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摘要：解决了复杂地质条件下公路隧道施工安全风险评价的问题。通过对同类工程事故的广泛调研，建立了复杂地质情况下的公路隧道施工安全风险评价指标体系，并引入风险评价中较为成熟的AHP理论计算各指标的相对权重，并將该体系、方法运用于涪陵-丰都高速公路果林隧道施工安全评价中，以期能为进一步提高我国公路隧道施工安全风险评估技术水平作出贡献。
关键词：复杂地质；公路隧道；安全风险；指标体系；AHP
中图分类号： U455文献标识码：A文章编号：
Abstract: To solve the complicated geological conditions highway tunnel construction safety risk assessment. Through to the similar projects in the accident widely research, create a complex geological conditions of highway tunnel construction safety risk evaluation index system, and introduces the mature in the risk assessment AHP theory calculation the relative weight of each index, and the system and method used in fuling-little highway tunnel construction safety evaluation of fruit, so as to further improve the highway tunnel in China for construction safety risk assessment technical level to contribute.
Key Words: complex geological; highway tunnel; safety risk; index system; AHP
1 引言
随着我国高等级公路路网规划的全面展开，国内高速公路建设也蓬勃发展，公路隧道的修建也越来越多。如何在各种复杂的地质条件下修建隧道并安全、如期完工，成为越来越多建设工作者关注的问题，其中施工安全风险的控制也就成为许多专家学者的研究课题。国外如美国、法国和日本在该领域有所建树[1]，国内王飞跃等利用FDA模型实现了对隧道施工安全风险的评价[2]，刘辉等综合利用专家评议、模糊层次分析法实现了公路隧道施工安全的评价[3]。本文在对同类工程事故进行广泛调研的基础上，结合对公路隧道施工的深入研究，建立了复杂地质情况下的公路隧道施工安全风险评价指标体系，并引入风险评价中较为成熟的层次分析法(AHP) [4]计算各指标的相对权重，并将该体系、方法运用于涪陵-丰都高速公路果林隧道施工安全评价中。实践表明，所建立的指标体系与提出的评价方法合理适用，为该隧道施工安全风险控制提供了有力的理论依据，对同类工程具有指导意义。
2 工程概况
果林隧道位于重庆市涪陵-丰都高速公路段，处于涪陵区江东街道明建山庄和庞家院子之间，呈南东-北西走向。隧道从果林公园下部穿过，进口埋深较浅、围岩稳定性差且上方有小溪，岩性为中—薄层砂岩、页岩，产状为318°∠17°。洞身埋深较大，最大覆盖层厚约200m，出口情况较好。
隧址区历年最大降雨量为1479.40mm，降雨主要集中在5～9月且多暴雨，地表水和地下水较丰富。地下水主要为砂岩层间裂隙潜水，地表水主要为山间溪流和雨季降雨后冲沟形成的地表径流，洞身段由于为凹形山谷地段可能存在承压水，施工期间可能发生涌水、突水。该隧道地质情况复杂，施工技术难度高，施工阶段安全隐患极大。
3 安全评价
3.1 施工安全评价指标体系
在对同类工程事故进行广泛调研的基础上，结合对复杂地质情况下公路隧道施工安全的深入研究，建立了适用于复杂地质情况下公路隧道施工安全风险评价指标体系（表1）。
表1复杂地质公路隧道施工风险评价指标体系
逻辑层A 因素层B 相对权重 整体权重 排序
勘察
设计
（0.297） 开挖方式合理性 0.449 0.037 3
支护形式有效性 0.140 0.139 8
围岩条件复杂性 0.301 0.060 4
节理裂隙情况 0.066 0.303 11
地下及地表水 0.044 0.048 13
安全
管理
（0.163） 体制的健全性 0.129 0.013 10
机构设置合理性 0.053 0.073 14
制度落实有效性 0.444 0.009 5
宣传教育程度 0.081 0.021 12
安全培训程度 0.293 0.013 7
施工
情况
（0.540） 隧道施作质量 0.563 0.019 1
风水电保证率 0.110 0.089 6
施工材料可靠性 0.258 0.042 2
设备到位情况 0.069 0.133 9
3.2 构造判断矩阵
组织熟悉此项目的参建各方人员组成专家组，利用专家调查法对指标体系底层因素进行两两对比，构造判断矩阵A如下：
同理，可得到因素层各指标的判断矩阵B1、B2、B3。
3.3 计算判断矩阵的特征向量
通过计算判断矩阵的特征向量并归一化可得到风险因素的相对权重，其特征向量可采用方根法计算，公式如下：
（1）
计算出判断矩阵A的特征向量为：，，。即可得到相对权重向量。同理可得因素层的相对权重向量WB1、WB2、WB3。最终权重计算结果及整体排序见表1。
3.4 一致性检验
首先按照计算相容性指标，其中为最大特征值，再按照计算一致性比率，其中为平均随机一致性指标，其值如表2所示。
表2平均一致性指标R.I.
矩阵阶数 1 2 3 4 5 6
R.I. 0 0 0.58 0.90 1.12 1.24
C.R.<0.10时即可认为建立的判断矩阵有着比较好的一致性，计算出的权重向量合理有效，否则应重新构建及计算。
4 施工对策
根据表1的整体权重排序可知，对复杂地质情况下隧道施工安全的影响度前5位分别是：隧道施作质量、施工材料可靠性、开挖方式合理性、围岩条件复杂性以及安全管理制度落实有效性。针对以上主要风险源，制定施工对策如下：
（1）隧道洞口段施工采用超前大管棚结合地表注浆方案，以确保隧道施工的安全。洞口段地表径流应对现有沟底用混凝土或浆砌片石进行铺砌，并做好防水处理，同时应设置较长明洞以解决该段埋深浅难以进洞的问题。
（2）在隧道左、右线进口围岩破碎段仰拱开挖后，应进行隧底注浆以保证后期结构的稳定性。该段落采用台阶分步法开挖，严守“短进尺，弱爆破，强支护，早成环”的原则，根据现场监控量测结果及时修正设计参数、调整施工方案。隧道开挖后应及时施作初支，使初支与围岩形成“承载环”，二衬采用9m、12m衬砌台车全断面作业并应振捣、养护。
（3）应严格把关施工质量，将质量控制放在首位，确保施工材料质量、规格达标。还应组建高效的管理班组，建立健全施工安全管理制度并落实到位，这样才能从实质上保证隧道施工的安全，使其安全、顺利完工。
4 结论
通过开展广泛的事故统计、现场调研，并在对公路隧道施工安全深入研究的基础上，建立了适用于复杂地质情况下的公路隧道安全风险评价指标体系，提出了利用AHP来计算各层因素的相对权重，找出主要风险源。通过在重庆市涪陵-丰都高速公路段的果林隧道上的实践运用，表明该体系和方法具有较强的实用性、可操作性与科学性，评价结果与实际基本相符，可为公路隧道施工阶段制定合理有效的风险应对措施提供理论依据。
参考文献：
LADYMAN S J. The Road Tunnel Safety Regulations[S]. The Stationery Office Limited in the UK. 2007.
王飞跃, 董陇军, 白云飞. 隧道施工现场安全评价的费歇判别分析(FDA)模型及其应用[J]. 中国安全科学生产报. 2008, 18(1):160-164.
刘辉, 孙世梅, 张喜明. 公路隧道施工安全模糊评价方法研究及应用[J]. 现代隧道术. 2008, 45(1):5-9.
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.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：复杂地质；公路隧道；安全风险；指标体系；AHP
中图分类号： U455文献标识码：A文章编号：
Abstract: To solve the complicated geological conditions highway tunnel construction safety risk assessment. Through to the similar projects in the accident widely research, create a complex geological conditions of highway tunnel construction safety risk evaluation index system, and introduces the mature in the risk assessment AHP theory calculation the relative weight of each index, and the system and method used in fuling-little highway tunnel construction safety evaluation of fruit, so as to further improve the highway tunnel in China for construction safety risk assessment technical level to contribute.
Key Words: complex geological; highway tunnel; safety risk; index system; AHP
1 引言
随着我国高等级公路路网规划的全面展开，国内高速公路建设也蓬勃发展，公路隧道的修建也越来越多。如何在各种复杂的地质条件下修建隧道并安全、如期完工，成为越来越多建设工作者关注的问题，其中施工安全风险的控制也就成为许多专家学者的研究课题。国外如美国、法国和日本在该领域有所建树[1]，国内王飞跃等利用FDA模型实现了对隧道施工安全风险的评价[2]，刘辉等综合利用专家评议、模糊层次分析法实现了公路隧道施工安全的评价[3]。本文在对同类工程事故进行广泛调研的基础上，结合对公路隧道施工的深入研究，建立了复杂地质情况下的公路隧道施工安全风险评价指标体系，并引入风险评价中较为成熟的层次分析法(AHP) [4]计算各指标的相对权重，并将该体系、方法运用于涪陵-丰都高速公路果林隧道施工安全评价中。实践表明，所建立的指标体系与提出的评价方法合理适用，为该隧道施工安全风险控制提供了有力的理论依据，对同类工程具有指导意义。
2 工程概况
果林隧道位于重庆市涪陵-丰都高速公路段，处于涪陵区江东街道明建山庄和庞家院子之间，呈南东-北西走向。隧道从果林公园下部穿过，进口埋深较浅、围岩稳定性差且上方有小溪，岩性为中—薄层砂岩、页岩，产状为318°∠17°。洞身埋深较大，最大覆盖层厚约200m，出口情况较好。
隧址区历年最大降雨量为1479.40mm，降雨主要集中在5～9月且多暴雨，地表水和地下水较丰富。地下水主要为砂岩层间裂隙潜水，地表水主要为山间溪流和雨季降雨后冲沟形成的地表径流，洞身段由于为凹形山谷地段可能存在承压水，施工期间可能发生涌水、突水。该隧道地质情况复杂，施工技术难度高，施工阶段安全隐患极大。
3 安全评价
3.1 施工安全评价指标体系
在对同类工程事故进行广泛调研的基础上，结合对复杂地质情况下公路隧道施工安全的深入研究，建立了适用于复杂地质情况下公路隧道施工安全风险评价指标体系（表1）。
表1复杂地质公路隧道施工风险评价指标体系
逻辑层A 因素层B 相对权重 整体权重 排序
勘察
设计
（0.297） 开挖方式合理性 0.449 0.037 3
支护形式有效性 0.140 0.139 8
围岩条件复杂性 0.301 0.060 4
节理裂隙情况 0.066 0.303 11
地下及地表水 0.044 0.048 13
安全
管理
（0.163） 体制的健全性 0.129 0.013 10
机构设置合理性 0.053 0.073 14
制度落实有效性 0.444 0.009 5
宣传教育程度 0.081 0.021 12
安全培训程度 0.293 0.013 7
施工
情况
（0.540） 隧道施作质量 0.563 0.019 1
风水电保证率 0.110 0.089 6
施工材料可靠性 0.258 0.042 2
设备到位情况 0.069 0.133 9
3.2 构造判断矩阵
组织熟悉此项目的参建各方人员组成专家组，利用专家调查法对指标体系底层因素进行两两对比，构造判断矩阵A如下：
同理，可得到因素层各指标的判断矩阵B1、B2、B3。
3.3 计算判断矩阵的特征向量
通过计算判断矩阵的特征向量并归一化可得到风险因素的相对权重，其特征向量可采用方根法计算，公式如下：
（1）
计算出判断矩阵A的特征向量为：，，。即可得到相对权重向量。同理可得因素层的相对权重向量WB1、WB2、WB3。最终权重计算结果及整体排序见表1。
3.4 一致性检验
首先按照计算相容性指标，其中为最大特征值，再按照计算一致性比率，其中为平均随机一致性指标，其值如表2所示。
表2平均一致性指标R.I.
矩阵阶数 1 2 3 4 5 6
R.I. 0 0 0.58 0.90 1.12 1.24
C.R.<0.10时即可认为建立的判断矩阵有着比较好的一致性，计算出的权重向量合理有效，否则应重新构建及计算。
4 施工对策
根据表1的整体权重排序可知，对复杂地质情况下隧道施工安全的影响度前5位分别是：隧道施作质量、施工材料可靠性、开挖方式合理性、围岩条件复杂性以及安全管理制度落实有效性。针对以上主要风险源，制定施工对策如下：
（1）隧道洞口段施工采用超前大管棚结合地表注浆方案，以确保隧道施工的安全。洞口段地表径流应对现有沟底用混凝土或浆砌片石进行铺砌，并做好防水处理，同时应设置较长明洞以解决该段埋深浅难以进洞的问题。
（2）在隧道左、右线进口围岩破碎段仰拱开挖后，应进行隧底注浆以保证后期结构的稳定性。该段落采用台阶分步法开挖，严守“短进尺，弱爆破，强支护，早成环”的原则，根据现场监控量测结果及时修正设计参数、调整施工方案。隧道开挖后应及时施作初支，使初支与围岩形成“承载环”，二衬采用9m、12m衬砌台车全断面作业并应振捣、养护。
（3）应严格把关施工质量，将质量控制放在首位，确保施工材料质量、规格达标。还应组建高效的管理班组，建立健全施工安全管理制度并落实到位，这样才能从实质上保证隧道施工的安全，使其安全、顺利完工。
4 结论
通过开展广泛的事故统计、现场调研，并在对公路隧道施工安全深入研究的基础上，建立了适用于复杂地质情况下的公路隧道安全风险评价指标体系，提出了利用AHP来计算各层因素的相对权重，找出主要风险源。通过在重庆市涪陵-丰都高速公路段的果林隧道上的实践运用，表明该体系和方法具有较强的实用性、可操作性与科学性，评价结果与实际基本相符，可为公路隧道施工阶段制定合理有效的风险应对措施提供理论依据。
参考文献：
LADYMAN S J. The Road Tunnel Safety Regulations[S]. The Stationery Office Limited in the UK. 2007.
王飞跃, 董陇军, 白云飞. 隧道施工现场安全评价的费歇判别分析(FDA)模型及其应用[J]. 中国安全科学生产报. 2008, 18(1):160-164.
刘辉, 孙世梅, 张喜明. 公路隧道施工安全模糊评价方法研究及应用[J]. 现代隧道术. 2008, 45(1):5-9.
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.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。