鄧甫安 賀 建

(1.四川大學(xué)規(guī)劃建設(shè)處，四川 成都 610065; 2.重慶文理學(xué)院建筑工程學(xué)院，重慶 402160)

基于模糊熵理論的地鐵車站基坑施工風(fēng)險研究

鄧甫安1賀 建2

(1.四川大學(xué)規(guī)劃建設(shè)處，四川 成都 610065; 2.重慶文理學(xué)院建筑工程學(xué)院，重慶 402160)

通過對地鐵車站基坑施工風(fēng)險分析，建立了包含六種基本事故類型的地鐵車站基坑工程施工風(fēng)險因素框架體系。引入模糊熵理論計算各指標(biāo)的權(quán)重，建立了地鐵車站基坑工程施工風(fēng)險評價模型，并以天津凌賓路地鐵車站基坑工程施工為例，對基坑風(fēng)險因素框架體系及風(fēng)險評價模型進行了驗證。

地鐵車站,基坑施工,風(fēng)險,模糊熵理論

1 概述

隨著城市現(xiàn)代化快速發(fā)展，城市交通問題日益突顯。為方便人們出行，近年來，地鐵在我國各大主要城市正大力投入建設(shè)；但地鐵建設(shè)面臨的復(fù)雜地下環(huán)境，眾多的不確定因素導(dǎo)致地鐵施工過程存在大量的潛在風(fēng)險；因此，做好地鐵施工的風(fēng)險管理至關(guān)重要。

目前針對地鐵施工風(fēng)險評價管理的方法主要有AHP、物元模型、敏感性分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法，如楊開彪[1]提出了深基坑風(fēng)險的集中度分析方法；周紅波[2]提出了深基坑風(fēng)險分析的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模糊綜合評估方法；潘海澤[3]提出了地鐵車站深基坑施工的突變級數(shù)分析方法；這些方法都很好地進行了地鐵施工風(fēng)險的分析，但分析過程都偏復(fù)雜且主觀性偏大；基于此，本文引入結(jié)合熵信息理論的模糊熵理論，通過深入分析地鐵施工風(fēng)險因素，建立地鐵車站基坑工程施工風(fēng)險評價指標(biāo)體系，再運用隸屬度計算各指標(biāo)的相對權(quán)重，降低計算過程的主觀性，從而建立出地鐵基坑施工風(fēng)險評估模型。

2 基坑施工風(fēng)險評價過程的構(gòu)建

2.1基坑施工風(fēng)險因素的確定

引起地鐵車站基坑施工風(fēng)險的因素眾多，為建立科學(xué)合理、系統(tǒng)完善的地鐵車站施工風(fēng)險評價指標(biāo)體系，通過地鐵施工事故的統(tǒng)計分析，得到主要的施工風(fēng)險因素，再采用工作分解結(jié)構(gòu)(WBS)和風(fēng)險分解結(jié)構(gòu)(RBS)的耦合方法，結(jié)合地鐵建設(shè)相關(guān)專家的建議，得到每個地鐵基坑工程施工風(fēng)險類型的底層事故原因，從而建立了如圖1所示的基坑工程施工風(fēng)險因素框架體系[4-6]。

2.2風(fēng)險評語集的構(gòu)建

通過對基坑工程施工風(fēng)險的各個因素進行模糊集合，從而建立風(fēng)險評語集。不管各風(fēng)險因素發(fā)生的可能性大小以及事故后果的嚴(yán)重性程度，均會對基坑施工造成影響。因此，本文將風(fēng)險等級劃分為嚴(yán)重Ⅴ、較嚴(yán)重Ⅳ、中等Ⅲ、較輕Ⅱ、輕微Ⅰ五個等級。

2.3基于模糊熵理論指標(biāo)權(quán)重的計算

指標(biāo)權(quán)重的大小直接反映了其造成地鐵車站基坑施工風(fēng)險的影響程度，因此需要對1級指標(biāo)、2級指標(biāo)、3級指標(biāo)以及4級指標(biāo)的權(quán)重進行確定[7,8]。

1)專家根據(jù)風(fēng)險評語集得出等級隸屬度矩陣，再歸一化處理評價矩陣，如式(1)：

(1)

2)基于熵理論，各級指標(biāo)權(quán)重計算的方法是相同的，但是等級隸屬度的歸一化處理中有所不同，3級指標(biāo)與2級指標(biāo)的歸一化處理分別見式(2),式(3)，1級指標(biāo)與2級指標(biāo)歸一化處理公式一致。

(2)

(3)

3)進行指標(biāo)權(quán)重的確定：a.在數(shù)據(jù)歸一化處理的基礎(chǔ)上，計算信息熵Hij，如式(4)；b.由信息熵計算輸出熵Eij，如式(5)；c.根據(jù)輸出熵最大時，此因素對系統(tǒng)評估的貢獻最小，計算出差異度Gij，如式(6)；d.對差異度進行歸一化處理得出權(quán)重wij，如式(7)。

(4)

(5)

Gij=1-Eij

(6)

(7)

4)計算基坑施工風(fēng)險等級評價A:

A=W·R

(8)

3 地鐵車站基坑工程施工風(fēng)險案例分析

3.1工程概況

凌賓路站為地下2層車站，車站基坑開挖深度16.9 m，端頭井基坑開挖深度19.3 m，主體結(jié)構(gòu)長153.6 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬37.6 m。地下連續(xù)墻埋深最大33.2 m，工程基坑深度約為16.9 m～19.3 m，基礎(chǔ)位于地下水位以下，根據(jù)專家評分得到基坑工程施工風(fēng)險初始評價表，見表1。

表1 基坑工程施工風(fēng)險初始評價表

3.2指標(biāo)權(quán)重的計算

依據(jù)模糊熵理論計算公式對初始評價數(shù)據(jù)進行計算，得到地鐵車站基坑施工風(fēng)險一級指標(biāo)的隸屬度(見表2)。

3.3凌賓路站基坑工程施工風(fēng)險等級評價

由式(8)計算可得，凌賓路站基坑工程施工風(fēng)險等級評價向量為：

A=(0.214 7 0.307 9 0.286 2 0.166 8 0.024 4)。

3.4凌賓路站基坑工程施工風(fēng)險評估結(jié)果分析

1)由A值可以看出，凌賓路站基坑工程施工總的風(fēng)險是Ⅱ級，施工為輕微風(fēng)險，發(fā)生施工事故風(fēng)險的概率以及損失都較小，因此本地鐵車站基坑工程施工整體不需要投入太大的風(fēng)險預(yù)防措施。

2)從一級指標(biāo)的隸屬度可以看出，滲流破壞風(fēng)險是Ⅲ級，即一般風(fēng)險；支撐失穩(wěn)風(fēng)險是Ⅱ級，即較輕風(fēng)險；坑內(nèi)土體滑坡Ⅲ級，即一般風(fēng)險；踢腳破壞Ⅳ級，即較嚴(yán)重風(fēng)險；突涌破壞Ⅲ級，即較輕風(fēng)險；機械傷人Ⅰ級，即輕微風(fēng)險；其中滲流破壞、坑內(nèi)土體滑坡以及突涌破壞風(fēng)險中最高風(fēng)險均為降水不到位，處于Ⅳ級，即較嚴(yán)重風(fēng)險；踢腳破壞風(fēng)險中最高風(fēng)險為地下連續(xù)墻插入深度不夠，處于Ⅳ級，即較嚴(yán)重風(fēng)險；這說明在該地鐵車站基坑風(fēng)險施工過程中應(yīng)主要注意降水不到位、地下連續(xù)墻插入深度不夠兩大主要風(fēng)險。

4 結(jié)語

1)從六種基本事故類型出發(fā)，采用WBS與RBS耦合的方法對每種事故類型的形成原因進行了詳細(xì)分析，建立了地鐵車站基坑施工風(fēng)險評價指標(biāo)體系，為以后地鐵車站基坑施工風(fēng)險相關(guān)研究提供了參考。

2)引入模糊熵理論對地鐵車站基坑施工風(fēng)險進行評價，通過熵信息計算各級指標(biāo)權(quán)重，處理了地鐵車站基坑施工風(fēng)險評價中的模糊關(guān)系，降低了主觀性，并簡化了權(quán)重計算過程，使得風(fēng)險評估模型與評價指標(biāo)體系之間形成了有機組合。

[1] 楊開彪,梁發(fā)云,殷晟泉.基于現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的深基坑風(fēng)險集中度分析方法[J].結(jié)構(gòu)工程師,2012,28(5):128-134.

[2] 周紅波.基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的深基坑風(fēng)險模糊綜合評估方法[J].上海交通大學(xué)學(xué)報,2009,43(9):1473-1479.

[3] 潘海澤,賀 建,陳夢捷,等.基于突變級數(shù)法的地鐵車站基坑施工風(fēng)險研究[J].地下空間與工程學(xué)報,2017,13(3):840-845.

[4] 陳夢捷,潘海澤.模糊熵理論在地鐵隧道滲漏水中的應(yīng)用[J].地下空間與工程學(xué)報,2016(S1):62-65.

[5] 周紅波,蔡來炳,高文杰.城市軌道交通車站基坑事故統(tǒng)計分析[J].工程地質(zhì)水文地質(zhì),2009(2):67-71.

[6] 周紅波,高文杰,蔡來炳,等.基于WBS-RBS的地鐵基坑故障樹風(fēng)險識別與分析[J].巖土力學(xué),2009,30(9):2723-2726.

[7] 張 彥.基于多級模糊熵權(quán)的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成風(fēng)險評估[J].信息與電腦(理論版)，2014(9):138.

[8] 趙廣金.基于熵理論的礦山企業(yè)安全風(fēng)險管理水平研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2012，22(3):73-78.

Studyonconstructionriskofmetrostationfoundationpitbasedonfuzzyentropytheory

DengFu’an1HeJian2

(1.ThePlanning&ConstructionDepartmentofSichuanUniversity,Chengdu610065,China;2.SchoolofArchitecturalEngineering,ChongqingAcademyofArtsandSciences,Chongqing402160,China)

Based on the risk analysis of metro station foundation pit construction, a risk factor framework system with six basic accident types is built. The fuzzy entropy theory is introduced to calculate the weight of each index, and the risk evaluation model is established. Taking Tianjin Lingbin Road subway station foundation pit engineering construction as an example, the foundation of risk factors and risk assessment framework model is verified.

subway station, foundation pit construction, risk, fuzzy entropy theory

U231.4

A

1009-6825(2017)26-0232-03

2017-07-01

鄧甫安(1965- )，男，高級工程師，一級結(jié)構(gòu)工程師; 賀 建(1990- )，男，在讀碩士