基于层次分析法的高寒高海拔地区高边坡开挖施工安全风险评估

熊子壹

摘要 文章研究的主旨为工程建设项目提供一种风险评估的方法，进而为工程安全施工找到合理的施工方法提供理论依据。文章在现行的评估方法基础上，运用层次分析法并通过地质条件、诱发因素、施工条件等各类因素对高边坡工程进行分析、评定，因地制宜，采取相关的有效措施，从而达到降低人员伤亡、经济损失以及社会影响的目的。

关键词 层次分析法;风险评估;指标体系;高寒高海拔;边坡开挖施工安全

中图分类号 F542.8;F540.58 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）03-0168-03

0 引言

随着国民经济的飞速发展，公路工程建设亦逐步转移至山区，在工程实施阶段存在的危险因素也随之增多，尤其为高边坡施工，稍有不慎有可能会带来社会财产、人身安全、社会影响等不利影响，为降低高边坡施工对施工安全带来的安全隐患，该文综合影响高边坡挖方施工安全的各个因素，应用层次分析法来构建致险因子的模型，确立影响安全施工的影响因素并根据德尔菲法对其量化处理，并对各个影响因素进行权重计算，再根据权重值来运用合适的数学方法对各个事故类型进行风险评估。

1 层次分析法概述

1.1 层次分析法概念

层次分析法是利用综合评价方法，对工程复杂的本质、内在关系和影响因素进行深入定性与定量分析，从而提供适用的决策手段[1]。而层次分析法和计算权重有着多种计算方法，在实际问题中可根据实际情况选用其中一种进行计算。

1.2 基本原理及其基本步骤

1.2.1 基本原理

层次分析法是将一个错综复杂的问题分解为各个因素，依据鱼刺法原理将性质不同的各因素形成由下至上的层次，从而确定因素权重的方法。

1.2.2 AHP的基本步骤

步骤一 建立递阶层次结构模型：

把高边坡存在的复杂问题进行因素分解并分为不同的层次，高层为目标层，底层为因素层，使问题条理化、层次化，从而构建出层次结构模型。

步骤二 构建两两比较矩阵：

从第二层开始利用1～9个标度构建比较矩阵，将一个因素给施工安全带来的影响程度与另一个因素给施工安全带来的影响程度予以相比，分析各元素的重要性，从而得出比较矩阵A，包括具有同样的重要性、稍微重要、明显重要、强烈重要、极端重要。

步骤三 计算元素的相对权重：

依据第二步比较得到的矩阵A，解析特征根问题：

AW=λmaxW （1）

其中，λmax—矩阵中最大的特征根，W的分量为正分量。

将求得的权重向量集中统一处理，计算求得其权重值。

步骤四 判断一致性：

计算一致性指标CI：

CI=（λmax-n）/（n-1） （2）

其中，λmax是最大特征值。

查找一致性指標RI如表1。

计算一致性比例CR（consistency ratio）：

CR=CI/RI （3）

当CR<0.1时，计算符合要求。否则对其判断矩阵进行修正，重复上述步骤[2]。

2 洞口改沟工程施工安全风险评估

为了展示层次分析法在高边坡挖方施工安全风险评估中的运用，该论文以隧道洞口改沟工程中高海拔高寒地区高边坡严重风化带挖方为评估段进行相关研究。

2.1 工程概况

隧道进洞口山体地形起伏大，主要有山麓斜坡堆积地貌区，构造剥蚀中高山地貌区，紧邻洞口位置有河流经过，最大边坡高度为56 m，采取人工配合机械开挖的开挖方法。环境保护要求高，禁止水源污染，由于隧道进洞口处于半山坡位置（左、右洞路面高距河水面高约15.368 m、9.802 m），现场无平坦、宽阔地带可作为进洞大临设施建设平台。

2.2 确定评价指标

建立AHP模型的第一步就是确定评价指标，指标体系应具有代表性，能够反映实际状况。在进行评价指标体系建立的时候，首先进行风险辨识。高边坡开挖施工事故可能性评估主要是基于坡面病害、边坡失稳、塌方三种类型事故，建立评估指标体系。根据以上风险分析，结合现行路堑指南建议，从物的不安全状态考虑，边坡开挖存在边坡规模、施工方法及实施、地质条件、诱发因素、施工环境因素共5个方面[3]。

2.2.1 边坡规模因素分析

项目高填深挖边坡较多，经分析，边坡规模是影响施工安全的关键风险因子。为方便量化安全评估，将边坡规模分为边坡高度和坡形坡率两个因素。

2.2.2 施工工艺

边坡开挖以机械及人工开挖为主。经分析认为施工工艺是影响边坡开挖施工安全的重要风险因子。为方便进行量化安全评估，将施工工艺表达为开挖方法（机械、人工）和工序衔接（开挖多级再防护、开挖一级即防护）2个二级影响因素。

2.2.3 地质条件因素分析

根据地勘报告提供的区域地质构造特征分析，项目主要有褶皱、断裂及裂隙等构造，现处于稳定状态。但构造单元相叠加的复杂性，对场地的稳定性影响也不容忽视。边坡开挖存在边坡失稳的风险。所以地质条件也是影响施工安全的重要因素，并将其表达为岩性和坡体结构构造2个二级影响因素进行量化评估。

2.2.4 诱发因素分析

项目主要施工周期较长，山区暴雨频发，预警困难，可能引发泥石流等自然灾害，进一步诱发边坡失稳、坡面病害等风险事故。经过分析，将施工季节和自然灾害均作为边坡开挖施工安全致险因子，并称为诱发因素。

2.2.5 施工环境因素分析

边坡开挖扰动有可能致其失稳，为此，建立了施工环境因素评估指标。

2.3 建立层次结构模型

根据层次分析法的基本步骤，建立高边坡开挖施工安全风险评估递阶层次结构模型（如图1）。

2.4 构造判断矩阵并计算权重

第一步，采用问卷形式，通过德尔菲法，采集专家意见，确定各因素之间的相对重要性并赋以相应的分值。第二步，构造出判断矩阵，并计算权向量和一致性检验。

2.4.1 信息采集

经风险识别，发现边坡高度、坡形坡率等10个因素是该工程施工安全的主要影响因素。为判定各因素对施工安全影响的权重，需依据相关经验，并按给定的评分标准对各因素进行评分。

评分标准：分值为1时，影响较小;分值为3时，稍微影响;分值为5时，明显影响;分值为7时，强烈影响;分值为9时，极端影响;分值为2、4、6、8时，为上述相邻判断的中值（如表2）。

2.4.2 构造判断矩阵并计算

根据专家意见，得出各个指标的量化值，并由此构造判断矩阵，并计算各个指标权重值和进行一致性检验。

通过边坡失稳矩阵并利用MATLAB软件求出其权重值：ωi=（0.29，0.09，0.10，0.09，0.15，0.15，0.03，0.04，0.02，0.02），λmax=8.73。CR=（λmax-n）/（n-1）·RI，查表得，RI=1.49，则CR<0.1。因此，该判断矩阵符合要求。

通过塌方矩阵并利用MATLAB软件求出其权重值：ωi=（0.28，0.11，0.11，0.08，0.09，0.03，0.09，0，0，0.22），λmax=10，CR=（λmax-n）/[（n-1）·RI]，查表得，RI=1.49，则CR<0.1。因此，该判断矩阵符合要求。

通过坡面病害矩阵并利用MATLAB软件求出其权重值：ωi=（0.21，0.13，0.18，0.11，0.08，0.08，0.13，0.11，0.13，0.05），λmax=10，CR=（λmax-n）/[（n-1）·RI]，查表得，RI=1.49，则CR<0.1。因此，该判断矩阵符合要求。

2.5 边坡开挖评估指标评分及计算

2.5.1 评分标准

根据工程实际情况参照现行风险评估指南，针对各个风险指标进行量化评分。

2.5.2 评分及計算

根据现行风险评估指南对各个风险因素进行量化估值得出Rij，利用各个风险因素在各个类型的风险事故中所占的权重Wij与Rij的乘积Xij再对其求和得出最后的按事故类型的不同的风险量化值（如表3）。

2.5.3 人的不安全因素评估指标评分

人的不安全因素主要与管理制度、监管制度、资金投入、人员技术水平等方面有关。按照路堑指南建议，评估考虑了企业资质、作业人员经验、项目技术管理人员经验、专职安全人员配备、安全投入、机械设备配置及管理、专项施工方案、企业工程业绩等风险因素。《路堑指南》依据安全管理总分值M，将人的行为对风险源可能性的影响表示为调整系数λ。按照《路堑指南》λ=0.8。综合评分为3分。

2.6 风险等级评定结论

事故可能性等级标准参见现行风险评估指南。边坡开挖变形破坏迹象的调整系数根据现行风险评估指南判断，边坡上只有局部有破坏情形，支挡结构也在安全区域内。所以，调整系数取1。

计算确定：

（4）

式中：λ—安全管理调整系数;

D0—开挖边坡的变形破坏调整系数。

计算得出P值后，根据P值及现行风险评估指南，预判施工现场各风险源可能发生事故的等级。

通过安全专项风险的评定，该段工程存在边坡失稳与塌方的风险等级为偶然发生，存在坡面病害风险等级为可能发生（如表4）。

3 结语

该文结合层次分析法对高边坡挖方施工进行施工安全风险评估，进而对风险管理提供依据。对此，针对施工过程提出以下建议：结合该项目特点制定应急预案，完善设计方案、加强现场施工组织管理、重视边坡变形监控，同时加强边坡防护工程的施工质量。

参考文献

[1]邓雪，李家铭，曾浩健，等.层次分析法权重计算方法分析及其应用研究[J].数学的实践与认识，2012（7）：93-100.

[2]许树柏.实用决策方法：层次分析法原理[M].天津：天津大学出版社，1988.

[3]高速公路路堑高边坡工程施工施工安全风险评估指南[M].北京：人民交通出版社，2014.