基于因子分析的地鐵盾構施工沉降風險辨識與研究

中交一公局第八工程有限公司 天津 300000

1 引言

地鐵能夠有效的改善城市人口密集化不斷加大而造成的交通壓力，近年來大量地鐵施工建設在全國范圍內不斷的進行，因為地鐵盾構施工中存在較多的不可控因素，這些因素體現在客觀的施工環境影響、施工技術上的缺陷、施工質量的不合格等，給盾構施工帶來了一系列的風險，這些風險中表現最為常見的就是對上層土體結構造成的沉降破壞，進而給周圍的建筑物、道路、管線設備的正常使用造成了一定的安全隱患，如果能夠將施工中的風險因素充分的列出，并且進行科學化的論證分析，那么在施工中就可以把握控制風險的重點。

2 地鐵盾構施工地表沉降WBS-RBS分解分析

(1)WBS是在系統原理的理論指導下，通過將地鐵盾構過程中的能夠影響地表沉降的影響因素，按照一定的系統分解方式，不斷細化分解，最終形成最簡單的、獨立的影響因素分析單元。將風險因素與基本工作相互交叉，建立的矩陣模型就是WBS-RBS矩陣，對WBS-RBS矩陣中的單位構成元素詳細的分析，就能有效的將地鐵盾構施工中的沉降風險因素一一識別，對各個風險因素是否存在影響效果以及影響效果的程度進行有效的分析。

(2)本文通過分析施工過程中的“人”、“機”、“料”、“法”、“環”五方面因素，結合在者五中因素條件下的施工基本工作，建立了WBS-RBS矩陣模型，列舉了影響地鐵盾構施工的沉降風險識別內容。比如在“人”的影響因素條件下的組織能力因素，是關系到施工有序開展，規范化作業的重要保障，施工工作只有充分按照各種設計方案以及規范的科學化要求，才能極大的避免施工過程中遇到的各種不利影響，所以組織能力是施工總體進程的宏觀把控，它是確保盾構施工各個層面上的保障體系，涉及到的控制因素非常復雜，而不僅僅是某個影響層面的單一影響點；在“機”械設備的影響因素中，盾構的運行施工過程中，盾構取土、盾構支撐以及后續有效的襯砌跟進能偶保證盾構施工過程的穩定安全的開展，如果盾構設備在取土時發生了較大的故障，那么必然會影響到上部地面的承載力，承載力的波動會直接影響地面的不穩定；在材“料”影響因素下的管片質量對沉降也有影響，因為管片的質量是提供盾構掘進取土之后的承載力補充，如果管片質量不達標，不能有效的提供承載力，那么必然會導致地面發生不穩定的發展趨勢；在施工方“法”因素條件下的注漿壓力影響，如果注漿壓力過大，超出了注漿設備和其配套管道的承受能力，造成了后續的注漿工作無法快速開展，而盾構施工部位會因為注漿的不及時而造成沉降風險； “環”境條件下的軟弱土層因素，對盾構施工也有一定的影響，其體現在軟弱土層的承載力較小的方面，軟如土層在原本沉降風險就很大的客觀條件下，如果再經受盾構施工過程中的一系列擾動影響，那么會使原本就比較脆弱的土層承載體系變得十分難以維持。這些不同影響因素層面下的基本施工工作和管理辦法都不同程度的對盾構施工中的沉降造成了一定的風險，根據查閱相關技術文件以及與具有豐富經驗的技術專家工作者的交流，整理列舉了“人”、“機”、“料”、“法”、“環”五方面因素下的37種影響因子，其具體內容如表1所示：

表1 地鐵盾構施工的沉降風險表

3 因子分析

依靠次約束理論，構建權重固定化的次約束模型，體系整體與單項缺失評價模型共同組成評價整體機制，該機制是對每一個分析因素打分后，測試某個指標缺失后整體指標的影響程度，將所有指標全部處理之后分析各個指標的重要性。問卷調查法，是一種比較普遍的數據重要程度分析的方法，這種方法結合科學化的數學計算原理和公式的加工，能夠有效的體現出數據中的關鍵影響因子，本調查通過分別對10名技術專家發放調查問卷，這些技術專家在地鐵盾構施工領域都有豐富的經驗和客觀問題的判斷能力，這些專家通過對上述37個指標因素的分別評價打分，共形成了370個原始性得分數據，標準化處理后逐個分析各個指標的重要性。模型評價系統分別對優向量xα和次向量xβ評價，其中xα公式如下，

缺失評價就是將xα為(1，1，……，1)T，xβ為(0，0，…，0)T從xj=(x1j，x2j，…，xmj)T中選擇一個指標將其得分改為0，記為sk，其他指標得分不做任何處理。無約束的評價模型如下所示：

yjα受(xj，xα)，d(xj，xβ)變化的影響，故第k個指標缺失評價之后模型為：

表2 經標準化處理后的各指標專家打分表

………………… …34洞內外監測0.027 35溝通能力 0.026 36支撐方式 0.013 37障礙物 0.010

本文從“人”、“機”、“料”、“法”、“環”五方面影響因素分析入手，利用WBS系統原理將盾構施工過程中的各項引起沉降風險的施工工作以及各個條件影響的因子一一列舉出來，將各個施工階段的風險點清晰化的呈現出來，為提取關鍵的影響因子做好了充分的前提準備，另外當出現不良的沉降事故時，這些全面的影響因子可以為決策者提供清晰的因素分析參考，通過影響因素的排除法，可以盡快的確定造成沉降的直接因素，為制定應急措施和技術方案提供了快速準確的參考。由最終的數據可知，組織能力、襯砌拼裝、不良軟弱地層在地鐵盾構施工沉降風險中的影響程度排名很靠前。在地鐵的盾構施工中應該重點對這些影響施工沉降程度較大的因素進行重點控制，洞內外監測、溝通能力、支撐方式、障礙物這些因子分析，在本次的模型分析下呈現出較低的沉降影響，一般來說，在盾構施工的沉降控制中，可以適當的減少主要精力的關注，但是，具體問題應該具體分析，本文的模型分析是建立在常規條件下的因子沉降分析，對于特殊的條件并不能完全適用，比如對于失陷性土層、極其軟弱土層的特殊不良地質條件下的盾構施工，支撐方式或許會對沉降影響的程度很大，因為特殊地質條件下的盾構施工，需要特殊的支撐結構作為充分的保障，所以科學合理的支撐方式的選擇對這些地質條件的穩定性保障是十分必要的。

4 結語

WBS-RBS分析與數學處理模型的結合，可以從一定角度上提供地鐵盾構施工沉降風險辨識與分析的思路，通過分析結果，可以分清主次的做好施工安全的各項施工安全準備工作，基于因子分析的施工方法較多，在施工安全方案的制定上，可以充分借鑒各種分析方法的重點指向，為工程建設施工的安全做出重要的指導和參考。