基于模糊可拓方法的公路隧道施工风险评价的应用

吴 杰，陈 强，陈 争，邓 航

(1．中交路桥华东工程有限公司，上海 200120;2．中安广源检测评价技术服务股份有限公司，天津 300000)

目前，我国的公路建设已与国外持衡，市场调查研究发现在我国公路建设的10年内，我国公路建设已进入快速发展阶段。与此同时，现阶段可看到道路交通普遍存在拥挤现象，这将预示着新建高速公路会继续扩大，为避免人群聚集地带对施工难度大的山区隧道地带开挖尤为重要。在保证公路施工安全的前提下，保证施工进度，显然对山区隧道施工建设风险评定十分必要。

近年来，对山区隧道施工建设的研究还有待完善，特别针对山区地带隧道施工风险评估方法值得深讨。苏观男等［1］从传统可拓模糊理论中对大坝变形形态给出评价，并避免了传统人为定权值的误差。邹飞等［2］将可拓理论应用在爆破风险领域并得到了很好的效果。张雅娜等［3］将可拓区间判断矩阵与模糊综合评价方法结合用于混凝土结构耐久性能力的评估。可见，模糊可拓方法应用于工程领域有一定实用性，现将其应用于公路隧道施工风险分析中并验证其风险等级合理性。

1 公路隧道施工风险评价方法

1．1 模糊可拓评价方法

为了验证模糊可拓在山区高速公路隧道施工中遇到风险大小，借助模糊可拓评价方法［1，4］评估，下面简要介绍该方法。

(1)将原始数据格式化。将公路隧道施工中遇到风险指标的参评原始数据用规格化方法化为［0，1］区间上的模糊隶属度值。

(2)确定风险评价标准。根据工程实际需求，将评估标准定为5级，即N=［低风险 N1，一般风险 N2，显著异常 N3，高度风险N4，极高风险N5］，分级标准定量化依此表征为:

(3)确定公路隧道施工风险中的经典域和节域。

式中，R0－同征物元Ri(i=1，2，…，m)的同征物元体;Nj－物元系统中施工过程中的第j个评价级别;Ci－施工指标中的第i个特征;Vij=＜aij，bij＞为Nj关于Ci规格化的值域，表示隧道施工风险评价指标对应的经典域。

式中，Rp－物元的节域;Np－物元系统中公路隧道施工等级的全体;Vip=＜aip，bip＞为特征C1的值域，也为Np的节域且在［0，1］区间内。

(4)确定公路隧道施工风险中的待评物元。

(5)求取风险指标关联度。

式中，wi－权重系数，满足∑i=1nwi=1。

(7)评级。若 Kj0=maxKj(Q)，j∈{1，2，…，m}，则 Q 为等级j0，称j*为Q的等级变量特征值，即:

(6)确定山区公路隧道风险Q的关联度。

因此，利用式(1)～(8)可确定山区高速公路在隧道施工中的风险评定。

1．2 确定权重系数

在1．1可知权重在求解中很重要，权重是衡量隧道施工风险指标重要性的所占分量的比例。这里采用经典的AHP法，该方法有助于将少量的定量化处理得到复杂模糊系统的权重［5－6］。如图1为AHP法流程图，当检验系数 CR ＜0．1时，则认为AHP法求得的权重达到一致性检验，否则重新检验。目前基于AHP法的aahp软件可有效提高一致性验算效率［7］。

图1 AHP法求解流程图

2 实例分析

为验证研究方法的可靠性及可比性，参考文献［8］中实例概况对山区高速公路施工风险分析。

2．1 评估指标

结合该施工隧道建设过程，选择2位现场安全管理员，1位安全监理，7位资质、能力相当的专家对实例资料中隧道建设进行危险源辨识，从工程地质条件、山区隧道开挖断面、隧洞施工技术现状、洞口工程难易程度及其一一对应的12个指标集，并采用专家打分法对建设过程中风险严重程度打分，并采用专家经验法求出12个指标层分值规划化成模糊隶属度，随后利用aahp软件中AHP法求出各指标层的权重值，最终构建出如表1所示的评价指标体系。

表1 隧道施工风险评价指标体系

2．2 施工风险评价

根据工程实况及表1整理数据，现以“工程地质条件”评价为例，说明计算过程。

(1)建立模糊物元。

(2)根据分级标准确定隧道施工风险的经典域R0，进而确定节域物元Rp，由模糊隶属度值构建待评物元RQ。

(3)求得工程地质条件指标层指标关联度为:

用软件求得的特征权重为:w1k=［0．082，0．368，0．550］

(4)由式(6)最终求得“工程地质条件”的关联度矩阵:

综上，按照以上步骤，可求得其他准则层指标关联度，进而得到准则层相对于目标层的关联度集合矩阵:

(5)由式(6)结合准则层指标权重，最终求得山区公路隧道施工风险的关联度为:

(6)通过式(7)、(8)山区公路隧道施工风险的级别变量特征值为:j*=1．501。

由计算结果可知，j*=1．501，介于基本低风险与一般风险之间，风险等级为一级，属低风险。与文献［8］实际情况基本相符，区别在于分档级别不同。由现场实地资料可知，勘察设计单位提供资料与现场实际相符，同时施工前期该工程项目已做好了专项施工方案，且工程地质类型为中等，从业人员风险安全意识较强。因此，进一步验证了此评价体系合理，可为现场管理决策人员提供参考。

3 结语

为了保障山区公路隧道施工安全，提前对施工风险大小给予评估，通过实例分析，从工程地质条件、山区隧道开挖断面、隧洞施工技术现状、洞口工程难易程度及其12个指标对施工风险进行分析，研究将模糊可拓评价方法与AHP法结合对施工风险进行评价，风险等级为一级，隶属低风险，结果与实际情况相符，表明该评估方法可应用于山区高速公路隧道施工风险评估领域，有助于决策者做决断。