基于AHP的地下工程基坑开挖风险评价——以杭州艮山东路地下管廊工程为例

侯文丽 徐 港

（三亚学院，海南 三亚 572022）

基坑工程由地质勘探、围护或放坡、基坑开挖等过程组成。基坑开挖这一过程是基坑施工过程中的一个重要环节。在基坑开挖以前，要根据已有的地质资料，以及工地周边的环境，对工程进行地质勘探，结合勘探结果给出开挖方案。开挖方式根据基坑开挖的深度而定，开挖不深的可以采取放坡的方法进行施工，开挖较深的要采取基坑壁支护的方法进行施工。放坡时，为了保障土坡的稳定性，需要根据施工现场的时间情况以及施工规定来确定放坡坡度的大小。但是基坑工程地质环境复杂，城市中大量的建筑使得基坑旁会有各种重要建筑紧邻。因此，必须要在保证基坑的身强度等重要条件的基础下，对基坑周边建筑物的影响降到最低，使其正常的使用不受影响。

在大多数的基坑工程中，基坑开挖以及基坑的支护工作都是临时性的工作，因此非常容易疏忽基坑环境的复杂性以及基坑开挖的风险性。工程进行的过程中一旦有一个环节因为某种原因出现问题，就会引发基坑开挖的工程事故。同时，基坑开挖工程从理论知识到生产实践这个过程中不完善，这也是工程施工发生的一个原因。

通过对地下工程基坑开挖的风险进行前期研究分析，可得到地下工程基坑开发项目一般具有一些项风险影响因素：（1）工程环境；（2）组织因素；（3）技术因素；（4）施工作业。本文基于此些风险影响因素，对案例中的基坑项目风险进行评价。

层次分析法作为一种具有实用性、多准则性的决策方法，能把需要分析研究的复杂问题以数学化的思维进行定量分析，从而使无规则性的事物转换为有序的层次结构。这是一种具有实用、简洁、系统等优秀性质的方法，已在生产生活的各个领域得到广泛的应用。本文以杭州艮山东路地下管廊基坑工程为研究背景，对地下工程的基坑开挖环节的风险评价进行了研究，剖析基坑工程在施工的过程中发生的危险因素，确定因素的影响程度，合理规避风险，保证基坑工程的顺利实施。

1 AHP在案例中的应用

本文研究的为该工程的Ⅰ标段，工程范围为K0+100.000～K3+272.500，全长3.17 km；道路的起点桩号为K0+100，终点桩号为K3+272.5，全长3 172.5 m；高架起点桩号为K1+490，终点桩号为K3+272.5，全长1 691.75 m；管廊起点桩号GL-0+000，终点桩号为GL-1+898.927，全长1 898.927 m。

本工程范围内需要基坑围护的项目主要有综合管廊主体、管廊附属、迁改管线及河道驳坎四部分，均采用明挖顺做法施工；基坑开挖深度3.0～13.7 m，基坑宽约3～15.5 m，基坑开挖涉及的土层主要为填土和砂质粉土层。通过专家意见和资料整合后基坑开挖工程指标的模型如图1所示。

图1 基坑开挖工程指标模型

1.1 单因素评价

通过有关专家进行等级评判的所得数据，在实践经验的基础上进行解剖分析，最后通过系统的归纳整理，对难分析的单因素进行两两对比，得出合理估算，从而判断出各层次的判断矩阵。如表1所示。

表1 基坑开挖风险评价A-B层次判断矩阵

将每列正规化后的判断矩阵按照行相加：

B1=1+1/2+2+2+1/3=5.833 3；

B2=2+1+4+6+3=16；

B3=1/2+1/4+1+3+1/2=5.25；B4=1/2+1/6+1/3+1+1/4=2.25；

B5=3+1/3+2+4+1=10.333 3。

把A-B层次的判断矩阵内的各元素÷其相对应列总和，得出值后将所得结果建成新判断矩阵，将矩阵内每一行分别求和，并除以相应个数，得出权重：

W1=0.180 8；W2=0.060 4；W3=0.225 0；W4=0.424 2；W5=0.109 6

把权重值代入公式可得最大特征值为：

把最大特征值代入公式可得：

由表1可得：RI=1.12

把CI和RI值代入公式可得：

CR＜0.1，判断可靠。

工程环境B1-C层次的判断矩阵如表2所示。

表2 工程环境B1-C层次的判断矩阵

将每列正规化后的判断矩阵按照行相加：

C11=1+1/2+5=6.5；C12=2+1+1/2=3.5；C13=1/5+2+1=3.2；

把B1-C层次的判断矩阵内的各元素÷其相对应列总和，得出值后将所得结果建成新判断矩阵，将矩阵内每一行分别求和，并除以相应个数，得出权重：

W11=0.262 6；W12=0.329 2；W13=0.408 2。

把权重值代入公式可得最大特征值为：

把最大特征值代入公式可得：

由表2可得：RI=0.58。

把CI和RI值代入公式可得：CR=CI/RI=0.068 3；

CR＜0.1，判断可靠。

组织因素B2-C层次的判断矩阵如表3所示。

表3 组织因素B2-C层次的判断矩阵

将每列正规化后的判断矩阵按照行相加：

C21=1+6+1=8；

C22=1/6+1+3=4.166；

C23=1+1/3+1=2.333 3。

把B2-C层次的判断矩阵内的各元素÷其相对应列总和，得出值后将所得结果建成新判断矩阵，将矩阵内每一行分别求和，并除以相应个数，得出权重：

W21=0.197 9；W22=0.377 6；W23=0.424 5。把权重值代入公式可得最大特征值为：

把最大特征值代入公式可得：

由表3可得：RI=0.58。

把CI和RI值代入公式可得：CR=CI/RI=0.025 2；

CR＜0.1，判断可靠。

技术因素B3-C层次的判断矩阵如表4所示。

表4 技术因素B3-C层次的判断矩阵

将每列正规化后的判断矩阵按照行相加：

C31=1+2+1/3=3.333 3；

C32=1/2+1+3=4.5；

C33=3+1/3+1=4.333 3；

把B3-C层次的判断矩阵内的各元素÷其相对应列总和，得出值后将所得结果建成新判断矩阵，将矩阵内每一行分别求和，并除以相应个数，得出权重：

W31=0.367 8；W32=0.299 7；W33=0.332 5。

把权重值代入公式可得最大特征值为：

把最大特征值代入公式可得：

由表5可得：RI=0.58。

把CI和RI值代入公式可得：CR=CI/RI=0.003 6；

CR＜0.1，判断可靠。

施工作业B4-C层次的判断矩阵如表5所示。

表5 施工作业B4-C层次的判断矩阵

将每列正规化后的判断矩阵按照行相加：

C41=1+2+1/2=3.5；

C42=1/2+1+5=6.5；

C43=2+1/5+1=3.2；

把B4-C层次的判断矩阵内的各元素÷其相对应列总和，得出值后将所得结果建成新判断矩阵，将矩阵内每一行分别求和，并除以相应个数，得出权重：

W41=0.329 2；W42=0.262 6；W43=0.408 2。

把权重值代入公式可得最大特征值为：

把最大特征值代入公式可得：

由表5可得：RI=0.58。

把CI和RI值代入公式可得：CR=CI/RI=0.068 3；

CR＜0.1，判断可靠。

现场管理B5-C层次的判断矩阵如表6所示。

表6 现场管理B5-C层次的判断矩阵

将每列正规化后的判断矩阵按照行相加：

C51=1+4+1=6；C52=1/4+1+5=6.25；C53=1+1/5+1=2.2。

把B5-C层次的判断矩阵内的各元素÷其相对应列总和，得出值后将所得结果建成新判断矩阵，将矩阵内每一行分别求和，并除以相应个数，得出权重：

W51=0.220 4；W52=0.305 9；W53=0.473 7

把权重值代入公式可得最大特征值为：

把最大特征值代入公式可得：

由表6可得：RI=0.58。

把CI和RI值代入公式可得：CR=CI/RI=0.082 3；

CR＜0. 1，判断可靠。

1.2 综合因素评价

以上各计算结果，具体归纳如表7所示。

表7 基坑工程开挖风险评价A权重归总

对总排序进行检验：

因为CR＜0.1，所以矩阵整体排序具有满意的一致性，这些因素对于基坑开挖是有影响的。

1.3 小结

通过对上述各个数据的分析，可以发现在总排序中，土方开挖与运输作业C43的权重是0.173 2，支护作业C41的总权重是0.139 6，降排水作业C42的总权重是0.111 4。由此可以得出，土方开挖与运输作业、支护作业和降排水作业这三个指标对基坑开挖工程影响成正比。尤其是土方开挖与运输作业的影响最为巨大，上述分析所得结果刚好与实际中的基坑开挖工程风险评价的结果相一致，因此，基坑开挖的重点在于土方开挖与运输作业。故对于每一个阶段有可能对发生的问题，在分析的基础上采取相应的措施才是解决的关键。虽然没有对所有的基坑开挖影响因素进行矩形分析，但是本章中通过AHP分析法所得的计算结果仍旧可以客观地分析基坑开挖工程的风险，由此也不难看出，层次分析法在基坑开挖工程风险分析上所具有的优势。

从结果可知，基坑开挖工程施工的过程中，前期支护作业要严格把控，开挖过程中要做好降排水工作，挖掘驾驶员带证上岗，施工设备要报验后开始施工。

2 结语

本文以实际工程为研究背景，以杭州市艮山东路地下管廊工程基坑施工风险评价作为主要研究目标。通过相关数据的收集以及案例对基坑开挖风险评价进行风险因素的分析。对基坑开挖的过程进行了全面的系统研究，可知，影响基坑工程施工的主要因素为：基坑工程所在地的地质情况、基坑周围的环境、基坑所固有的特征、施工的工艺、技术以及施工工序和施工过程中的气候条件。结合杭州艮山东路地下管廊工程，利用AHP对基坑工程开挖过程中的风险评价进行研究得出结果，较好地反映了实际情况。通过分析的结果得出，土方开挖与运输作业、支护作业和降排水作业这三个指标对基坑开挖工程影响是非常大的。其中土方开挖与运输作业指标的影响因素最大。

本文研究了地下工程基坑开挖部分风险因素，但是若要得出完整的处理方案和系统化的风险评估，还需要对研究所得的结果进行深层次的探讨。总之，对基坑开挖风险评价进行了部分研究，研究成果还需进行大量的细化研究。