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摘要：高速公路路堑高边坡由于施工环境复杂，受工程地质条件和自然环境因素影响大，施工安全风险比较高，施工过程中如何科学合理地进行动态设计和信息化施工，确保边坡安全十分重要。交通运输部自2015年颁布和实施了《高速公路路堑高边坡工程施工安全风险评估指南》，明确要求高速公路工程项目建设必须加强路堑高边坡施工安全风险管理，开展高边坡施工安全风险评估，加强施工现场安全风险预控，对路堑边坡工程可能发生的安全风险事件进行预防和规避。
关键词：高速公路；路堑高边坡；安全风险；控制措施
中图分类号：X947文献标志码：A
1路堑高边坡施工安全总体风险评估指标体系
1.1施工安全风险传递路径
总体风险评估是指在施工开始前结合路堑高边坡工程的孕险环境与致险因子，对工程的整体风险进行评估，从而实现对其安全等级的评估。对于预测性的评估，则需要结合工程本身固有的风险因素，在施工过程中可能造成目中典型事故类型的风险程度进行量化评估。因为事故是由于一定的危险因素所引发的，但是从危险因素到事故是需要经历一个演变过程的，这个过程即是施工安全风险的传递路径，具体如图1所示。
1.2指标体系构建
以施工安全风险传递路径为基础，辨识分析路堑高边坡施工过程中的风险源，构建高边坡工程施工安全总体风险评估指标体系，主要包括地质条件、气候条件、场地环境以及边坡高度4个评估指标，如表1所示。
2公路高边坡施工风险评估模型构建
2.1公路高边坡施工的风险评估模型的构建
可拓学基本理论是由我国学者建立的处理复杂数据的模型理论。可拓学基本理论根据对事物拓展的可能性分析事物的普遍规律，并通过物理模型使复杂的数据与相关量结合起来，从而让人们更直观的对施工安全风险有一个大致的了解，帮助相关人员制定合理的预防风险的对策。可拓学的基本理论包含三方面的理论，借助可拓学基本理论，可以让抽象的数据与形、物之间的关系具体化，明确化。可拓集理论是可拓学基本理论之一，通过可拓集理论，可以描述事物之间变化的性质，并且对事物之间具有的性质进行分析，了解事物变化的过程，从而将事故变化的过程量化，这一量化作用，可以帮助人们对一些变化中的事物进行量化处理，让人们轻易了解到事物变化的可能方向。基于可拓学基本理论建立的公路高边坡施工安全风险评估模型，就是借助对事物性质以及事物性质变化的了解，通过量化处理，从而让人们直观的了解到公路高边坡施工风险事故发生的可能性等级与风险事故发生的严重程度。可拓模型是以可拓集理论为基础而构建的，评估安全风险等级的模型。通过施工中风险事故发生的可能性与风险事故的严重程度之间的关联性，并借助物元代表影响施工安全的各因素，从而在一个可拓模型内显示出风险事故中各因素的关联，让人直观的了解施工的安全风险等级，从而给预防措施的制定提供相应的参考借鉴。
2.2风险指标分析
（1）总体风险评估指标。开展新建公路高边坡工程建设期可能发生的各类安全事故所对应的风险研究，根据新建公路高边坡工程的地质环境条件、建设规模、结构特点等风险因子，筛选出具有代表性的指标作为评估指标，评估公路高边坡工程在施工期的整体风险，为安全专项经费分配及安全监督检查频次提供参考（2）总体风险评估指标体系及风险分级。基于筛选出的总体风险评估指标建立相应的评价指标体系，根据指标的影响程度及专家咨询意见，赋予各分项指标权重然后进行加和，根据所得分数得出风险等级，并确定是否需要开展专项风险评估。（3）公路高边坡工程施工安全专项风险评估。公路高边坡工程施工专项风险评估属于微观、细部的评估，立足点是边坡工程的施工作业活动，主要目的是通过对风险源辨识、风险分析、风险估测等过程，找出影响事故发生的各个因素，进而提出风险控制措施。
3高速公路路堑高边坡施工安全风险控制措施
3.1工程概况
某高速公路A4合同段合同段内的K21+260～K21+420、ZK19+920～ZK20+060、K30+060～K30+260三段深挖路堑的高度分别为41.5m、36.3m、40.2m。采菱形网格植草、挂网喷播植草、锚杆（索）框架植草、SNS主动柔性防护网等综合防护措施。根据前面建立的路堑高边坡总体评估指标体系和模型，对3段路堑边坡进行了总体评估。其中，K21+260～K21+420段评估分值为22分，属于高度风险，ZK19+920～ZK20+060段评估分值为13分，属于低度风险，K30+060～K30+260段评估分值为18分，属于中度风险。因此，K21+260～K21+420段和K30+060～K30+260段需要进行重点现场安全监管。
对路堑高边坡指标体系进行敏感性分析可以发现，对总体评估结果产生影响的主要因素为边坡坡向、高度以及不良地质。具体原因包括以下几个方面：①合同段内高边坡岩石存在严重的风化现象，顺层边坡较多，结构面组成的楔形体较多且稳定性较差；②部分边坡地质条件较为复杂，掩体受到地质结构面的严重切割，稳定性较差；③边坡高度普遍较高，K21+260～K21+420段和ZK19+920～ZK20+060段边坡高度均在40m左右，最大高度为41.5m，且边坡施工道路条件较差；④项目区域降水充沛，部分边坡岩溶水和地下水较为丰富；另外，部分边坡周边有其它建筑物，也对施工安全造成了很大的影响。
3.2边坡施工安全风险控制方法
3.2.1合理安排施工工序
边坡在不支护，分级开挖情况下，在开挖到第3级坡时，边坡的稳定安全系数只有1.074，如果继续开挖，到第1级坡开挖完成，边坡的稳定安全系数进一步降低到1.045，边坡的安全稳定性较差。因此，在开挖第3级坡前需完成第四级坡预应力锚索的施加。边坡在逐级开挖逐级支护情况下，边坡开挖时稳定安全系数有一定的下降，在开挖第3级坡时下降幅度最大，约为0.6%，下降幅度较小。在进行支护后稳定安全系数又有一定的增加，在加固第2级坡时增加幅度最大，约为1.6%。整个施工过程的稳定安全系数在1.20左右波动，失稳风险得到了一定的控制。
开挖第1级坡时，边坡塑性变形区出现较大范围扩展。根据位移计算结果，坡顶特征点竖直方向的位移在第1级坡开挖时由8.4mm增加到17.3mm。因此需控制第1级坡的开挖速度，待边坡应力调整、变形稳定后再继续开挖，避免边坡应力调整过大出现较大位移而发生破坏。
3.2.2做好防排水措施
造成边坡出现滑塌的原因主要分为内因和外因，而水是导致滑塌的主要外部因素。边坡主要由强风化粉砂岩组成，表面节理裂隙发育，开挖过程中，坡面临时处于裸露状态，降水易通过裂隙渗入坡体内。当降雨导致边坡强度降低10%时，在不同施工阶段，边坡的稳定安全系数接近公路路基设计规范规定的最小临时稳定安全系数1.05，当降雨导致边坡强度降低20%时，边坡的稳定安全系数均低于最小临时稳定安全系数，不满足安全稳定性要求。因此，边坡开挖应尽量选择在旱季施工，在具备施作坡面防护条件时应及早进行坡面防护。开挖过程出现降雨时，需及时对开挖面进行临时覆盖并做好临时排水措施，避免雨水沿着节理裂隙面下渗，降低边坡失稳的可能性。
3.2.3加强施工监控
路堑高边坡的稳定是极为复杂的非线性、多参数岩土力学问题，单靠理论分析很难把握其稳定状态，必须建立动态监测体系。边坡变形失稳过程一般可划分成平稳、缓增启动、变形加速、失稳等阶段。边坡施工监控的意义在于提前发现边坡失稳破坏的迹象，对边坡采取紧急措施，防止边坡发展到变形加速阶段，降低边坡失稳的可能性。根据有限元模拟结果，开挖过程中坡脚最先出现塑性变形，当坡脚变形量较大时，需加强整个边坡的变形监测，密切关注坡脚的剪切变形和坡顶的张拉变形。
本工程设置两个监测断面，施工安全监测内容包括坡面位移、深层水平位移、锚索应力监测，测点布置如图1所示。
自2017年1月13日开始监测CX2，CX4测孔处的深部水平位移，2月23日的监控结果显示在CX2孔18～20m深度范围内测斜曲线出现向临空面的位移突变，直到3月5号监控的结果显示，位移仍不收敛(如图8所示)。位移量虽然未达到连续3d大于2mm/d的报警标准，但仍需引起重视。经过现场分析，发生位移突变的高程(18～20m)对应为第4级坡面下部，第4级坡面的预应力锚索未进行张拉，在3月5号第四级坡面预应力锚索的注浆时间满足锚索预应力张拉要求时，对第4级坡面进行张拉，作为控制坡体变形的应急措施。3月8号的监测结果显示，深层位移曲线已向坡体内部回缩，表明第4级坡的预应力锚索张拉有效地控制了坡体的变形，施工监控在防止边坡变形失稳发挥了作用。
结语
随着我国公路建设向山区的不断发展，不可避免的产生大量的高边坡路段，高边坡施工属于公路工程领域危险性较大的分部工程，也是公路施工安全管理的重点管理对象。为了全面提升公路工程路堑高边坡工程施工安全风险的防控能力，减少重特大生产安全事故的发生几率，降低事故带来的损失，保障公路高边坡工程的施工安全，本文所构建的路堑高边坡施工安全评估体系和方法的应用，对其具有重要的意义。
参考文献
[1]王浩.类土质路堑高边坡典型失稳机制与加固工程对策的数值模拟研究[D].铁道部科学研究院,2004.
[2]谢旺祥.高速公路改扩建工程高边坡施工过程中运营安全风险评价[D].长沙理工大学,2014.
[3]宋从军.路堑高边坡开挖变形理论及控制措施研究[D].西南交通大学,2004.
论文作者:沈丹婷
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/9/21
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