高速公路泥灰岩高边坡开挖施工总体风险评估

张润芝 ZHANG Run-zhi；钟国强 ZHONG Guo-qiang；王超 WANG Chao；柳尚 LIU Shang

（①山东高速基础设施建设有限公司，济南 250000；②山东省交通规划设计院集团有限公司，济南 250101；③山东高速济潍高速公路有限公司，济南 250200）

0 引言

泥灰岩作为一种特殊的地质类型，其物理力学性质较为复杂，对高边坡的开挖施工增加了不确定性和难度。高边坡开挖施工的风险涉及多个方面，包括地质构造、岩体稳定性、气候条件、工程技术和人员管理等。这些风险如果不得到科学有效的评价和管理，将对工程的安全和进度产生严重影响。

杨盛颖[1]针对山区公路项目施工风险及安全管理展开综合探究，阐述了山区公路地质状况复杂、环境条件恶劣、公路建设难度较大、安全风险较高基本特征，介绍了山区公路安全风险评估程序及主要特点，分析了山区公路主要施工风险，并提出了科学有效的施工风险防控与安全管理对策；代飞亚[2]通过将模糊集重心理论引入传统模糊综合评判法中，提出了基于模糊集重心理论的边坡施工安全风险评估方法，并将该方法运用于某高速公路边坡安全风险评估，经对比与边坡现场情况较为吻合，验证了方法的适用性和可靠性；沈简[3]将评估指标分为连续型指标和离散型指标，分别采用敏感性分析及引入食品领域的排序检验法作为分析手段，得到重要性排序结果；李颢峰[4]对路堑高边坡施工安全风险进行识别、评价与控制，提出了具体的控制措施和防护措施，对保障路堑高边坡施工安全起到了一定的作用；丁刚[5]根据块体影响对象不同进行分区，采用三维刚体极限平衡法进行稳定性计算并作针对性防治设计，为有效管控环境边坡风险，提出块体失稳风险定量评估方法，明确了风险管控的重点对象，并按风险高低安排块体施工顺序，采取了设置施工支洞、临时加固块体和安全监测等管控措施，有效保障了工程安全；梅鸿儒[6]针对山区公路边滑坡地质灾害评判和防治措施问题，建立了云南地区边滑坡地质灾害数据库，统计分析了影响边滑坡地质灾害的因素与失稳比例的关系，确定了云南地区公路边滑坡地质灾害影响因素及其各项影响因子，建立适用于云南区域公路边滑坡地质灾害影响因素体系，利用模糊数学法进行影响因子隶属度计算，运用层次分析方法进行影响因子权重分配，通过模糊综合评判获得风险等级，采用影响因素叠加的方法对边滑坡施工范围存在周围建筑物的情况下的地质灾害风险进行叠加评价，从而提出了云南地区公路边滑坡地质灾害风险评价方法。

参照《高速公路路堑高边坡工程施工安全风险评估指南》（以下简称《指南》）[7]，本文以济潍高速公路K14+191.9～K14+950 右侧高边坡为例，阐述泥灰岩的地质特征，构建泥灰岩高边坡开挖施工风险评估指标体系，分析开挖施工过程中可能涉及的各类风险因素，利用风险评价理论和方法，对这些风险因素进行了定性和定量分析，从而识别出影响高边坡开挖施工的主要风险源和风险等级，分析其开挖施工总体风险，以提供有效的风险管理策略和决策支持。

1 工程概况及开挖防护设计

1.1 工程概况

济南至潍坊高速公路（以下称“济潍高速公路”）是山东省“九纵五横一环七射多连”高速公路网中“射三”线，西接京沪高速济南至莱芜段，东接潍日高速。项目全长162公里，设计速度120 公里/小时，双向六车道，路基宽34.5米。济潍高速公路K14+191.9～K14+950 右侧高边坡为岩石边坡，钻孔揭露深度内的地层主要为灰岩、泥灰岩等中等强风化软岩。坡面与岩层结构面倾向相反，边坡相对稳定，但节理裂隙发育，岩体较破碎。岩土层自上而下分别为：12-1-2-2 层强风化灰岩、12-1-3-2 层中风化灰岩、12-1-2-1 层强风化灰岩（四级平台附近）、12-1-3-1 层中风化灰岩、12-2-3-1 层中风化泥灰岩（四级边坡附近）、12-1-3-1 层中风化灰岩、12-1-3-2 层中风化灰岩。勘察未见地下水，根据项目所在区域气候特点推测，该边坡地下水应为松散岩类孔隙水及岩溶裂隙水，其补给来源主要靠大气降水的入渗补给，但该区夏季易受暴雨影响，集中大强度的降雨不利于深路堑边坡的整体稳定。

1.2 开挖防护设计

该边坡为岩石边坡，根据类似项目经验推测为爆破+机械开挖方式，因此有必要充分考虑爆破振动对已开挖部分边坡稳定性的影响。初步设计为：边坡分8 级开挖，总高度超过70m，除顶部一级坡高边坡不足10m 外，其余七级坡高均为10m。边坡坡率自下而上分别为1∶1.25、1∶1、1∶0.75、1∶1、1∶1、1∶1、1∶1、1∶0.75～1∶1。边坡平台除2 级和4 级宽度6m 外，其余各级平台宽度均为2m。1 至3 级边坡采用锚杆格子梁+喷混植生防护，4 至5 级边坡采用锚索格子梁（六束）+喷混植生防护，6 至7 级边坡采用攀缘植物+主动防护网防护，第8 级边坡种植攀缘植物。

2 总体风险评估指标体系法

由《指南》中指标体系法可知，根据建设规模、地质条件、诱发因素、施工环境、资料完整性将指标分为五个主要反映路堑高边坡风险的大类。基于指标分类提出评估指标，并按重要性从高到低排序，采用权重系数对各评估指标重要性分区。按评估指标重要性排序确定权重取值，按照公式（1）计算。

式中，酌——权重系数；

n——评估指标（重要指标）项数；

m——重要性排序，m≤n。

根据上述五类指标体系划分11 个不同指标（边坡高度X11、坡形坡率X12、地层岩性X21、坡体结构X22、地下水X23、施工季节X31、自然灾害的影响X32、工程措施类型X41、周边环境X42、地质资料X51、设计文件X52），建立评估指标体系。根据指标体系的重要性不同，路堑高边坡施工总体风险按照公式（2）、公式（3）计算。

式中，Xij——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。

计算得出F 值后，对照表1 确定路堑高边坡施工安全总体风险等级。

表1 路堑高边坡施工安全总体风险分级标准

3 泥灰岩高边坡开挖施工总体风险评估

3.1 泥灰岩地质特征

泥灰岩中含有一定比例的粘土矿物，在湿润条件下表现出较强的吸水性和膨胀性。当受到水分影响时，泥灰岩容易产生体积膨胀，从而导致岩体的不稳定和破坏。作为一种相对软弱的岩石，其抗压强度和抗剪强度较低，这一力学性质直接影响着高边坡开挖施工的稳定性和安全性。

此外，泥灰岩中常常含有脆性和软弱层，表现出较强的塑性和可塑性，容易发生流变和蠕变现象。这也增加了高边坡开挖施工的难度和风险。

3.2 泥灰岩高边坡开挖施工风险评估指标体系构建

根据工程地质勘察、现场踏勘及资料查阅，济潍高速公路K14+191.9～K14+950 右侧高边坡施工风险源包括建设规模、地质条件、诱发因素、施工环境、资料完整性。坡顶开挖线以外一定区域范围内不存在地表建筑物、地下埋藏物、高压线塔及水体设施，评估指标n=10。各指标重要性排序依次为：地层岩性、边坡高度、施工季节、坡形坡率、工程措施、自然灾害的影响、坡体结构、地下水、工地质资料、设计文件。根据公式（1）计算各指标权重系数如表2 所示，总体风险评估指标体系如表3 所示。

表2 指标权重系数

表3 路堑高边坡施工安全总体风险评估指标体系

3.3 泥灰岩高边坡开挖施工风险评估

根据公式（2）和表3 可得：

根据表1 可知，边坡施工安全总体风险等级为III（高度风险）。其主要风险源为：地层岩性、边坡高度、施工季节。

4 结论和建议

4.1 结论

采用指标体系法对济潍高速公路K14+191.9～K14+950 右侧高边坡开挖施工开展了总体安全评估，风险等级为III（高度风险）。该风险接受准则为不期望，必须采取措施降低风险，严格日常安全生产管理，加强现场巡视。同时，根据《指南》要求，应对该边坡开展专项风险评估。

4.2 建议

针对高速公路路堑高边坡施工的高度风险等级，必须高度重视风险管理工作，采取有效的措施和策略，以确保施工安全和顺利推进工程。同时，科学的风险评估和管理应是整个施工过程中的持续性工作，不断优化和改进措施，以降低风险等级为目标。对此，针对开挖施工期间及通过运营维护期间，提出以下建议：

4.2.1 开挖施工建议

①详细风险评估与预测：进一步深入分析导致总体风险等级为三级的具体风险源，确定其影响因素，并进行风险预测。通过科学的风险评估方法，对不同风险因素进行量化评估，以便优先处理高风险因素。

②合理设计施工方案：结合风险评估结果，制定合理的施工方案，包括合理的开挖深度、坡度、边坡设计和支护措施。避免采取过于陡峭或过于宽阔的开挖设计，以降低边坡的稳定性风险。

③采用合适的支护措施：在施工前进行地质勘察和分析，对可能出现问题的地段进行预处理和加固。根据边坡地质条件和风险评估结果，选择适当的支护措施。支护措施的选择应考虑其稳定性和经济性，以保障施工安全并降低风险等级。

④加强监测与预警系统：建立高边坡施工的实时监测和预警系统，包括地质灾害监测、位移监测、水位监测等。及时获取边坡变形和滑动等信息，以便采取相应的紧急处理措施，减少事故风险。

⑤严格管理施工作业：建立完善的施工管理制度，严格执行安全操作规程。加强施工人员的培训，确保施工人员具备必要的专业知识和技能，提高施工安全意识。加强施工监管，确保施工人员按照规范和安全标准进行施工，避免违章施工和不当操作导致风险增加。

⑥应急预案与沟通合作：制定完善的应急预案，针对不同风险情景进行演练。在突发事故发生时，能够快速反应并采取适当措施，减少事故影响。高速公路路堑高边坡施工涉及多个部门和专业领域，应加强与相关部门的沟通合作，形成合力，共同降低施工风险。

4.2.2 运营维护建议

①警示标志：在高边坡附近设置醒目的警示标志，提醒过往车辆和行人注意高边坡施工区域，防止人员闯入施工区域。

②防护网或挡墙：对于较陡峭或高风险的高边坡，安装防护网或挡墙，以防止岩石或土石块坠落，保护路面和过往车辆行人的安全。

③排水系统：建立有效的排水系统，确保高边坡表面不积水，降低地下水位，防止水文因素导致边坡失稳。

④绿化与植被：合理进行绿化和植被覆盖，加固边坡，减缓雨水冲刷，增强边坡的稳定性。

⑤定期检查与维护：在施工完成后，定期对高边坡进行检查和维护，及时处理可能出现的问题，保持边坡的稳定性。