基于層次分析法的地鐵車站深基坑施工風險分析

單生彪 李雅婷

（南昌軌道交通集團有限公司地鐵項目管理分公司，江西 南昌 330038）

0 引言

在地鐵車站建設過程中，深基坑施工易出現地面坍塌、基坑圍護結構失穩、管線變形以及周邊建筑物沉降過大等現象。相應的風險分析和風險管控不僅可以保證整個工程建設的安全性，還可以提高施工質量和施工效率。

目前，國內外學者對地鐵車站深基坑土方開挖的施工風險分析做了大量研究。郭健等[1]采用梯形隸屬函數計算風險事件的隸屬度，運用模糊綜合評價法進行風險評估，確定施工的風險等級。姚海星等[2]采用作業條件危險性評價法-模糊層次分析法對地鐵車站深基坑進行風險評估。宋博等[3]提出一種基于數據包絡法（DEA）-反向傳播（BP）神經網絡的地鐵車站深基坑施工安全評價方法，從人員、設備、環境、管理、技術5個方面，系統地構建安全評價指標體系，然后利用DEA計算指標權重，運用BP神經網絡評價地鐵車站深基坑施工安全等級。層次分析法是一種層次化、系統化的評價方法，通過在項目施工過程中建立各層次結構模型來揭示潛在風險因素對施工安全的影響程度，以達到對風險管理的精準控制[4]。基于上述研究，本文以南昌軌道交通3號線岱山站建設工程為依托，構建施工安全風險指標評價體系，并運用層次分析法（AHP）對地鐵車站深基坑施工進行風險評估，計算出各風險因素權重，針對風險評估結果提出相應的管控措施。

1 工程概況

岱山站位于南昌市南昌縣蓮塘鎮迎賓北大道與陽光路交匯處，沿迎賓北大道呈南北方向布置，周邊建筑較多且功能多樣，車站東側重要建筑物為酒店及造幣廠，西側為賓館、民房、飯店等建筑。車站及周邊管線多，管線多為沿車站南北走向，車站中部存在橫跨基坑強電、弱電、燃氣管線各一組；管線種類包括：強電、弱電、燃氣、雨污水、供水等。車站基坑采用明挖順筑法施工。車站為標準地下兩層島式車站，有效站臺長118m，寬11m。

車站地質結構如圖1，由上至下穿越填土層、粉質黏土層、中砂層、粗砂層、礫砂層，主體結構底部坐落于礫砂層。圍護結構鉆孔灌注樁坐落于中風化泥質粉砂巖層內，入巖深度1.2～3.3m不等，車站開挖深度16.5～17.5m。

圖1 岱山站地質斷面圖

2 層次分析法（AHP）

層次分析法（AHP）是由美國T.L.Saaty在20世紀70年代所提出。根據項目建設的施工資料來篩選和確定風險因素，形成風險指標評價體系。針對該風險指標評價體系，利用層次分析法（AHP）確定評價指標的權重并計算出權重值，并進行一致性檢驗，最后得出各風險因素對施工安全的影響程度，從而制定相對應的風險管控對策。該方法帶有一定的主觀判斷，將定性與定量相結合，應用于工程領域的施工風險評估，具有原理簡單、可信度高的優點[5]。

2.1 建立施工安全風險評價體系

依據工程項目施工情況，明確風險因素以及各風險因素之間的關系。并對各風險因素進行歸納整理形成層次結構模型，從而建立施工安全風險評價指標體系，見圖2。

由圖2可知，對岱山站施工過程存在風險以及周邊環境中存在的風險進行認真辨識，從環境、施工以及自然三個方面共識別出風險源11個，其中環境因素為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、圍護結構施工、基坑開挖與回填、工程防水、內部結構施工和吊裝工程分別為A21～A26，自然因素為A3，自然風險因素和施工人員因素分別為A31、A32。

圖2 地鐵車站基坑施工安全風險評價指標體系

2.2 構造判斷矩陣

將各風險因素對上層風險因素的重要性進行兩兩比較，用數字1～9來反應因素之間的相對重要性。

表1 判斷矩陣數值含義

2.3 一致性檢驗

為了進一步減少其他因素對結果的干擾，就需要對判斷矩陣進行驗證。對其引入一致性指標CI來檢驗判斷矩陣的一致性，同時還計算一致性比例CR來驗證其一致性是否合理。

（1）計算一致性指標CI

式中：λmax——判斷矩陣的最大特征值。

（2）計算一致性比例CR

式中：RI——平均隨機一致性指標，其階數不同則取值不同，如表2所示。當CR＜0.1時，則認為判斷矩陣的一致性合理，反之則判斷矩陣不合理，需要調整。

表2 平均隨機一致性指標取值

2.4 確定權重

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的關系式如下：

其中特征向量W對應的是n個因素的權重，則：

而特征向量Wi的計算公式如下：

式中：aij——判斷矩陣中的各個元素。

2.5 基于層次分析法（AHP）的施工安全風險分析

根據圖2所示的安全風險評價指標體系，邀請相關領域的專家對各風險因素進行打分，得到總風險判斷矩陣如表3所示。

表3 總風險判斷矩陣

通過上述公式計算可得特征向量（相對權重）：

由此可知，周邊環境因素（A11～A13）對該地鐵車站基坑施工的影響程度最大，其次是基坑的開挖與回填因素（A23）,而對施工安全影響最小的是自然風險因素和施工人員因素，并且風險等級均為Ⅲ級。針對上述重要風險源提出以下風險管控措施：

（1）針對周邊建筑物，防止施工造成周邊水位下降、維護結構位移過大以及基坑漏水涌砂等現象，認真復核地質資料以及周邊建筑物的位置、基礎形式及埋深，并對房屋周邊進行攪拌加固。

（2）針對周邊管線，防止周邊管線沉降導致接口拉裂、管道變形等現象，要組織專門的管線調查小組，專門負責管線的摸排，調查和協調工作，避免錯漏，施工時做到加強監測，及時反饋。

（3）針對周邊道路，防止基坑涌水涌砂和圍護結構變形過大，要安排專人巡查，及時掌握道路狀況，并嚴格控制圍護結構施工，保證施工質量。

3 結束語

結合南昌軌道交通3號線岱山站深基坑開挖工程，運用層次分析法（AHP）進行風險評估。首先通過工程資料和經驗構建風險評價指標體系，再依據專家打分構建風險判斷矩陣，基于層次分析法計算得出權重值，即各風險因素對該工程施工安全的影響程度，最后提出了風險控制措施，對類似工程的風險防控具有一定借鑒意義。