某盾构隧道工作井基坑坍塌安全风险模糊评估

徐红卫，李凤涛

(1.杭州市城市建设前期办公室，杭州 310016；2. 浙江大学 建筑工程学院，杭州 310058)



某盾构隧道工作井基坑坍塌安全风险模糊评估

徐红卫1，李凤涛2

(1.杭州市城市建设前期办公室，杭州 310016；2. 浙江大学 建筑工程学院，杭州 310058)

把某盾构工作井基坑安全风险因素划为地质条件、围护结构设计、基坑开挖和人员管理等一级风险因素，每个一级风险因素又可细分为若干二级风险因素。根据工作井本身情况及模糊隶属度确定基坑风险等级，给出基坑发生坍塌风险的可能性。

工作井基坑；风险分析；影响因素；模糊综合评判

0 引 言

近几年来，地铁、隧道、地下立交、地下车库等城市地下空间建筑不断兴起，基坑工程向大面积、大深度方向发展，但对基坑坍塌风险可能性的研究尚处于定性分析阶段，量化分析成果不多。随着基坑工程的发展，形成了专家调查法和层次分析法、WBS方法和故障树法、地面沉降评估理论方法、模糊隶属度曲线法、贝叶斯网络风险评估等理论方法[1-4]。本文基于某盾构隧道工作井基坑工程，对工作井基坑工程进行模糊分析和评估，确定了各风险源、风险等级和风险发生可能性，为类似工程提供参考。

1 工程概况

某过江隧道的江南盾构工作井平面尺寸为25.2m×86.8m，基坑围护结构采用1200mm、1000mm厚地下连续墙，深度最大达到47m，明挖逆作法施工，基坑最大开挖深度为29.4m。工作井内部分东、西始发井及中间设备井，采用600mm地连墙封堵，两侧始发井基坑与中间设备井基坑坑底相差约5m。基坑开挖深度内的土层主要为粉质粘土和粉细砂，地下水位位于地表以下4m。

2 工作井基坑坍塌风险可能性分析

2.1 建立因素集

选择影响较大的安全风险因素进行分析，工作井基坑坍塌风险的具体影响因素如图1所示。建立因素集：U={U1U2U3U4}={地质条件，围护结构设计，基坑开挖，人员(管理)状况}，U1={U11U12U13U14U15U16}={地质的变异性、场区地质滑动断裂带、地震、饱和含水砂土层、承压水、其他不良地质现象}，U2={U21U12U23U24}={基坑安全等级、围护结构形式、支撑形式、坑底加固形式}，U3={U31U32U33U34U35}={基坑降水、围护结构施工质量、支撑的及时性、开挖方法、监控量测}，U4={U41U42U43U44U45U46}={人员素质、人员经验、人力资源配置、施工管理体系、施工安全体系、施工组织设计}。

图1 工作井深基坑安全性等级的影响因素

2.2 建立评价集

用模糊语言对基坑坍塌风险发生可能性评价目标进行分类表述，建立评价集V：

V={V1V2V3V4V5}

其中：V1表示几乎不发生；V2为很少发生；V3为偶尔发生；V4为可能发生；V5为频繁发生。

2.3 建立模糊评价矩阵

建立模糊评价矩阵R来进行单因素评判，以确定评判对象对被选评价元素的隶属程度。进行单因素评判，通过U到V的一个模糊映射f来得到模糊关系矩阵R，表示如下：

式中：R为单因素评判矩阵；rij是U中的因素Ui对应V中的等级Vi的隶属关系，也就是第i个因素对该事物的单因素评判。

2.4 模糊评估计算

依据专家经验法及类似工程经验，采用标度法对各级因子对上一级目标的相对重要性进行两两比较，构造出判断矩阵，然后计算出最大特征值以及对应的向量(单排序权重)，最后进行一致性检验。

以求一级指标U1，U2，U3，U4对总指标权重为例，用层次分析法求出一级指标的权重，并经过一致性检验，结果如表1所示。

表1 判断矩阵

一致性检验是检查评估专家在判断过程中思维是否保持一致，对上述判断矩阵求解特征值，然后进行一致性检验。由此可得出一级指标权重和二级指标权重，如表2至表6。

表2 Ui一级指标权重

表3 U1i二级指标的单排序权重

表4 U2i二级指标的单排序权重

表5 U3i二级指标的单排序权重

表6 U4i二级指标的单排序权重

经过计算分别得出了一级指标U1，U2，U3，U4对总目标权重，二级指标U1i，U2i，U3i，U4i对相应上一级目标U1，U2，U3，U4的权重，见表7。

表7 隧道工作井坍塌风险影响判断各因子权重值

根据工程具体情况，得出风险评估所需要的风险因素及其参考分级，借鉴类似工程和专家意见的因素等级评价表及隶属函数，得到各因素等价评价矩阵，从而求解出模糊函数矩阵。

进行模糊一级变换，得到二级模糊关系矩阵

B=ωi·R=[0.5151 0.4163 0.6588 0.2634 0.1419]

根据最大隶属度原则，即

因此，判断工作井基坑坍塌风险为Ⅲ级，即基坑坍塌可能性为“偶尔发生”。该深基坑整体偏于安全，但从评估过程中得到的各子制约因素的综合评价分值可以看到，基坑降水、开挖方法及施工组织设计对其安全性影响不利，需要重视。

3 结 语

(1)模糊综合评判法用于深基坑安全等级的评价中，可以将定性的分析以定量的形式表现出来，使不精确的表达数字化，评估更加科学。

(2)深基坑安全性受到多种因素的影响，通过建立模糊综合评判模型，对深基坑安全性各种影响因素进行了分析，克服了评判中主观性的不足，结果可信度高。

(3)通过模糊评价方法最后得出一个综合评价指标，用它说明深基坑的安全等级是可行、有效的，结果符合工程实际情况。

[1]王岩，黄宏伟.地铁区间隧道安全评估的层次-模糊综合评判法[J].地下空间，2004，24(3)：301-305，422.

[2]边亦海，黄宏伟，李剑.可信性方法在深基坑施工期风险分析中的应用[J].地下空间与工程学报，2006，2(1)：70-73.

[3]何锡兴，周红波，姚浩.上海某深基坑工程风险识别与模糊评估[J].岩土工程学报，2006，28(B11)：1912-1915.

[4]李宏伟.钱江隧道工程管理创新与实践(精)[M].北京：中国建筑工业出版社，2013.

Fuzzy Evaluation of Safety Risk of Foundation Pit Collapse in a Shield Tunnel

XU Hong-wei1，LI Feng-tao2

(1. Early Urban Construction Department of Hangzhou，Hangzhou 310016，China；2. College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University , Hangzhou 310058 , China)

Safety risk factors include geological conditions, design of retaining structure, excavation and personnel management level in a certain shield tunnel working well foundation pit excavation. Risk factors for each one can be subdivided into several secondary risk factors. According to the working well itself and fuzzy membership to determine the risk level of foundation pit, the possibility of foundation pit collapse risk is given.

working well foundation pit; risk analysis; influence factors; fuzzy comprehensive evaluation

2016-06-07

浙江省交通运输厅科研计划项目(2013H26)

徐红卫(1967-)，男，浙江武义人，高级工程师，E-mail：xuhongwei2608@126.net。

U458

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2016.03.004

1671-234X(2016)03-0015-05

浙江交通职业技术学院学报，第17卷第3期，2016年9月

Journal of Zhejiang Institute of Communications

Vol.17 No.3,Sep.2016