长大隧道浅埋段下穿高速公路施工风险评价

王　硕；丁玉军

（1.吉林铁道职业技术学院铁道工程系，吉林　吉林　132001；2.兰州交通大学土木工程学院，甘肃　兰州　730070；3.中铁隧道集团三处有限公司怀邵衡项目部，湖南　怀化　418000）



长大隧道浅埋段下穿高速公路施工风险评价

王硕1，2；丁玉军3

（1.吉林铁道职业技术学院铁道工程系，吉林吉林132001；2.兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州730070；3.中铁隧道集团三处有限公司怀邵衡项目部，湖南怀化418000）

摘要：随着我国铁路建设稳步有序地开展，作为铁路工程主体结构构筑物之一的隧道工程，近年来也取得了很多令人瞩目的成就。但是隧道在建设过程中涉及到多方面风险因素，加之对于隧道项目的风险管理体系的应用尚不够成熟，造成施工过程中的安全事故频频发生，因此研究隧道施工的风险评价具有很大的现实意义。本论述结合工程实际案例运用层次分析法以及模糊综合评判法评价长大隧道进口浅埋段下穿既有高速公路施工的风险，通过分析该工程实际的风险影响因素，采取层次分析的方法计算指标权重，进而运用模糊综合评判法进行评价，具体说明如何运用层次模糊综合评判法进行施工风险评价。

关键词：层次分析法；模糊综合评判法；风险评价

DOI 10.3969/j.issn.1672-6375.2016.05.016

0　引言

随着我国国民经济的迅猛提升，国内的铁路设施建设稳步有序开展。但是，我国幅员辽阔，地形地貌种类繁多，面对地质情况的复杂性，隧道施工将会遇到很多意想不到的突发情况。譬如，当隧道进口浅埋段下穿高速公路时，施工风险会变得很大。本论述将结合工程实例作为说明，一方面进口浅埋下穿段位于强富水区，岩层主要为震旦系变质板岩，洞身围岩多破碎呈块状，岩体力学性能和整体稳定性较差，易形成导水通道，引起涌水、涌泥甚至塌方；另一方面隧道开挖将不可避免导致地层变形。如何在施工中控制地层变形的沉降量将对既有高速公路结构本身产生极大影响。因此，采用哪种方法对该隧道施工的风险进行评价就显得非常重要。

对于已有的隧道施工风险评价理论中，范益群［1］以可靠性理论作为基础讨论了地下结构物及构筑物风险设计的理念，通过计算得到隧道施工过程中发生风险的概率以及用定性的方法评价相应损失，并提出了改进后的层次分析方法。Mcfeat-Smith I.［2］讨论了复杂地质的隧道施工风险评估的方法模式，并且根据发生频次的高低将风险划分出不同等级，以便直观判断。毛儒［3］研究了江底沉管隧道特别是圆管隧道的可能发生的主要事故风险，运用风险矩阵进行风险评估。黄宏伟［4］进行了地下铁路建设时期和运营时期可能发生的风险因素管理方面的研究，讨论了地铁隧道建设时期不同施工阶段中的风险发生因素，并提出了控制风险因素的整体思路。以上文献详细介绍了隧道施工以及运营过程中可能遇到的风险管理并提出了多因素控制风险的思路。但是，由于铁路隧道的施工受地质环境因素的影响很大，隧道施工具有很明显的不确定模糊性。因此，本论述将依托实际工程开展定量研究，以层次分析法和模糊综合评判法相结合的思路，对长大隧道进口浅埋段下穿既有高速公路施工中的风险进行相应评价，并以此来判定风险等级。

1　工程概况

以位于湖南省的新建怀邵衡铁路尖峰山隧道下穿沪昆高速公路施工为例。该隧道全长6 405 m，讫止里程DK51+077～DK57+482，尖山峰隧道下穿沪昆高速为重点施工控制段，进口浅埋下穿段里程DK51+160～DK51+210，共计50 m。隧道埋深约19 m，软弱围岩，开挖易出现掉块、涌水、涌泥甚至崩塌现象，预测DK51+065～DK52+340最大涌水量为3 060 m3/d，处于强富水区，隧道变形控制要求高，安全风险大。经过专家论证，隧道采取加强监控量测，采用洞身长管棚超前预支护，双侧壁导坑法开挖，洞内加强初期支护等施工措施严控变形，以确保安全。

2　层次分析

2.1建立递进层次结构

构造递进层次结构时，选取风险因素乃重中之重。建立在对本隧道项目充分的调查和相关资料的研究基础上，建立见图1所示的长大隧道浅埋段下穿高速公路施工风险评价指标结构图。

图1　长大隧道浅埋段下穿高速公路施工风险评价指标结构图

2.2构造判断矩阵

根据研究后所确定的上下层之间元素的包含关系，将所有因素对上一层元素的重要程度进行两两比较，使用1～9的比例标度aij（i=1.2.…n；j=1.2.…n）来反映彼此的相对重要性，并满足aij＞0；aji=1/aij；aii=1。以此构造出判断矩阵，假定为A。

2.3应用根法计算单一准则下元素的相对权重

2.4一致性检验

表1　平均随机一致性指标

表2　A～B判断矩阵

表3　B1～C判断矩阵

表5　B3～C判断矩阵

表4　B2～C判断矩阵

表7　层次总排序权重

表6　B4～C判断矩阵

2.5层次总排序权重

通过A～B判断矩阵求出B1～B4的排序权向量Wi（i=1.2.…4）以及Bj～C（j=1.2.…4）判断矩阵中关于C1～C14的排序权向量分别对应填入表中，运用加权求和法得到全局总权重。见表7所示。

3　模糊综合评价

设因素集为F，且F=｛f1，f2，…，fn｝其中f1，f2，…，fn表示评价体系指标中最末层的风险因素，n=14。

评语集为V，且V=｛风险高，风险较高，风险适中，风险较低，风险低｝，并分别对其赋值得到V=｛5，4，3，2，1｝。

依据全局总权重值对F中的每个因素进行评判，则评判集构成的模糊评判矩阵R：

该隧道施工的评判向量B=U*R=（0.411 4 0.321 1 0.179 9 0.068 2 0.019 7）。

U为权向量，故该隧道进口浅埋下穿段施工风险评价中，高风险概率为41.14%，较高风险

概率为32.11%，风险适中概率为17.99%，较低风险概率为6.82%，低风险概率为1.97%。运用加权平均集化方法得到施工风险的量化评估值为3.900 8。说明该隧道进口浅埋下穿段施工风险程度处于较高风险与适中风险之间，更偏向于较高风险。

4　结束语

隧道进口浅埋下穿段施工中存在的风险不仅会造成施工难度加大，工期延后，资金周转不畅等问题，而且会对施工人员的生命安全构成很大的威胁。所以做好隧道重点施工段特别是地质不良地段的风险评价是至关重要的工作。本论述以层次分析及模糊综合评判相结合的手段，对隧道进口浅埋下穿段的施工风险评价做了一定的定量研究，其目的是为了能更好地使其应用于工程实践当中。

参考文献：

［1］范益群，刘建航.时空效应理论与软土基坑工程现代设计概念［J］.清华大学学报（自然科学版），2000（S1）：1-5.

［2］Mcfeat-Smith I，Harman K W. IMS risk evaluation system for financing and insuring tunnel projects［J］. Tunnelling & Underground Space Technology，2004，19（S4-5）：334.

［3］毛儒.隧道工程风险评估［J］.隧道建设，2003（2）：1-3.

［4］黄宏伟.隧道及地下工程建设中的风险管理研究进展［J］.地下空间与工程学报，2006（1）：13-20.

［5］蒋立福，李晓钟.浅埋暗挖地铁隧道下穿河流施工风险评价［J］.价值工程，2014（32）：143-144.

［6］陈赤坤，郑长青，曹磊.铁路隧道风险评估体系的研究和探讨［C］.2007年铁路隧道建设安全与软岩隧道修建技术研讨会暨第五届铁路隧道年会，2008.

作者简介：王硕（1984-），男，汉族，河北廊坊人，硕士研究生，助教，主要研究方向：桥梁与隧道工程。

收稿日期：2016- 1- 18

中图分类号：U455.4

文献标识码：A