基于层次分析法的冻结法地铁联络通道施工风险评价

(辽宁省交通高等专科学校，沈阳 110122)

1 前 言

近年来，由于冻结法具有防水性好、强度高和整体性好等优势，在地铁联络通道施工中应用较广泛。但该技术在发展过程中也出现了很多工程事故，例如开挖时发生冻结管突然断裂，冻结帷幕缺陷导致涌水喷砂甚至通道失稳，过度的冻胀和融沉现象等，因此有必要针对冻结法联络通道施工进行风险的预测和控制。本文主要结合沈阳某地铁联络通道的水文地质情况、结构特点和施工现状，首先识别冻结法施工中各个阶段中潜在的风险，然后建立沈阳冻结法地铁联络通道施工风险综合评价指标体系，并运用层次分析法对不同施工阶段的风险进行评价，确定沈阳地区冻结法施工过程中的主要风险因素，从而为施工风险控制研究提供依据。

2 工程概况

沈阳地铁某号线××站～××站区间基本位于浑河下方，为了满足区间紧急疏散的要求，区间设置2个联络通道。1#、2#联络通道紧邻浑河设置，其中1#联络通道埋深20.9m，距离浑河约70m；2#联络通道埋深25.8m，距离浑河约45m。1#、2#联络通道设计采用水平冻结法隧道内加固地层，矿山暗挖法施工。联络通道均由与隧道管片相连的喇叭口、水平通道构成。水平通道为直墙圆弧拱结构，通道采用的初次衬砌(钢格栅喷射混凝土)厚度为250mm，二次衬砌厚度为300mm的C40P10模筑防水钢筋混凝土。联络通道及泵站的开挖轮廓高为6.40m，宽为3.60m(喇叭口部分高为4.25m，宽为3.90m)。

2.1 工程地质条件

根据地质资料如图1所示，1#联络通道从上至下依次为：③-1-0粉质黏土、③-4-0砾砂、③-5-0圆砾、④-4-0砾砂、④-5-0圆砾、⑤-4-0砾砂。1#联络通道及泵站位于④-5-0圆砾和⑤-4-0砾砂土层中，泵站位于⑤-4-0砾砂层中。2#联络通道从上至下依次为：①杂填土、③-1-0粉质黏土、③-2-0粉细砂、③-5-0圆砾、④-4-0砾砂、④-5-0圆砾。2#联络通道及泵站位于④-4-0砾砂和④-5-0圆砾土层中，泵站位于⑤-4-0砾砂中。

2.2 水文地质条件

本区间地下水稳定水位埋深在6.20～10.20m，相当于绝对标高29.67～31.83m。地下水水温10℃～20℃。联络通道所处地层④-4-0和④-5-0地层透水强，连续分布，为承压水层。根据在本工点内的水文地质试验点YSA11(孔深40.0m)，地下水位埋深8.0m，含水层厚度大于40.0m。由该孔进行的抽水试验结果得到该处含水层渗透性较好，地下水补给较充分，水量较丰富。

3 冻结法地铁联络通道施工风险评价

采用层次分析法对该工程施工过程的风险进行评价。层次分析法(Analytic Hierarchy Process简称AHP)是美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂于20世纪70年代初，应用网络系统理论和多目标综合评价方法，提出的一种层次权重决策分析方法。其基本思想是利用递阶层次结构识别工程中存在的主要风险因素，然后由多位专家从风险损失额和风险发生概率等方面判断风险因素的相对重要性，在此基础上对专家意见判断矩阵的一致性进行检验。若通过，则计算各风险因素的相对重要度排序；若未通过，则要重复前面的过程，重新修正专家意见，直到通过一致性检验，最终根据计算出的各个选择方案的权重来进行决策。

3.1 建立层次分析法风险评价模型

根据该工程的水文地质条件进行分析，发现该联络通道所处地层为渗透系数较大、富含承压水的圆砾层，该土层孔隙比较大，地层松散，无胶结，自稳能力差，单个石块强度高，易发生孔口涌水、喷砂，冻结帷幕透水等风险。通过查阅冻结法地铁联络通道的施工资料，分析冻结法联络通道施工安全事故的发生机理，针对该联络通道的水文地质条件、周边环境、拟采用的施工工艺与施工能力以及季节性的施工影响等因素进行调研分析，按照施工不同阶段进行提炼和归纳，同时考虑工程的实际需要和风险评价的可操作性，建立冻结法地铁联络通道施工安全风险综合评价模型，如图2所示。

图2 冻结法联络通道施工风险评价模型

3.2 对因素两两比较评分，并建立判断矩阵

依照图2建立的风险评价模型，由从事冻结法地铁联络通道设计、施工及监理的多位专家从风险损失额以及风险发生概率等方面判断冻结管成孔、积极冻结、开挖构筑和融沉注浆4个施工阶段各风险因素的相对重要性，对各风险因素进行两两比较评分。为了使判断分析定量化，引入了“1-9 标度法”，如表1所示，对各个风险因素进行打分。

表1 风险评价分值表

经评分可得若干两两判断矩阵，从而确定施工不同阶段中各风险因素的相对权重，权重越高越危险，权重低则相反，形成风险判断矩阵。在此基础上对专家意见判断矩阵的一致性进行检验。若通过，则按照专家给出的各风险因素的相对重要性排序；若未通过，则要重复前面的过程，修正专家意见，直到通过一致性检验。最终根据计算出的各个选择方案的权重来进行决策。权重越高越危险，权重低则相反，从而确定各阶段风险最大的基本事件，根据相对权重的大小顺序，可有针对性地采取控制措施。

依照冻结法联络通道施工风险目标体系A，施工风险分为冻结管施工风险B1、积极冻结阶段风险B2、开挖构筑阶段风险B3、融沉注浆阶段风险B4四个阶段风险，其A-B层次判断矩阵如表2所示。

表2 A-B层次判断矩阵表

3.3 计算各判断矩阵权重、排序，并作一致性检验

求判断矩阵每行所有元素几何平均值。

经归一化处理后，得到各风险因素的相对权重ωi。

计算判断矩阵的最大特征根λmax，记A-B层次判断矩阵为A，则有

4 结 论

本文主要依据冻结法及地铁联络通道施工的特点，通过专家调查研究，建立冻结法地铁联络通道施工安全风险综合评价体系，并运用层次分析法对冻结法联络通道施工风险进行分析和评价，研究结果表明，积极冻结阶段的风险最大，然后依次为开挖构筑、融沉注浆和冻结管成孔阶段的风险。通过风险分析，得到地铁联络通道冻结法施工中的主要风险，从而为施工中的风险控制研究提供了依据。

参考文献：

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