基于層次分析法的凍結法地鐵聯絡通道施工風險評價

(遼寧省交通高等?？茖W校，沈陽 110122)

1 前 言

近年來，由于凍結法具有防水性好、強度高和整體性好等優勢，在地鐵聯絡通道施工中應用較廣泛。但該技術在發展過程中也出現了很多工程事故，例如開挖時發生凍結管突然斷裂，凍結帷幕缺陷導致涌水噴砂甚至通道失穩，過度的凍脹和融沉現象等，因此有必要針對凍結法聯絡通道施工進行風險的預測和控制。本文主要結合沈陽某地鐵聯絡通道的水文地質情況、結構特點和施工現狀，首先識別凍結法施工中各個階段中潛在的風險，然后建立沈陽凍結法地鐵聯絡通道施工風險綜合評價指標體系，并運用層次分析法對不同施工階段的風險進行評價，確定沈陽地區凍結法施工過程中的主要風險因素，從而為施工風險控制研究提供依據。

2 工程概況

沈陽地鐵某號線××站～××站區間基本位于渾河下方，為了滿足區間緊急疏散的要求，區間設置2個聯絡通道。1#、2#聯絡通道緊鄰渾河設置，其中1#聯絡通道埋深20.9m，距離渾河約70m；2#聯絡通道埋深25.8m，距離渾河約45m。1#、2#聯絡通道設計采用水平凍結法隧道內加固地層，礦山暗挖法施工。聯絡通道均由與隧道管片相連的喇叭口、水平通道構成。水平通道為直墻圓弧拱結構，通道采用的初次襯砌(鋼格柵噴射混凝土)厚度為250mm，二次襯砌厚度為300mm的C40P10模筑防水鋼筋混凝土。聯絡通道及泵站的開挖輪廓高為6.40m，寬為3.60m(喇叭口部分高為4.25m，寬為3.90m)。

2.1 工程地質條件

根據地質資料如圖1所示，1#聯絡通道從上至下依次為：③-1-0粉質黏土、③-4-0礫砂、③-5-0圓礫、④-4-0礫砂、④-5-0圓礫、⑤-4-0礫砂。1#聯絡通道及泵站位于④-5-0圓礫和⑤-4-0礫砂土層中，泵站位于⑤-4-0礫砂層中。2#聯絡通道從上至下依次為：①雜填土、③-1-0粉質黏土、③-2-0粉細砂、③-5-0圓礫、④-4-0礫砂、④-5-0圓礫。2#聯絡通道及泵站位于④-4-0礫砂和④-5-0圓礫土層中，泵站位于⑤-4-0礫砂中。

2.2 水文地質條件

本區間地下水穩定水位埋深在6.20～10.20m，相當于絕對標高29.67～31.83m。地下水水溫10℃～20℃。聯絡通道所處地層④-4-0和④-5-0地層透水強，連續分布，為承壓水層。根據在本工點內的水文地質試驗點YSA11(孔深40.0m)，地下水位埋深8.0m，含水層厚度大于40.0m。由該孔進行的抽水試驗結果得到該處含水層滲透性較好，地下水補給較充分，水量較豐富。

3 凍結法地鐵聯絡通道施工風險評價

采用層次分析法對該工程施工過程的風險進行評價。層次分析法(Analytic Hierarchy Process簡稱AHP)是美國運籌學家匹茨堡大學教授薩蒂于20世紀70年代初，應用網絡系統理論和多目標綜合評價方法，提出的一種層次權重決策分析方法。其基本思想是利用遞階層次結構識別工程中存在的主要風險因素，然后由多位專家從風險損失額和風險發生概率等方面判斷風險因素的相對重要性，在此基礎上對專家意見判斷矩陣的一致性進行檢驗。若通過，則計算各風險因素的相對重要度排序；若未通過，則要重復前面的過程，重新修正專家意見，直到通過一致性檢驗，最終根據計算出的各個選擇方案的權重來進行決策。

3.1 建立層次分析法風險評價模型

根據該工程的水文地質條件進行分析，發現該聯絡通道所處地層為滲透系數較大、富含承壓水的圓礫層，該土層孔隙比較大，地層松散，無膠結，自穩能力差，單個石塊強度高，易發生孔口涌水、噴砂，凍結帷幕透水等風險。通過查閱凍結法地鐵聯絡通道的施工資料，分析凍結法聯絡通道施工安全事故的發生機理，針對該聯絡通道的水文地質條件、周邊環境、擬采用的施工工藝與施工能力以及季節性的施工影響等因素進行調研分析，按照施工不同階段進行提煉和歸納，同時考慮工程的實際需要和風險評價的可操作性，建立凍結法地鐵聯絡通道施工安全風險綜合評價模型，如圖2所示。

圖2 凍結法聯絡通道施工風險評價模型

3.2 對因素兩兩比較評分，并建立判斷矩陣

依照圖2建立的風險評價模型，由從事凍結法地鐵聯絡通道設計、施工及監理的多位專家從風險損失額以及風險發生概率等方面判斷凍結管成孔、積極凍結、開挖構筑和融沉注漿4個施工階段各風險因素的相對重要性，對各風險因素進行兩兩比較評分。為了使判斷分析定量化，引入了“1-9 標度法”，如表1所示，對各個風險因素進行打分。

表1 風險評價分值表

經評分可得若干兩兩判斷矩陣，從而確定施工不同階段中各風險因素的相對權重，權重越高越危險，權重低則相反，形成風險判斷矩陣。在此基礎上對專家意見判斷矩陣的一致性進行檢驗。若通過，則按照專家給出的各風險因素的相對重要性排序；若未通過，則要重復前面的過程，修正專家意見，直到通過一致性檢驗。最終根據計算出的各個選擇方案的權重來進行決策。權重越高越危險，權重低則相反，從而確定各階段風險最大的基本事件，根據相對權重的大小順序，可有針對性地采取控制措施。

依照凍結法聯絡通道施工風險目標體系A，施工風險分為凍結管施工風險B1、積極凍結階段風險B2、開挖構筑階段風險B3、融沉注漿階段風險B4四個階段風險，其A-B層次判斷矩陣如表2所示。

表2 A-B層次判斷矩陣表

3.3 計算各判斷矩陣權重、排序，并作一致性檢驗

求判斷矩陣每行所有元素幾何平均值。

經歸一化處理后，得到各風險因素的相對權重ωi。

計算判斷矩陣的最大特征根λmax，記A-B層次判斷矩陣為A，則有

4 結 論

本文主要依據凍結法及地鐵聯絡通道施工的特點，通過專家調查研究，建立凍結法地鐵聯絡通道施工安全風險綜合評價體系，并運用層次分析法對凍結法聯絡通道施工風險進行分析和評價，研究結果表明，積極凍結階段的風險最大，然后依次為開挖構筑、融沉注漿和凍結管成孔階段的風險。通過風險分析，得到地鐵聯絡通道凍結法施工中的主要風險，從而為施工中的風險控制研究提供了依據。

參考文獻：

[1] 馬芹永.人工凍結法的理論與施工技術[M].北京:人民交通出版社，2007.

[2] 江 洪. 聯絡通道凍結法施工風險評估與識別[J].上海交通大學學報，2011,(S1):38-41.

[3] 劉訓華. 復雜地層越江隧道聯絡通道凍結法施工風險分析[J].現代城市軌道交通，2011,(05).

[4] 侯獻語. 凍結法在地鐵聯絡通道施工過程中的風險控制研究[J].建筑知識，2017,(2).