城市地鐵隧道暗挖法施工穿越高架橋風險模糊綜合評價

葛 明，李 霞，顏志堅

（1.海航地產大連分公司，遼寧 大連 116600；2.大連大學 建筑工程學院，遼寧 大連 116622）

0 前言

隨著城市化建設的快速發(fā)展，我國中大型城市地鐵建設進入了高潮期。地鐵沿線城市建筑密集，道路、管線、地表水體等周邊工程環(huán)境復雜，不可預見因素較多，具有規(guī)模大、風險高、專業(yè)復雜、涉及主體多、與工程周邊環(huán)境相互影響大。近幾年，地鐵建設事故頻見報道，造成了巨大的人員傷亡和財產損失。對城市地鐵建設過程中的風險源識別，風險評估分級并建立應急預案管理是十分必要，工程實踐意義重要[1-3]。依托促春站暗挖區(qū)間暗挖工程，根據(jù)區(qū)間地質條件和線路環(huán)境辨析施工過程中的風險源[4-5]，建立了適合施工環(huán)境和暗挖工法的施工風險指標體系，運用模糊數(shù)學理論建立城市地鐵施工風險三級模糊評判模型，明確了促春區(qū)間隧道暗挖施工風險等級，并制定了相應的應急預案。

1 風險評估指標體系的建立

1.1 城市區(qū)間隧道施工風險指標體系

在地鐵區(qū)間隧道建設過程中,影響隧道施工安全的指標較多,且各影響指標具有一定的模糊性。已有的地鐵建設和隧道施工過程的風險評估研究成果認為,風險影響指標可以分為地質、環(huán)境、施工、信息化監(jiān)測等4個一級指標。每個一級指標又分為若干個二級指標，見圖1所示。城市地鐵施工過程中不同的施工環(huán)境其風險指標體系有所不同，本文針對大連地鐵202標段促春站暗挖區(qū)間過東聯(lián)路高架橋樁基施工過程建立其風險指標體系，見表1所列。

表1 城市地鐵隧道過樁基施工風險指標體系

一級指標 二級指標 風險源指標開挖工法CD法臺階法CRD法爆破鉆眼裝藥爆破進尺超挖支護預注漿地面預注漿超前小導管支護方法錨桿噴射混凝土鋼格柵二襯鋼筋工程混凝土工程防水施工監(jiān)測布點方案監(jiān)測項目布點間距布點排拒監(jiān)測進度監(jiān)測頻率監(jiān)測制度信息反饋

1.2 評價指標權重的確定

1.2.1 建立風險源指標評價集合

根據(jù)城市地鐵建設風險指標評價指標體系，從主指標層面將綜合評價體系U分為5個一級指標，，且滿足。同理，將每一個一級指標的二級指標，每個二級指標根據(jù)指標內涵具體分為相應的三級風險指標，即風險源指標。

1.2.2 構造風險評價矩陣

根據(jù)城市地鐵區(qū)間隧道風險評價體系中上下級指標之間的隸屬關系，將下一級制約指標對上一級指標的重要程度進行專家調查法[6]和美國學者T.L.Saaty的層次分析法構建不同級別的層析因素[7-8]的評價矩陣R，

即得到風險決策矩陣。

1.3 一致性檢驗方法

風險決策矩陣是根據(jù)專家經驗給出的不同指標的賦分，具有一定的人為特性，需要對其進行一致性檢驗，以保證其可靠度[9-10]。步驟如下：

1.3.1 正規(guī)化風險決策矩陣

1.3.2 計算風險決策矩陣特征值

1.3.3 一致性指標

式中：致性指標，n為矩陣階數(shù)，RI 為平均隨機一致性指標。

1.4 風險因素權重計算

對風險矩陣的權重計算方法有幾何平均值法、算術平均值法、最小二乘法、對數(shù)法和特征值法。計算方法如下

1.4.1 幾何平均值法將風險決策矩陣A的元素按照行相乘，得到一組新向量，將每一個向量開n次方，將所得的向量進行歸一化處理，即得權重向量。

1.4.2 算數(shù)平均值法

1.4.3 最小二乘法

用擬合的方法確定權重向量，使得殘差平方和最小，計算方法如下：

1.4.4 特征值法

特征向量法簡答便捷，實用性強，在精度要求不嚴且滿足工程實踐的情況下一般選擇特征向量法。

2 模糊評判

根據(jù)風險矩陣得到的風險等級確定鐵路隧道施工的三級風險源指標的風險估值及接受準則，見表2所列。

表2 鐵路隧道施工的三級風險源指標的風險評估值及接受準則

建立權重集和風險估值根據(jù)各級指標因素的排序權向量建立各級指標的權重，采用專家調查法估計三級風險源指標r發(fā)生的概率及損失以確定其風險估值矩陣。

根據(jù)各級指標因素U的排序權向量建立各級指標的權重A，采用專家調查法估計三級風險源指標r發(fā)生的概率及損失以確定其風險估值矩陣R。

將一、二、三級風險指標的評價值進行歸納，得到評價指標體系中的各個風險因素評估結果，根據(jù)鐵路隧道施工的三級風險源指標的風險評估值及接受準則采取相應的應對技術措施。

3 地鐵隧道穿越高架橋樁基礎施工的風險分析

3.1 工程概況

促進路站至春光街站區(qū)間暗挖法施工設計范圍為里程DK11+365.945～DK12+013.350，右線長647.405 m，左線長644.039 m。區(qū)間線路沿促進路南北向布置，沿促進路敷設，線路最大坡度為5‰，長度為320 m。采用暗挖法施工。

促進路道路下方分布著大量的地下管道、管線。區(qū)間兩側建筑林立，華北路上方東聯(lián)路高架橋。樁基距區(qū)間隧道最近水平距離4.6 m，豎直距離3.2 m。區(qū)間隧道地面地勢起伏較大，地面高程7.79～10.58 m。隧道拱頂覆土最大19.9 m，最小13.14 m。地貌為剝蝕低丘陵，上覆第四系人工堆積層(Q4)，第四系上全新統(tǒng)卵石層，下伏震旦系五行山群南關嶺組泥灰?guī)r。節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖芯呈土狀、碎石土狀，局部巖溶發(fā)育。沿線地下水類型主要是第四系孔隙水和基巖裂隙水、巖溶水兩種。

3.2 建立風險指標評價體系

根據(jù)大連地鐵202標段大連地鐵202標段促春站暗挖區(qū)間暗挖工程條件，暗挖法施工對環(huán)境的影響采用表1所建立的地質U1、周邊環(huán)境U2、開挖U3、支護U4及監(jiān)測U5的三級風險指標評價體系，本文以周邊環(huán)境中暗挖隧道穿越東聯(lián)路高架橋樁基風險指標評價體系為例，建立三級風險指標評價體系見表3所列。

表3 周邊環(huán)境風險指標評價體系U2

3.3 構造風險評價矩陣

根據(jù)促春區(qū)間暗挖隧道穿越東聯(lián)路高架橋樁基風險指標評價體系的二級評價指標的隸屬關系，利用Saaty的1-7級標度表見表4所列，構建風險判斷矩陣見表5所列。

表4 Saaty的1-7級標度表

表5 促春區(qū)間暗挖隧道穿越東聯(lián)路高架橋樁基判斷矩陣

3.4 一致性檢驗

考慮工程的特點和實用性，采取特征向量法進行模糊綜合評判。運用MATLAB軟件計算判斷矩陣的最大特征值。并通過CI和CR的計算公式對判斷矩陣的一致性進行檢驗。

檢驗判斷矩陣一致性：

根據(jù)平均一致性指標表6，5階矩陣的平均隨機一致性指標RI=1.12。

表6 平均隨機一致性指標

認為促春區(qū)間暗挖隧道穿越東聯(lián)路高架橋樁基判斷矩陣的一致性可以接受。

3.5 因素權重計算

3.6 模糊綜合評判

根據(jù)地鐵工程實踐經驗和文獻及專家建議，促春區(qū)間暗挖隧道過東聯(lián)路樁基的三級指標的風險等級和風險估值如表7所示。根據(jù)三級指標的風險評估值及相應的權重集，進行促春區(qū)間暗挖隧道過東聯(lián)路樁基的模糊評判。

表7 促春區(qū)間暗挖隧道穿越東聯(lián)路高架橋樁基風險等級和風險評估值

其風險評判值為

根據(jù)表2中風險等級及接受準則，促春區(qū)間暗挖隧道過東聯(lián)路樁基的施工風險為高級，接收準則為不期望，風險較大，必須采取風險處理措施降低風險并加強監(jiān)測，且滿足降低風險的成本不高于風險發(fā)生后的損失，評估結果與工程實踐本身的風險程度相符，評價方法也可以對其他二級指標風險進行模糊綜合評價。該風險分析方法合理可行，對促春區(qū)間安全施工具有指導意義，對類似的工程具有一定的借鑒作用。

4 結論

城市地鐵隧道暗挖工程是一個涉工程沿線地質、周邊環(huán)境、開挖、支護及監(jiān)測等綜合施工過程，特別是區(qū)間隧道穿越高架橋樁基的風險性評價是一個復雜的不確定性問題。本文建立了城市地鐵隧道暗挖法施工的風險指標評價體系和模糊綜合評價模型，并對大連地鐵促春區(qū)間暗挖隧道穿越東聯(lián)路高架橋基礎的施工過程進行了風險分析和模糊評價，評估結果與工程實踐本身的風險程度相符。