基于層次分析法的地鐵車(chē)站深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)分析

單生彪 李雅婷

（南昌軌道交通集團(tuán)有限公司地鐵項(xiàng)目管理分公司，江西 南昌 330038）

0 引言

在地鐵車(chē)站建設(shè)過(guò)程中，深基坑施工易出現(xiàn)地面坍塌、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、管線變形以及周邊建筑物沉降過(guò)大等現(xiàn)象。相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)管控不僅可以保證整個(gè)工程建設(shè)的安全性，還可以提高施工質(zhì)量和施工效率。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)地鐵車(chē)站深基坑土方開(kāi)挖的施工風(fēng)險(xiǎn)分析做了大量研究。郭健等[1]采用梯形隸屬函數(shù)計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)事件的隸屬度，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確定施工的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。姚海星等[2]采用作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法-模糊層次分析法對(duì)地鐵車(chē)站深基坑進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。宋博等[3]提出一種基于數(shù)據(jù)包絡(luò)法（DEA）-反向傳播（BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地鐵車(chē)站深基坑施工安全評(píng)價(jià)方法，從人員、設(shè)備、環(huán)境、管理、技術(shù)5個(gè)方面，系統(tǒng)地構(gòu)建安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，然后利用DEA計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)地鐵車(chē)站深基坑施工安全等級(jí)。層次分析法是一種層次化、系統(tǒng)化的評(píng)價(jià)方法，通過(guò)在項(xiàng)目施工過(guò)程中建立各層次結(jié)構(gòu)模型來(lái)揭示潛在風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)施工安全的影響程度，以達(dá)到對(duì)風(fēng)險(xiǎn)管理的精準(zhǔn)控制[4]?；谏鲜鲅芯?，本文以南昌軌道交通3號(hào)線岱山站建設(shè)工程為依托，構(gòu)建施工安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，并運(yùn)用層次分析法（AHP）對(duì)地鐵車(chē)站深基坑施工進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，計(jì)算出各風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重，針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果提出相應(yīng)的管控措施。

1 工程概況

岱山站位于南昌市南昌縣蓮塘鎮(zhèn)迎賓北大道與陽(yáng)光路交匯處，沿迎賓北大道呈南北方向布置，周邊建筑較多且功能多樣，車(chē)站東側(cè)重要建筑物為酒店及造幣廠，西側(cè)為賓館、民房、飯店等建筑。車(chē)站及周邊管線多，管線多為沿車(chē)站南北走向，車(chē)站中部存在橫跨基坑強(qiáng)電、弱電、燃?xì)夤芫€各一組；管線種類(lèi)包括：強(qiáng)電、弱電、燃?xì)?、雨污水、供水等。?chē)站基坑采用明挖順筑法施工。車(chē)站為標(biāo)準(zhǔn)地下兩層島式車(chē)站，有效站臺(tái)長(zhǎng)118m，寬11m。

車(chē)站地質(zhì)結(jié)構(gòu)如圖1，由上至下穿越填土層、粉質(zhì)黏土層、中砂層、粗砂層、礫砂層，主體結(jié)構(gòu)底部坐落于礫砂層。圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁坐落于中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層內(nèi)，入巖深度1.2～3.3m不等，車(chē)站開(kāi)挖深度16.5～17.5m。

圖1 岱山站地質(zhì)斷面圖

2 層次分析法（AHP）

層次分析法（AHP）是由美國(guó)T.L.Saaty在20世紀(jì)70年代所提出。根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)的施工資料來(lái)篩選和確定風(fēng)險(xiǎn)因素，形成風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系。針對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，利用層次分析法（AHP）確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重并計(jì)算出權(quán)重值，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，最后得出各風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)施工安全的影響程度，從而制定相對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管控對(duì)策。該方法帶有一定的主觀判斷，將定性與定量相結(jié)合，應(yīng)用于工程領(lǐng)域的施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，具有原理簡(jiǎn)單、可信度高的優(yōu)點(diǎn)[5]。

2.1 建立施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系

依據(jù)工程項(xiàng)目施工情況，明確風(fēng)險(xiǎn)因素以及各風(fēng)險(xiǎn)因素之間的關(guān)系。并對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行歸納整理形成層次結(jié)構(gòu)模型，從而建立施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見(jiàn)圖2。

由圖2可知，對(duì)岱山站施工過(guò)程存在風(fēng)險(xiǎn)以及周邊環(huán)境中存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行認(rèn)真辨識(shí)，從環(huán)境、施工以及自然三個(gè)方面共識(shí)別出風(fēng)險(xiǎn)源11個(gè)，其中環(huán)境因素為A1，周邊建筑物、周邊管線和周邊道路情況分別為A11、A12、A13；施工因素為A2，地基處理及降排水、圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、基坑開(kāi)挖與回填、工程防水、內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工和吊裝工程分別為A21～A26，自然因素為A3，自然風(fēng)險(xiǎn)因素和施工人員因素分別為A31、A32。

圖2 地鐵車(chē)站基坑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

將各風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)上層風(fēng)險(xiǎn)因素的重要性進(jìn)行兩兩比較，用數(shù)字1～9來(lái)反應(yīng)因素之間的相對(duì)重要性。

表1 判斷矩陣數(shù)值含義

2.3 一致性檢驗(yàn)

為了進(jìn)一步減少其他因素對(duì)結(jié)果的干擾，就需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)其引入一致性指標(biāo)CI來(lái)檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性，同時(shí)還計(jì)算一致性比例CR來(lái)驗(yàn)證其一致性是否合理。

（1）計(jì)算一致性指標(biāo)CI

式中：λmax——判斷矩陣的最大特征值。

（2）計(jì)算一致性比例CR

式中：RI——平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，其階數(shù)不同則取值不同，如表2所示。當(dāng)CR＜0.1時(shí)，則認(rèn)為判斷矩陣的一致性合理，反之則判斷矩陣不合理，需要調(diào)整。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)取值

2.4 確定權(quán)重

首先需要確定判斷矩陣的最大特征值λmax，可知最大特征值與特征向量W的關(guān)系式如下：

其中特征向量W對(duì)應(yīng)的是n個(gè)因素的權(quán)重，則：

而特征向量Wi的計(jì)算公式如下：

式中：aij——判斷矩陣中的各個(gè)元素。

2.5 基于層次分析法（AHP）的施工安全風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)圖2所示的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行打分，得到總風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣如表3所示。

表3 總風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣

通過(guò)上述公式計(jì)算可得特征向量（相對(duì)權(quán)重）：

由此可知，周邊環(huán)境因素（A11～A13）對(duì)該地鐵車(chē)站基坑施工的影響程度最大，其次是基坑的開(kāi)挖與回填因素（A23）,而對(duì)施工安全影響最小的是自然風(fēng)險(xiǎn)因素和施工人員因素，并且風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均為Ⅲ級(jí)。針對(duì)上述重要風(fēng)險(xiǎn)源提出以下風(fēng)險(xiǎn)管控措施：

（1）針對(duì)周邊建筑物，防止施工造成周邊水位下降、維護(hù)結(jié)構(gòu)位移過(guò)大以及基坑漏水涌砂等現(xiàn)象，認(rèn)真復(fù)核地質(zhì)資料以及周邊建筑物的位置、基礎(chǔ)形式及埋深，并對(duì)房屋周邊進(jìn)行攪拌加固。

（2）針對(duì)周邊管線，防止周邊管線沉降導(dǎo)致接口拉裂、管道變形等現(xiàn)象，要組織專(zhuān)門(mén)的管線調(diào)查小組，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)管線的摸排，調(diào)查和協(xié)調(diào)工作，避免錯(cuò)漏，施工時(shí)做到加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋。

（3）針對(duì)周邊道路，防止基坑涌水涌砂和圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過(guò)大，要安排專(zhuān)人巡查，及時(shí)掌握道路狀況，并嚴(yán)格控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工，保證施工質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合南昌軌道交通3號(hào)線岱山站深基坑開(kāi)挖工程，運(yùn)用層次分析法（AHP）進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。首先通過(guò)工程資料和經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，再依據(jù)專(zhuān)家打分構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣，基于層次分析法計(jì)算得出權(quán)重值，即各風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)該工程施工安全的影響程度，最后提出了風(fēng)險(xiǎn)控制措施，對(duì)類(lèi)似工程的風(fēng)險(xiǎn)防控具有一定借鑒意義。