城市地铁隧道暗挖法施工穿越高架桥风险模糊综合评价

葛 明，李 霞，颜志坚

（1.海航地产大连分公司，辽宁 大连 116600；2.大连大学 建筑工程学院，辽宁 大连 116622）

0 前言

随着城市化建设的快速发展，我国中大型城市地铁建设进入了高潮期。地铁沿线城市建筑密集，道路、管线、地表水体等周边工程环境复杂，不可预见因素较多，具有规模大、风险高、专业复杂、涉及主体多、与工程周边环境相互影响大。近几年，地铁建设事故频见报道，造成了巨大的人员伤亡和财产损失。对城市地铁建设过程中的风险源识别，风险评估分级并建立应急预案管理是十分必要，工程实践意义重要[1-3]。依托促春站暗挖区间暗挖工程，根据区间地质条件和线路环境辨析施工过程中的风险源[4-5]，建立了适合施工环境和暗挖工法的施工风险指标体系，运用模糊数学理论建立城市地铁施工风险三级模糊评判模型，明确了促春区间隧道暗挖施工风险等级，并制定了相应的应急预案。

1 风险评估指标体系的建立

1.1 城市区间隧道施工风险指标体系

在地铁区间隧道建设过程中,影响隧道施工安全的指标较多,且各影响指标具有一定的模糊性。已有的地铁建设和隧道施工过程的风险评估研究成果认为,风险影响指标可以分为地质、环境、施工、信息化监测等4个一级指标。每个一级指标又分为若干个二级指标，见图1所示。城市地铁施工过程中不同的施工环境其风险指标体系有所不同，本文针对大连地铁202标段促春站暗挖区间过东联路高架桥桩基施工过程建立其风险指标体系，见表1所列。

表1 城市地铁隧道过桩基施工风险指标体系

一级指标 二级指标 风险源指标开挖工法CD法台阶法CRD法爆破钻眼装药爆破进尺超挖支护预注浆地面预注浆超前小导管支护方法锚杆喷射混凝土钢格栅二衬钢筋工程混凝土工程防水施工监测布点方案监测项目布点间距布点排拒监测进度监测频率监测制度信息反馈

1.2 评价指标权重的确定

1.2.1 建立风险源指标评价集合

根据城市地铁建设风险指标评价指标体系，从主指标层面将综合评价体系U分为5个一级指标，，且满足。同理，将每一个一级指标的二级指标，每个二级指标根据指标内涵具体分为相应的三级风险指标，即风险源指标。

1.2.2 构造风险评价矩阵

根据城市地铁区间隧道风险评价体系中上下级指标之间的隶属关系，将下一级制约指标对上一级指标的重要程度进行专家调查法[6]和美国学者T.L.Saaty的层次分析法构建不同级别的层析因素[7-8]的评价矩阵R，

即得到风险决策矩阵。

1.3 一致性检验方法

风险决策矩阵是根据专家经验给出的不同指标的赋分，具有一定的人为特性，需要对其进行一致性检验，以保证其可靠度[9-10]。步骤如下：

1.3.1 正规化风险决策矩阵

1.3.2 计算风险决策矩阵特征值

1.3.3 一致性指标

式中：致性指标，n为矩阵阶数，RI 为平均随机一致性指标。

1.4 风险因素权重计算

对风险矩阵的权重计算方法有几何平均值法、算术平均值法、最小二乘法、对数法和特征值法。计算方法如下

1.4.1 几何平均值法将风险决策矩阵A的元素按照行相乘，得到一组新向量，将每一个向量开n次方，将所得的向量进行归一化处理，即得权重向量。

1.4.2 算数平均值法

1.4.3 最小二乘法

用拟合的方法确定权重向量，使得残差平方和最小，计算方法如下：

1.4.4 特征值法

特征向量法简答便捷，实用性强，在精度要求不严且满足工程实践的情况下一般选择特征向量法。

2 模糊评判

根据风险矩阵得到的风险等级确定铁路隧道施工的三级风险源指标的风险估值及接受准则，见表2所列。

表2 铁路隧道施工的三级风险源指标的风险评估值及接受准则

建立权重集和风险估值根据各级指标因素的排序权向量建立各级指标的权重，采用专家调查法估计三级风险源指标r发生的概率及损失以确定其风险估值矩阵。

根据各级指标因素U的排序权向量建立各级指标的权重A，采用专家调查法估计三级风险源指标r发生的概率及损失以确定其风险估值矩阵R。

将一、二、三级风险指标的评价值进行归纳，得到评价指标体系中的各个风险因素评估结果，根据铁路隧道施工的三级风险源指标的风险评估值及接受准则采取相应的应对技术措施。

3 地铁隧道穿越高架桥桩基础施工的风险分析

3.1 工程概况

促进路站至春光街站区间暗挖法施工设计范围为里程DK11+365.945～DK12+013.350，右线长647.405 m，左线长644.039 m。区间线路沿促进路南北向布置，沿促进路敷设，线路最大坡度为5‰，长度为320 m。采用暗挖法施工。

促进路道路下方分布着大量的地下管道、管线。区间两侧建筑林立，华北路上方东联路高架桥。桩基距区间隧道最近水平距离4.6 m，竖直距离3.2 m。区间隧道地面地势起伏较大，地面高程7.79～10.58 m。隧道拱顶覆土最大19.9 m，最小13.14 m。地貌为剥蚀低丘陵，上覆第四系人工堆积层(Q4)，第四系上全新统卵石层，下伏震旦系五行山群南关岭组泥灰岩。节理裂隙极发育，岩芯呈土状、碎石土状，局部岩溶发育。沿线地下水类型主要是第四系孔隙水和基岩裂隙水、岩溶水两种。

3.2 建立风险指标评价体系

根据大连地铁202标段大连地铁202标段促春站暗挖区间暗挖工程条件，暗挖法施工对环境的影响采用表1所建立的地质U1、周边环境U2、开挖U3、支护U4及监测U5的三级风险指标评价体系，本文以周边环境中暗挖隧道穿越东联路高架桥桩基风险指标评价体系为例，建立三级风险指标评价体系见表3所列。

表3 周边环境风险指标评价体系U2

3.3 构造风险评价矩阵

根据促春区间暗挖隧道穿越东联路高架桥桩基风险指标评价体系的二级评价指标的隶属关系，利用Saaty的1-7级标度表见表4所列，构建风险判断矩阵见表5所列。

表4 Saaty的1-7级标度表

表5 促春区间暗挖隧道穿越东联路高架桥桩基判断矩阵

3.4 一致性检验

考虑工程的特点和实用性，采取特征向量法进行模糊综合评判。运用MATLAB软件计算判断矩阵的最大特征值。并通过CI和CR的计算公式对判断矩阵的一致性进行检验。

检验判断矩阵一致性：

根据平均一致性指标表6，5阶矩阵的平均随机一致性指标RI=1.12。

表6 平均随机一致性指标

认为促春区间暗挖隧道穿越东联路高架桥桩基判断矩阵的一致性可以接受。

3.5 因素权重计算

3.6 模糊综合评判

根据地铁工程实践经验和文献及专家建议，促春区间暗挖隧道过东联路桩基的三级指标的风险等级和风险估值如表7所示。根据三级指标的风险评估值及相应的权重集，进行促春区间暗挖隧道过东联路桩基的模糊评判。

表7 促春区间暗挖隧道穿越东联路高架桥桩基风险等级和风险评估值

其风险评判值为

根据表2中风险等级及接受准则，促春区间暗挖隧道过东联路桩基的施工风险为高级，接收准则为不期望，风险较大，必须采取风险处理措施降低风险并加强监测，且满足降低风险的成本不高于风险发生后的损失，评估结果与工程实践本身的风险程度相符，评价方法也可以对其他二级指标风险进行模糊综合评价。该风险分析方法合理可行，对促春区间安全施工具有指导意义，对类似的工程具有一定的借鉴作用。

4 结论

城市地铁隧道暗挖工程是一个涉工程沿线地质、周边环境、开挖、支护及监测等综合施工过程，特别是区间隧道穿越高架桥桩基的风险性评价是一个复杂的不确定性问题。本文建立了城市地铁隧道暗挖法施工的风险指标评价体系和模糊综合评价模型，并对大连地铁促春区间暗挖隧道穿越东联路高架桥基础的施工过程进行了风险分析和模糊评价，评估结果与工程实践本身的风险程度相符。