安全风险评估的目的是有效降低施工风险，严防重特大事故发生，确保建设项目施工期间实现安全生产，使事故和危害引起的损失降到最少。但是在实际施工中，施工单位为了利益最大化，不按照评估风险等级提示采取相应的支挡措施，造成边坡失稳。如广西某高速公路经过8年运营，据不完全统计，发生达到滑坡规模的边坡病害的路段多达28段。

近年来，对广西北部湾投资集团有限公司、广西交通投资集团有限公司建设的河池至百色、乐业至百色、龙州至水口、大塘至浦北、荔浦至玉林等高速公路已进行风险评估，对达到Ⅲ级以上风险源实施预防性应对专项方案。其中，2018年交工的河池至百色高速公路路堑高边坡施工安全风险评估准确，方案合理。这条在云贵高原山麓前缘、素有“广西地质博物馆”之称的复杂山区高速公路，经历了三年施工，基本没有发生较大的滑坡、坍塌等边坡病害。

4 结语

（1）单一方法评估路堑高边坡风险等级潜伏着边坡失稳高概率。

（2）路堑高边坡风险评估应采用多种方法，以最不利风险等级作为风险对策的依据。

（3）强化施工过程专项风险评估，风险源变化时，应及时修正风险等级，采取相应对策。

（4）按照风险等级评估结论，采取合适的支挡措施，可最大程度降低边坡安全风险。D4851783-F5FC-44B6-BE1B-C6BA3883C1D9