隧道深基坑風險可能性模糊分析

1、隧道深基坑風險可能性模糊分析深基坑面臨的風險包括沒有認識到存在的風險和已經(jīng)意識到風險，但是采取的措施沒有能夠預防風險。最大的風險是沒有認識到的風險。基坑周邊和基坑范圍內(nèi)的一切都可能構(gòu)成基坑風險，如基坑范圍的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件地下管線地下構(gòu)筑物周邊建筑物周邊道路車流等。另外，天氣因素，如突降暴雨連續(xù)降雨等也可能構(gòu)成基坑風險。風險防范周期深基坑工程的風險防范應從線網(wǎng)規(guī)劃階段到工程施工的全過程。前期規(guī)劃階段造成的風險是系統(tǒng)性的，會對一條或幾條線路造成影響，帶來的風險更高危害更大。例如，西安地鐵線網(wǎng)規(guī)劃中，線路應該注意繞避文物和避免斜交穿過地裂縫或與地裂縫帶近距離平行!如果線網(wǎng)規(guī)劃中不注意文物和地

2、裂縫問題，將給下階段設計帶來系統(tǒng)性的風險，所以，在線網(wǎng)規(guī)劃階段，注意繞避大江大河重要構(gòu)筑物鐵路公路等，將風險防范關口前移，是線網(wǎng)規(guī)劃中應注意的問題。風險防范的層次性 地鐵基坑的風險表現(xiàn)為一定的層次性，在規(guī)劃階段應注意防范系統(tǒng)性風險，初步設計階段注意防范站位風險，施工圖階段注意防范個性風險。針對風險防范，每個階段均要有重點有主次、線網(wǎng)規(guī)劃階段應注意使線位和站點避開不良地質(zhì)帶，高程上避免穿過不良地層!初步設計時針對工點分析地質(zhì)管線構(gòu)筑物周邊房屋交通狀況，合理布置站位，規(guī)避風險!施工圖設計中，合理設置支撐體系，分層分段控制土方開挖，制定嚴密的監(jiān)控量測方案，確?；影踩ＴO計過程風險控制建立因素集圖

3、工作井基坑坍塌影響評判因素對于工作井基坑坍塌安全風險影響而言，每個因素都起到了或大或小的作用，但對于基坑坍塌風險發(fā)生的可能性研究而言，對每個因素的影響都進行分析是難以實現(xiàn)的，也是不必要的。因而本文選擇最重要的、影響力較大的一些核心安全風險因素進行分析。根據(jù)錢江創(chuàng)新與實踐中，本文選取四個影響因素，分別為地質(zhì)條件、圍護結(jié)構(gòu)設計、基坑開挖、人員（管理）狀況。建立因素集：u1，u2，u3，u4=地質(zhì)條件，圍護結(jié)構(gòu)設計，基坑開挖，人員（管理）狀況，具體的工作井基坑坍塌風險影響的評判因素劃分見圖 所示。然后進行因素等級劃分，因素等級劃分就是把風險因素按一定的風險度劃分為若干個區(qū)間。一般來說，等級越高，風險

4、度越大，風險發(fā)生的可能性就越大。劃分的意義在于更有利于隸屬度的確定，劃分的方法可以建立在統(tǒng)計數(shù)據(jù)、理論分析及數(shù)值計算的基礎上，如果缺少統(tǒng)計數(shù)據(jù)和理論計算，只能借助主觀經(jīng)驗來劃分。分別對u1j,u2j,u3j,u4j中的各因素劃分為五個因素等級（好）、（較好）、（一般）、（較差）、（差）建立評價集評價集是評價者對評價對象可能做出的各種總的評價結(jié)果所組成的集合，一般以程度語言或評定取值區(qū)間為評價目標。用模糊語言對基坑坍塌風險發(fā)生可能性這個評價目標進行分類表述，建立評價集：V=1, 2,3,4,5 其中1表示幾乎不發(fā)生，2為很少發(fā)生，3為偶爾發(fā)生，4為可能發(fā)生，5為頻繁發(fā)生。 式中各元素j代表各種可

5、能的總評判結(jié)果，模糊綜合評價的目的，就是在綜合考慮所有影響因素的基礎上，從評價集中得出最佳的評價結(jié)果。建立因素等級評價矩陣第一個版本 要確定單因素評價矩陣R,主要是建立因素集C=c1,c2,cm到評價集V=1, 2,3,4,5的模糊映射，也就是對于每個因素ci（i=1,2,，m），確定隸屬度與每個評價指標j(j=1,2,，n)的對應關系rij。若評價集為很好，好，一般，較差，差設有k個專家打分，對于因素c1，有d11人認為“幾乎不發(fā)生”，有d12人認為“很少發(fā)生”,有d1j人認為“頻繁發(fā)生”，而。則c1的單因素評價向量為R1=（，）。以上可推廣到其他因素，符號說明及表示如下：若dij（i=1,

6、2，m，j=1,2，n）是評價第i項因素ci（i=1,2，m）為第j種等級j（j=1,2，n）的票數(shù)，（i=1,2，m）為專家組的人數(shù)。則：單因素評價矩陣R=第二個版本 每一個因素等級對于評價集的評價指標都有一定影響，其影響程度可用隸屬度函數(shù)表示，隸屬度的確定在模糊數(shù)學理論中占有十分重要的地位，它的客觀與否決定這評價結(jié)果的有效性。在上文中介紹了隸屬度的確定方法，其中模糊統(tǒng)計法最為客觀準確，但得到這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)往往比較困難，因此在實際運用中多采用主觀經(jīng)驗法或者典型函數(shù)指派法。由于影響因素不便量化分級，故而采用工程中常用的Karwowski等提出的隸屬度函數(shù)（見表 ），各因素等級評價矩陣。R1= R

7、2=風險評估計算采用模糊層次分析法對基坑工程施工安全風險等級進行確定。首先需要確定各指標的權重。本文采用專家打分方法來獲取各指標的權重值：設計調(diào)查問卷，邀請該領域相關專家對指標的重要程度進行兩兩比較并打分，通過平均值法計算獲得了各指標的權重，調(diào)查問卷見表 5.2。調(diào)查打分法是評價指標值的有效方法。本文設計了該基坑工程施工安全風險評價打分表。作者給該領域 150 名專家學者發(fā)放了該基坑工程施工安全風險評價打分表。最后，作者成功收集了 46 份基坑工程施工安全風險等級評價打分表。在與打分成員多次溝通的同時，作者對評價指標進行了進一步的修改和完善，以使評價指標更能反映基坑工程施工安全的實際情況。本文

8、運用層次分析法確定基坑工程安全風險權重時，大體可分為六個步驟： 建立基坑工程安全風險評價對象評價指標體系的樹狀圖其各指標代號如表；一級指標二級指標地質(zhì)條件U1地質(zhì)的變異性U11場區(qū)地質(zhì)滑動斷裂帶地震U12飽和含水砂土層承壓水U13其他不良地質(zhì)現(xiàn)象U14圍護結(jié)構(gòu)設計U2基坑安全等級U21圍護結(jié)構(gòu)形式U22支撐形式U23坑底加固形式U24基坑開挖U3基坑降水U31圍護結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量U32支撐的及時性U33開挖方法U34監(jiān)控量測U35人員（管理）狀況U4人員素質(zhì)U41人員經(jīng)驗U42人力資源配置U43施工管理體系U44施工安全體系U45施工組織設計U46設計專家調(diào)查表，本文向 150 名相關專家發(fā)放調(diào)查

9、表，要求各專家按表 5.2 比較填寫標度值，收回調(diào)查問卷 46 份；比較層次比較內(nèi)容得分一級指標UiU1和Ui哪個重要U2和Ui哪個重要U3和Ui哪個重要U4和Ui哪個重要二級指標UijU11和U1j哪個重要.Ui1和Uij哪個重要.影響因素權重確定依據(jù)專家經(jīng)驗法及類似工程經(jīng)驗，采用標度法(表4-2)對各級因子對上一級目標的相對重要性進行兩兩比較，構(gòu)造出判斷矩陣（見下表），然后計算出最大特征值，以及對應的向量（單排序權重），最后進行一致性檢驗。以求一級指標U1,U2,U3,U4 對總指標權重為例，詳細直觀的寫出層次分析法求出一級指標的權重，并經(jīng)過一致性檢驗。算法如下：U1U2U3U4U111/

10、41/31/20.04170.45180.09801.002U241221620.43401.015U331/21231.31610.28561.017U421/21/210.50.84090.18241.012判斷矩陣的一致性檢驗一致性檢驗是檢查評估專家在判斷過程中思維是否保持一致，對上述判斷矩陣求解特征值，然后進行一致性檢驗。在Ui矩陣中求出，根據(jù)公式判斷矩陣的一致性。其中，按照表4-3取值。由表可知：=1.002+1.015+1.017+1.012=4.046由為0.9，計算：因此，滿足一次性檢驗。由此可得出一級指標權重如下表。表 Ui一級指標權重上一層次元素類指標一級判斷矩陣單排序權重

11、一致性計算U1U2U3U4總目標（風險系數(shù)）地質(zhì)條件U111/41/31/20.0980max=4.046C.R.=0.0170.1圍護結(jié)構(gòu)設計U241220.4340基坑開挖U331/2120.2856人員管理狀況U421/21/210.1824同理可根據(jù)U1-U1i,U2-U2i,U3-U3i,U4-U4i 各二級指標對上一級目標的相對重要性進行兩兩比較得出的判斷矩陣，算出個二級指標的單排序權重值，并需經(jīng)過一致性檢驗。U1-U1i,U2-U2i,U3-U3i,U4-U4i判斷矩陣求出的二級指標權重如表 表 表 U1i二級指標的單排序權重上一層次元素判斷矩陣單排序權重一致性計算U11U12U

12、13U14U15U16地質(zhì)條件U1111/221/41/410.0820max=6.051C.R.=0.00820.1U122131/21/210.1393U131/21/311/71/71/20.0450U144271140.3208U154271140.3208U161121/41/410.0921表 U2i二級指標的單排序權重上一層次元素判斷矩陣單排序權重一致性計算U21U22U23U24圍護結(jié)構(gòu)設計U2111/31/31/20.1089max=4.010C.R.=0.00380.1U2231120.3512U2331120.3512U2421/21/210.1887 表 U3i二級指標

13、的單排序權重上一層次元素判斷矩陣單排序權重一致性計算U31U32U33U34U35基坑開挖U31141350.3844max=5.314C.R.=0.0700.1U321/4111/210.1118U33111340.2786U341/321/3120.1441U351/511/41/210.0811表 U4i二級指標的單排序權重上一層次元素判斷矩陣單排序權重一致性計算U41U42U43U44U45U46人員管理狀況U411323460.3751max=6.144C.R.=0.02320.1U421/311/21/2220.1136U431/2212340.2317U441/321/21130

14、.1364U451/41/21/31120.0901U461/61/21/41/31/210.0531經(jīng)過計算分別得出了一級指標U1,U2,U3,U4 對總目標權重，二級指標U1i，U2i，U3i，U4i對相應上一級目標U1,U2,U3,U4的權重。見下表。表 隧道工作井坍塌風險影響判斷各因子權重值一級指標權重值二級指標權重值地質(zhì)條件0.0980地質(zhì)的變異性0.0820場區(qū)地質(zhì)滑動斷裂帶0.1393地震0.0450飽和含水砂土層0.3208承壓水0.3208其他不良地質(zhì)現(xiàn)象0.0921圍護結(jié)構(gòu)設計0.4340基坑安全等級0.1089圍護結(jié)構(gòu)形式0.3512支撐形式0.3512坑底加固形式0.1

15、887基坑開挖0.2856基坑降水0.3844圍護結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量0.1118支撐的及時性0.2786開挖方法0.1441監(jiān)控量測0.0811人員（管理）狀況0.1824人員素質(zhì)0.3751人員經(jīng)驗0.1136人力資源配置0.2317施工管理體系0.1364施工安全體系0.0901施工組織設計0.0531模糊綜合評價根據(jù)工程具體情況，得出風險評估所需要的風險因素及其參考分級，借鑒類似工程和專家意見的因素等級評價表及隸屬函數(shù)，得到各因素等價評價矩陣，從而求解出模糊函數(shù)矩陣。R(U1)=0.70.30.70.10R(U3)=0.10.850.70.70.5進行模糊一級變換：RI=1iR(U1) =0.0820 0.1393 0.0450 0.3208 0.3208 0.09210.7=0.2596 0.6899 0.5357 0.5630 0.4262 R2=2iR(U2) =0.1089 0.3512 0.3512 0.1887 0.3=0.6512 0.2542 0.6137 0.1244 0.0298R3=3iR(U3)=0.3844 0.1118 0.2786 0.1441 0.0811 0.1=0.4117 0.5402 0.7432