怀芷高速公路拓宽岩质高边坡二次开挖施工风险评价

2021-04-24肖宇锋肖拥军

湖南城市学院学报（自然科学版） 2021年2期

肖宇锋，卢伟，杨仙，肖拥军

(湖南科技大学资源环境与安全工程学院，湖南湘潭 411201)

20 世纪90 年代，我国高速公路建设进入飞速发展时期，随着经济发展与交通量的持续增加，早期修建的高速公路已无法满足通行要求，必须对高速公路进行改扩建[1].拓宽施工是高速公路扩容的重要手段，相较于新建高速公路，其更为节约土地及路产资源，但建设难度也更大[2].特别是运营期高速公路拓宽项目中，涉及岩质高边坡的二次开挖时，施工难度大，风险高.首先，既有支护结构岩质高边坡中，边坡-支护结构体系已达应力平衡，二次开挖势必破坏既有支护结构，再次形成临空面，施工不慎极易导致边坡失稳；其次，边坡二次开挖还需考虑临近高速公路的运营安全问题和环境影响因素，进一步增加了施工难度和对安全性的要求.因此，有必要对高速公路拓宽岩质高边坡二次开挖施工进行风险评价，其对控制边坡二次开挖的稳定性，减小运营期施工安全风险意义重大.

目前，国内外许多专家学者对边坡的风险评估及管理进行了研究.Enstein[3]提出了边坡滑坡风险评价的框架.张永兴等[4]以地理信息系统为基础进行二次开发，建立了边坡风险评估系统.Hartlen 等[5]对滑坡风险进行了定性评价.杨刚[6]选取层次分析和集对理论相结合的方法对露天矿山的边坡稳定性进行了定量评价.但是，边坡失稳的临界状态往往具有模糊性的特点，单一定性或定量的方法对其失稳的反映比较困难[7].相较而言，风险矩阵法(R=P×C法)[8]是一种定性与定量相结合的方法，该法是基于专家评分进行风险评价的，而参与问卷调查的专家受到自身客观认识的局限，对同一问题的风险评价也有所差异.熵度量法作为一种不确定性分析方法，能避免其他方法主观性大的缺陷，在风险评估中应用越来越多[9].

本文以怀芷高速运营期朱溪互通拓宽工程为例，构建了风险评估指标体系，并基于风险矩阵法进行了问卷调查，最后通过熵度量法对问卷调查结果进行综合分析，研究结果可为运营期高速公路岩质高边坡二次开挖风险评估与控制提供理论参考.

1 熵度量法

工程实践中，所能得到的信息经常是不准确的和(或)不完全的[10]，因此大多数风险评估决策具有很大的不确定性.风险度量是指计算某一特定评价对象或方案目标在已知环境状态下对评价对象可能造成的或实现目标的危险程度.传统的风险度量方法采用某一评价问题的概率分布函数及其特征数(如均值和方差)来描述风险，而采用这种方法度量风险，随机性比较大，不具有全面性和唯一性，且分布函数的形状在实际运用中很难确定[9].有效利用信息熵，则可根据各指标变异程度，计算出各指标权重，进行多指标综合评价[11].

熵度量法基本流程：通过专家打分等方式确定各指标风险值，并给出评价矩阵R；求出各指标的熵值H和熵权ω；建立风险分析的熵度量模型，计算总体风险值.

1.1 评价隶属关系矩阵的构建和处理

把岩质高边坡拓宽工程项目的风险因素按某种属性分成s个子集.

1.2 熵值H 和熵权ω 的确定

1.3 基于熵度量法评价问题的风险值计算

熵度量评价方法是对照各自归属类别的几个最底层的指标，先进行熵度量评价；然后，再把这些指标的评价结果加以组合成与之相邻的上一层指标的评价矩阵；依此类推，最后算出总的风险评价值.

2 岩质高边坡二次开挖风险问卷调查

表1 风险发生概率等级问卷调查

根据边坡所在地的工程地质和水文地质环境，结合边坡拓宽施工的具体情况，考虑到运营环境、交通组织等因素，选取了4 个一级指标，17 个二级指标作为主要风险(见表1).分别对各风险发生的概率以及风险产生的后果损失进行问卷调查，问卷调查表见表1.

本次问卷调查主要对象为现场施工技术人员和专家，共发出问卷12 份，收回10 份.影响程度可划分为可忽略、需考虑、严重、非常严重和灾难性5 种.结合风险事件发生的概率，可以得出风险评估矩阵，见表2.利用风险评估矩阵对风险进行定级，从而确定风险的接受程度以及是否采取降低风险的措施，见表3.

表2 风险评估矩阵

表3 风险等级、接受准则和控制措施

3 基于熵度量法岩质高边坡施工风险评价

考虑到问卷调查人员现场经验以及知识水平等程度各不相同，因此问卷调查得到的结论可信度也各不相同，需进一步基于熵度量法对问卷调查结果进行综合分析.首先，对10 份一级指标中工程地质和水文地质风险进行评价.一级地质条件因素风险共包含地形地貌、边坡地质构造、岩土体类型、地表水情况4 个二级指标，根据调查结果，可得4×10 原始矩阵：