基于层次分析法的铁路边坡失稳风险评价探讨

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　　摘 要：边坡失稳风险影响因素复杂、周边环境多变，施工期风险较大，解决边坡失稳风险评估问题十分必要。在对各类边坡工程事故的统计分析的基础上，结合广泛的专家调研，建立了边坡失稳风险指标体系。结合重庆某铁路边坡工程，利用专家评价法和层次分析法计算出影响因素的相对权重，找出主要风险源，并基于评价结果制定了有效的风险应对措施。其体系、方法、理论可为同类工程所借鉴。
　　关键词：边坡失稳风险；指标体系；层次分析法；风险应对
　　
　　
　　1 引言
　　边坡失稳风险危害巨大，特别是对工程的稳定以及交通运输、人民生命财产安全有着非常大的威胁[1]。我国近年来工程建设发展势头迅猛，但是由于建设单位良莠不齐，建设中或后期运营中常常发生失稳事故，边坡稳定性问题成为我国近年来热点、难点问题之一。利用科学的方法对边坡失稳风险进行评价并采取针对性措施，可有效减少事故的发生。国内外许多科研机构及高校对岩土工程风险进行了深入研究，但对边坡失稳风险涉猎甚少。本文结合重庆市某铁路边坡工程实践，利用层次分析法（AHP）[2]对边坡失稳风险进行了评价，并给出了应对措施，有效的保证了该工程的顺利完工。
　　2 边坡失稳风险管理
　　根据铁路隧道风险管理相关规范及经验可知，边坡工程失稳风险管理流程应包括风险计划、风险评估和风险控制三个阶段[3]。首先，风险计划阶段包括制定风险管理计划和确定管理目标、准则两部分工作，是实行风险管理工作的前提。其次，风险评估阶段的工作包括：建立风险评价体系、确定体系相对权重、指标一致性检验、评价主要风险源；最后，风险控制阶段是对风险进行处置、监控的过程，需根据风险接收准则对风险评估结果制定相应的风险应对措施，使失稳风险始终处于可接受程度。
　　3 工程概况
　　重庆某铁路边坡工程位于重庆某新建铁路DK15+350段，边坡标高945～1005m，呈鼻梁状凸形坡地貌。边坡平面形态呈上窄下宽的长条状，纵长115m，前缘横宽82m，后缘横宽10m，边坡分布面积4.9×，软弱面最大埋深10～15m，体积4.0×，路基边坡坡高大于4m。该边坡土体结构松散，粘结力小，透水能力强，岩相复杂而多变，该处地表水及山坡上方地下水补给较丰富。由于该边坡土质主要由泥岩、砂岩块、碎石、角砾、砂及粉质粘土等不同时期、不同成因的堆积物质交错重叠而成，且这些物质在很短距离内先后出现并相互交错，从而导致剖面上不同土层间渗水性、富水性差异，造成可能滑动面复杂，失稳风险较大。
　　4 风险评价
　　4.1 建立边坡失稳风险指标体系
　　风险评估工作的基础就是建立可靠的风险评价指标体系，指标体系应具有系统、科学、客观与可操作等特点。通过对同类工程事故的大量统计与分析，并对已有成果进行广泛调研，建立了以边坡失稳为目标风险的评价体系（表1）。
　　表1边坡失稳风险指标体系
　　逻辑层A 因素层B 相对权重 整体权重 排序
　　地质
　　地貌
　　（0.320） 围岩特性 0.543 0.174 2
　　 节理裂隙 0.067 0.021 10
　　 地下水 0.214 0.068 4
　　 边坡高度 0.034 0.011 12
　　 坡度 0.142 0.045 6
　　自然
　　环境
　　（0.122） 降水量 0.555 0.068 5
　　 河流 0.109 0.013 11
　　 山洪爆发 0.229 0.028 9
　　 泥石流 0.072 0.009 13
　　 地震 0.035 0.004 14
　　其他
　　因素
　　（0.558） 工程施工质量 0.654 0.365 1
　　 周边附加荷载 0.077 0.043 7
　　 周边施工影响 0.192 0.107 3
　　 植被覆盖率 0.077 0.043 8
　　4.2 构造判断矩阵
　　针对建立的指标体系，组织熟悉该工程的专家、学者、设计人员、施工人员等组成评审团，利用专家调查法或头脑风暴法对指标体系各元素进行两两比较，构造出一系列判断矩阵。例如对逻辑层的地质地貌、自然环境、人为因素进行两两比较，建立的判断矩阵A为：
　　
　　同理，可得到因素层风险因素各自的判断矩阵B1、B2、B3。
　　4.3 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，计算特征向量的方法包括特征根计算法、方根法、最小平方权法、和法等，本文均采用方根法来计算各个判断矩阵的特征向量，计算公式如式1。
　　 （1）
　　以判断矩阵A的特征向量计算为例，先计算出各个权重值：
　　 ， ， 。
　　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。
　　4.4 一致性检验
　　在构建两两比较矩阵时，由于是利用专家经验来进行两两比较，因而不可能完全精确的识别各因素之间的相对关系，只能进行大概的估计，故构造出的判断矩阵必须进行相容性和误差分析，即一致性检验。
　　首先计算相容性指标 ，其中最大特征值 ，（ 为矩阵 的第i个分量）。
　　再计算一致性比率 ，其中R.I.为平均随机一致性指标，是根据足够多个随机发生的样本矩阵计算的一致性指标的平均值，其值如表2所示。
　　表2平均一致性指标
　　矩阵阶数 1 2 3 4 5 6
　　R.I. 0 0 0.58 0.90 1.12 1.24
　　矩阵如具有比较满意的一致性则需一致性指标C.R.<0.10，即认为权重向量W可以接受，否则计算结果无效，需重新构建判断矩阵，重新计算权重向量并进行一致性检验。经计算，本次构建的两两比较矩阵均满足C.R.<0.10，相对权重有效。
　　5 风险控制措施
　　从表1可以看出，可能引发边坡失稳风险的主要因素（前5位）顺次是：边坡工程施工质量、边坡地段地层岩性、周边近接施工的影响、地下水的影响、降雨的影响。针对以上风险源，主要采取的具体风险应对措施为：
　　（1）严格控制施工质量，坚决杜绝豆腐渣工程，一丝不苟做好施工中每一环节工作，建设各方协同配合监督施工全过程。
　　（2）刷坡。由于该路段表层土体结构松散，风险评价结果显示出岩性对边坡失稳的影响极大，故应采用刷破的方法清除坡面危岩、严重风化破碎表层及不稳定部分，清除影响边坡及边沟的坡脚坍塌堆积物、风化剥落碎屑物等，其目的在于调整边坡表层土质结构, 增强边坡自稳能力。
　　（3）截排水。边坡修建地区降雨量大，不远处又有河流影响，且评价结果显示出水对边坡稳定性的影响非常大，故应采取合理的截排水措施。工程中在边坡顶设截水沟，底宽0.6米，深0.4米。坡面每隔1~2米上下左右交错设置0.1×0.15米矩形泄水孔。最下一排泄水孔高出路肩0.3米，路基两侧设矩形侧沟，底宽0.6米，深1.0米，两侧留1.0米宽侧沟平台。侧沟外侧沿线路纵向设φ100mm塑料盲沟管，每隔10米设一根长1米的φ100mm塑料盲沟管插入侧沟泄水孔向沟内排水。
　　另外，还应制定较为可靠的边坡防护措施，工程中为了防止后期边坡开挖后表层加速风化，产生剥落、零星坠石等现象，采用水泥砂浆封面、护面，部分段落施作支护墙，既可防护坡面，又能起支撑作用。由于重庆地区夏季多雨，易爆发山洪，施工最好安排在旱季进行，以保障施工进度和质量。
　　6 结论
　　工程实践表明，在大量调研的基础上建立的边坡失稳风险指标体系是合理的，并具有较强的实用性。专家调查法结合层次分析法可计算出体系各因素的相对权重，并能找出主要风险影响因素，对边坡失稳风险进行评价是合理可行的，可为制定有效的应对措施提供理论依据。针对本工程，制定的边坡失稳风险应对措施在实际工程中取得了较好成效，大大降低了施工期和后期运营的安全风险，保证了顺利完工及安全运营，可为同类工程所借鉴。
　　
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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