覃子玲 李鏡培，* 姚建平 李林

超大面積軟土基坑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)與綜合評(píng)價(jià)方法

覃子玲1李鏡培1，*姚建平2李林1

（1.同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系，上海 200092； 2.上海南匯建工建設(shè)（集團(tuán)）有限公司，上海 201399）

近年來軟土地區(qū)超大面積基坑工程不斷涌現(xiàn)，相較于普通基坑工程，軟土地區(qū)超大面積基坑工程施工的風(fēng)險(xiǎn)性和風(fēng)險(xiǎn)控制難度都顯著增加，軟土地區(qū)超大面積基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)已經(jīng)成為一個(gè)急需解決的課題?；诔竺娣e軟土基坑的施工工序，對(duì)施工期的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別，構(gòu)建了超大面積軟土基坑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過專家評(píng)價(jià)建立基坑風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣，得到各風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重。采用三角隸屬函數(shù)和嶺形隸屬函數(shù)得到定性評(píng)價(jià)指標(biāo)和定量評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度，提出了超大面積軟土基坑施工風(fēng)險(xiǎn)的模糊層次綜合評(píng)價(jià)方法。在此基礎(chǔ)上，依托上海國(guó)際醫(yī)學(xué)園區(qū)生物醫(yī)藥加速器（一期）項(xiàng)目基坑工程，對(duì)超大面積軟土基坑施工的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了實(shí)例分析。研究結(jié)果表明，超大面積軟土基坑施工的主要風(fēng)險(xiǎn)來源于土方工程和支護(hù)工程。本文方法為軟土地區(qū)超大面積基坑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和控制提供了有效評(píng)價(jià)途徑與理論依據(jù)，具有重要的理論價(jià)值與工程實(shí)際意義。

超大面積軟土基坑， 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系， 層次分析法， 模糊綜合評(píng)價(jià)， 隸屬度

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，近幾十年來各大城市建設(shè)項(xiàng)目的數(shù)量和規(guī)模迅速增大，涌現(xiàn)出了諸如地下停車庫、地下商場(chǎng)、地下變電站等大量面積超大的基坑工程項(xiàng)目。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2009年上海地區(qū)地下空間開挖達(dá)10萬～30萬m2的地下綜合體項(xiàng)目多達(dá)數(shù)十個(gè)，基坑開挖面積一般可達(dá)2萬～4萬m2［1］。在上海軟土地層中進(jìn)行基坑施工時(shí)，由于軟土地層強(qiáng)度低、地下水位高、土壓力分布復(fù)雜和承壓水分布廣泛等特點(diǎn)，使得超大面積基坑施工面臨土體滑移、基坑失穩(wěn)、樁體變位、坑底隆起、圍護(hù)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重漏水、突涌、流土等難題。若在基坑施工過程中對(duì)變形控制措施不到位或支護(hù)體系承載力不足時(shí)，會(huì)導(dǎo)致基坑變形超標(biāo)從而影響到基坑周邊環(huán)境，嚴(yán)重時(shí)會(huì)由于變形過大發(fā)生基坑坍塌事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會(huì)影響。由此可見，評(píng)估基坑施工的主要風(fēng)險(xiǎn)因素，提出合理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，對(duì)于保證軟土地區(qū)超大面積基坑的安全十分必要。目前，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)［2-4］、理論分析［5-8］、數(shù)值模擬［9-10］、模型試驗(yàn)［11-12］等方法，在基坑開挖的綜合特性、對(duì)周邊環(huán)境的影響等方面取得了豐碩的研究成果，為基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供了一定的依據(jù)。

模糊綜合評(píng)價(jià)法利用模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論，將定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，其適用于解決各種模糊的、難以量化的問題，且模型簡(jiǎn)單，對(duì)多因素多層次的復(fù)雜問題評(píng)價(jià)效果好，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)當(dāng)中。何錫興等［13］采用WBS法首先將深基坑施工工序分解為樁基礎(chǔ)施工、地下連續(xù)墻施工、地基加固、土方開挖及支撐、降水施工，并結(jié)合故障樹法建立了風(fēng)險(xiǎn)清單，通過層次分析法得到各風(fēng)險(xiǎn)事件的權(quán)重，最后利用模糊綜合評(píng)價(jià)法得出了基坑總體施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；蘭守奇等［14］引入模糊隸屬函數(shù)降低專家估值的主觀性，進(jìn)而求得深基坑施工期各風(fēng)險(xiǎn)事故的權(quán)重，基于此得到某一具體深基坑工程施工期的總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；陳曉勇等［15］總結(jié)了深基坑支護(hù)體系的不同破壞模式，選取穩(wěn)定計(jì)算指標(biāo)和變形計(jì)算指標(biāo)作為各單因素評(píng)價(jià)指標(biāo)，并通過模糊綜合評(píng)判得出某深基坑工程綜合風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，且與實(shí)際結(jié)果相符合；包小華等［16］對(duì)大量基坑事故調(diào)查分析得到了影響深基坑安全性的主要因素，并通過建立模糊綜合評(píng)判模型對(duì)某深基坑的安全等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，證明了該方法的可行性；張彬等［17］運(yùn)用模糊層次綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)某一深基坑工程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，指出施工人員是基坑施工過程中最大的風(fēng)險(xiǎn)因素，并提出了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。前人的研究成果充分證明了模糊綜合評(píng)價(jià)法應(yīng)用于基坑工程的合理性和有效性。但對(duì)于超大面積軟土基坑，其建造規(guī)模大，開挖影響范圍廣，施工工序和地層情況復(fù)雜，影響因素眾多，以往針對(duì)單一指標(biāo)或簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)方法難以合理、全面評(píng)價(jià)超大面積軟土基坑的施工風(fēng)險(xiǎn)。

本文根據(jù)施工工序?qū)Τ竺娣e軟土基坑施工的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別，構(gòu)建了超大面積軟土基坑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合層次分析法確定了各風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。同時(shí)引入模糊數(shù)學(xué)理論，將定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為模糊數(shù)學(xué)語言，通過三角隸屬函數(shù)和嶺形隸屬函數(shù)分別確定了定性指標(biāo)和定量指標(biāo)的隸屬度，建立了超大面積軟土基坑施工風(fēng)險(xiǎn)的模糊層次綜合評(píng)價(jià)模型，進(jìn)而依托上海國(guó)際醫(yī)學(xué)園區(qū)生物醫(yī)藥加速器（一期）項(xiàng)目基坑工程，對(duì)超大面積軟土基坑施工的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行了探討。預(yù)期為上海軟土地區(qū)后續(xù)類似超大面積基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供參考。

1 超大基坑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1　基坑施工風(fēng)險(xiǎn)因素

基坑施工主要包括土方工程、支護(hù)工程、降排水工程和監(jiān)測(cè)工程［18-21］，各工程涉及的潛在風(fēng)險(xiǎn)如下（圖1）：

（1） 土方工程在基坑施工的安全管理上起著決定性的作用，其風(fēng)險(xiǎn)因素主要包括開挖次序、開挖尺寸（深度、面積、形狀等）、放坡坡度、坑底暴露時(shí)間、土方地質(zhì)條件、坑邊堆載、坡面防護(hù)方法、超挖或偏稱以及土方運(yùn)輸?shù)木嚯x、路線、設(shè)備載重等。

（2） 支護(hù)工程作為臨時(shí)性工程，其設(shè)計(jì)的安全儲(chǔ)備相比永久性結(jié)構(gòu)較小，存在的安全隱患也較多。其風(fēng)險(xiǎn)因素主要包括混凝土的強(qiáng)度及養(yǎng)護(hù)時(shí)間、支撐設(shè)置是否及時(shí)、立柱垂直度、支撐節(jié)點(diǎn)的剛度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入深度、鉆孔灌注樁垂直度、工法樁型鋼定位、樁的界面剛度以及斜撐間距、坡度、混凝土注漿技術(shù)等。

（3） 降排水工程是基坑施工中一項(xiàng)必不可少的工作，很多基坑工程事故的發(fā)生，譬如流砂、管涌、基底破壞、邊坡失穩(wěn)等，都是由于水處理不當(dāng)引起的。降排水工程的風(fēng)險(xiǎn)因素主要包括水文地質(zhì)條件（地層分布、承壓水）、降雨或地下管道漏水、降水方法的選擇、排水溝集水井布置、止水帷幕設(shè)置等。

（4） 監(jiān)測(cè)是保證工程施工安全性及合理性的重要方法。監(jiān)測(cè)工程的風(fēng)險(xiǎn)因素主要包括監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的完備性、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理、監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置、監(jiān)測(cè)頻率、監(jiān)測(cè)警戒值的設(shè)置、監(jiān)測(cè)設(shè)備的精度、穩(wěn)定性和耐久度等。

圖1　超大面積軟土基坑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2　基坑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

超大面積軟土基坑施工的安全受很多因素影響，各因素間重要性、影響度不同，若將所有風(fēng)險(xiǎn)因素均作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，則會(huì)增加不必要的計(jì)算量；若采用過少風(fēng)險(xiǎn)因素作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，則難以準(zhǔn)確反映基坑工程的安全度。因此，本文基于上海國(guó)際醫(yī)學(xué)園區(qū)生物醫(yī)藥加速器（一期）項(xiàng)目基坑工程的工程資料和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，對(duì)關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行辨識(shí)，提取了主要的風(fēng)險(xiǎn)因素，建立了超大面積軟土基坑施工的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。其中，一級(jí)指標(biāo)共4個(gè)，分別為土方工程1、支護(hù)工程2、降排水工程3、監(jiān)測(cè)工程4；二級(jí)指標(biāo)共18個(gè)，1包含11～15共5個(gè)，2包含21～26共6個(gè)，3包含31～33共3個(gè)，4包含41～44共4個(gè)。

2 基坑施工風(fēng)險(xiǎn)模糊層次綜合評(píng)價(jià)

2.1　超大面積軟土基坑施工風(fēng)險(xiǎn)層次分析

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是將與決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、子標(biāo)準(zhǔn)等層次，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法［22］，其主要步驟如下。

1） 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)

層次分析法通過建立一個(gè)層次結(jié)構(gòu)來表示需要解決的問題，一般包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和子標(biāo)準(zhǔn)層［23］。根據(jù)圖1所建立的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，目標(biāo)為超大面積軟土基坑施工，其下包括四個(gè)準(zhǔn)則1～4，各準(zhǔn)則下分別包括5個(gè)、6個(gè)、2個(gè)、3個(gè)子標(biāo)準(zhǔn)。

2） 構(gòu)造判斷矩陣

判斷矩陣用于判斷同層元素間的相對(duì)重要程度，是層次分析法的重要步驟。對(duì)圖1準(zhǔn)則層間元素1～4構(gòu)造判斷矩陣，通過元素間的兩兩對(duì)比來判斷同層元素的相對(duì)重要性，見表1。其中，23表示支護(hù)工程2相對(duì)于降排水工程3的重要程度，其比較的標(biāo)度如表2所示。

表1　 判斷矩陣A

表2　 比較的標(biāo)度

3） 層次單排序及一致性檢驗(yàn)

（1） 計(jì)算相對(duì)權(quán)重

基于特征向量法，可以得到判斷矩陣的特征向量：

式中，max為最大特征值。

進(jìn)而按照元素的權(quán)重從高到低排序，即可得到該層元素相對(duì)于其上層元素的層次單排序。

（2） 一致性檢驗(yàn)

表3　 平均一致性指標(biāo)RI［25］

4） 層次總排序及一致性檢驗(yàn)

對(duì)于層次結(jié)構(gòu)有三層及以上的問題，應(yīng)先通過判斷矩陣計(jì)算從低到高各層元素間的相對(duì)權(quán)重，再計(jì)算最底層元素對(duì)總目標(biāo)的合成權(quán)重，并進(jìn)行總的一致性檢驗(yàn)。對(duì)于圖1所建立的層次結(jié)構(gòu)，建立一級(jí)判斷矩陣、二級(jí)判斷矩陣1～4，先分別計(jì)算準(zhǔn)則元素1～4及其下各子標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)權(quán)重，再計(jì)算各子標(biāo)準(zhǔn)對(duì)目標(biāo)的相對(duì)權(quán)重。

對(duì)于圖1所建立的層次結(jié)構(gòu)，i為各準(zhǔn)則的相對(duì)權(quán)重值，i和i表示與之對(duì)應(yīng)的判斷矩陣1～4的一致性指標(biāo)和平均一致性指標(biāo)。

2.2　超大面積軟土基坑施工風(fēng)險(xiǎn)模糊層次綜合評(píng)價(jià)

本文采用二級(jí)模糊層次綜合評(píng)價(jià)對(duì)超大面積軟土基坑施工的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其具體步驟如下：

（1） 建立評(píng)價(jià)因素集合

層次分析法的目標(biāo)為模糊層次綜合評(píng)價(jià)的目標(biāo)，各準(zhǔn)則元素為一級(jí)指標(biāo)U，為準(zhǔn)則數(shù)量，其下各子標(biāo)準(zhǔn)為二級(jí)指標(biāo)U，為U下子標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量，所有指標(biāo)構(gòu)成了評(píng)價(jià)因素集合。在圖1的層次結(jié)構(gòu)中，=［1，2，3，4］，U=［U1，U2，…，U］。

（2） 建立評(píng)價(jià)因素權(quán)重向量

根據(jù)層次分析法的結(jié)果確定評(píng)價(jià)因素的權(quán)重向量。一級(jí)指標(biāo)i權(quán)重向量記為，各二級(jí)指標(biāo)ij的權(quán)重向量記為i。

（3） 建立評(píng)語集

評(píng)語集是各指標(biāo)可能出現(xiàn)的結(jié)果所組成的集合，其表示為=［1，2，…，V］，表示評(píng)語數(shù)量。

根據(jù)超大面積軟土基坑施工的實(shí)際情況，將其基坑施工安全程度劃分為5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，即Ⅰ級(jí)（安全）、Ⅱ級(jí)（較安全）、Ⅲ級(jí)（一般）、Ⅳ級(jí)（危險(xiǎn)）、Ⅴ級(jí)（很危險(xiǎn)），并建立評(píng)語集=［1，2，3，4，5］，為便于后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的判斷，將其量化為=［5，4，3，2，1］。

（4） 確定隸屬度，建立評(píng)價(jià)矩陣

確定各風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度是模糊綜合評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。通常通過邀請(qǐng)專業(yè)技術(shù)人員結(jié)合工程資料及項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，把評(píng)價(jià)結(jié)果帶入隸屬函數(shù)中，可以得到各二級(jí)指標(biāo)隸屬度向量1～，組合可得到對(duì)應(yīng)一級(jí)指標(biāo)的單因素評(píng)價(jià)矩陣i：

針對(duì)圖1所建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將指標(biāo)分為定量評(píng)價(jià)指標(biāo)和定性評(píng)價(jià)指標(biāo)，定性評(píng)價(jià)指標(biāo)有13、14、15，其余為定量評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)隸屬函數(shù)選取凸函數(shù)、重疊不交叉、對(duì)稱性和平衡性等特性，本文采用指派法評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬函數(shù)［27］。對(duì)于定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，考慮到嶺型函數(shù)圖像為曲線且形狀較尖，能夠使評(píng)價(jià)更準(zhǔn)確快速，采用嶺形隸屬函數(shù)［28］確定其隸屬度：

式中：、、、、分別為計(jì)算參數(shù)；為評(píng)價(jià)值。

嶺形隸屬函數(shù)的圖像見圖2。

圖2　嶺形隸屬函數(shù)

為使定性指標(biāo)能夠運(yùn)用數(shù)值直觀表示，對(duì)5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)量化處理［28］，將評(píng)價(jià)等級(jí)“安全”“較安全”“一般”“危險(xiǎn)”“很危險(xiǎn)”分別賦值為95、85、75、65、55，并采用三角形隸屬函數(shù)求出指標(biāo)的隸屬度：

式中，為量化后的等級(jí)評(píng)價(jià)值。

三角形隸屬函數(shù)圖像見圖3。

圖3　三角形隸屬函數(shù)

（5） 一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)

將單因素評(píng)價(jià)矩陣與對(duì)應(yīng)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量進(jìn)行模糊運(yùn)算，可以得到一級(jí)指標(biāo)的模糊向量：

（6） 二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)

將各一級(jí)模糊向量進(jìn)行組合，構(gòu)成一級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)矩陣，=［，，…，］T。將與權(quán)重向量進(jìn)行模糊運(yùn)算，可以得到目標(biāo)的評(píng)價(jià)向量：

為確定最后的評(píng)價(jià)值，對(duì)評(píng)價(jià)向量根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行加權(quán)平均：

式中，為評(píng)語集，=［5，4，3，2，1］。

3 基坑施工風(fēng)險(xiǎn)實(shí)例分析

本文以上海國(guó)際醫(yī)學(xué)園區(qū)生物醫(yī)藥加速器（一期）項(xiàng)目基坑工程為例，基于第2章中建立的模糊層次綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)超大面積軟土基坑施工進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

3.1　工程概況

項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)，場(chǎng)地東至41-08地塊、康新公路，南至五灶港，西至景觀縱三河，北至紫萍路，見圖4?；涌偯娣e約32 180 m2，總延長(zhǎng)米約834 m，基坑規(guī)模超大?；又饕茉凑緟^(qū)域（A坑）和一層地下室區(qū)域（B坑），A坑開挖深度為11.85 m，B坑開挖深度為6.75 m。

圖4　項(xiàng)目地理位置及建筑紅線

項(xiàng)目場(chǎng)地位于上海地區(qū)典型的軟土地層，其地基土分布情況如下：第②層為灰黃色粉質(zhì)黏土，厚0.4～2.0 m；第③層為灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，厚約0.5～5.3 m；部分場(chǎng)地第③層分布灰色黏質(zhì)粉土夾層，厚0.6～2.5 m；第④層為灰色淤泥質(zhì)黏土，厚7.1～9.2 m；第⑤層為灰色黏土，厚5.7～8.4 m；第⑥層為暗綠～草黃色粉質(zhì)黏土，厚2.5～4.0 m；第⑦層分為兩個(gè)亞層，⑦1層為草黃色粉質(zhì)黏土與黏質(zhì)粉土互層，厚7.3～14.2 m，⑦2層為草黃～灰色粉砂，未鉆穿。

場(chǎng)地淺部地下水為潛水，潛水位的動(dòng)態(tài)變化主要受降雨、地面蒸發(fā)、地表水等影響。承壓水賦存于⑦層（⑦1層粉質(zhì)黏土與黏質(zhì)粉土互層、⑦2層粉砂）中，設(shè)計(jì)時(shí)采用降壓井對(duì)其進(jìn)行處理。

項(xiàng)目A區(qū)采用鉆孔灌注樁+二道混凝土內(nèi)支撐+三軸水泥土攪拌樁止水帷幕+坑底加固攪拌樁的支護(hù)形式，B區(qū)采用SMW工法樁+前撐注漿鋼管（局部采用一道鋼筋混凝土角撐）+坑底加固攪拌樁的支護(hù)形式。項(xiàng)目具有開挖面積超大、多種支護(hù)形式并存等特點(diǎn)，且其面臨工作量大、時(shí)間緊等難題，同時(shí)任務(wù)重、質(zhì)量要求高。

3.2　風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

根據(jù)所構(gòu)建的超大面積軟土基坑風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（圖1），采用層次分析法計(jì)算各指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重。

根據(jù)式（1）計(jì)算判斷矩陣的最大特征值，得到max=4.128，將其對(duì)應(yīng)的特征向量進(jìn)行歸一化處理后得到各一級(jí)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重i，=［1，2，3，4］=［0.390，0.448，0.100，0.062］。一級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣及相對(duì)權(quán)重如表4所示。

表4　 一級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣A及相對(duì)權(quán)重w

根據(jù)式（1）計(jì)算出各二級(jí)判斷矩陣i的最大特征值及各二級(jí)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重：1max=5.304，1=［0.135，0.224，0.054，0.265，0.322］；2max=6.464，2=［0.076，0.180，0.479，0.124，0.052，0.089］；3max=3.100，3=［0.263，0.072，0.665］；4max=4.064，4=［0.534，0.152，0.174，0.140］。

將各判斷矩陣的最大特征值帶入式（2）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，得到一級(jí)判斷矩陣的一致性比例為0.048，二級(jí)判斷矩陣的一致性比例分別為0.068、0.074、0.096、0.024，均小于0.1，滿足一致性條件。

計(jì)算各二級(jí)指標(biāo)的相對(duì)于目標(biāo)的總權(quán)重，并進(jìn)行總的一致性檢驗(yàn)。將各一級(jí)指標(biāo)權(quán)重i分別對(duì)其下所有二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)，得到各二級(jí)指標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)的總權(quán)重0，見表5。

表5　 各二級(jí)指標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)的權(quán)重向量

將各一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重、二級(jí)判斷矩陣的一致性指標(biāo)和平均一致性指標(biāo)帶入式（3），可得=0.064<0.1，滿足一致性條件。

3.3　模糊綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)圖1所建立的超大面積軟土基坑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合每個(gè)指標(biāo)對(duì)基坑安全性的影響特征和取值范圍，確定了定量評(píng)價(jià)指標(biāo)13～15、定性評(píng)價(jià)指標(biāo)41、43、44以及其余定性評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)劃分參數(shù)，見表6。

表6　 評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

注：①坑底暴露時(shí)間14的單位為小時(shí)（h）；②坑邊堆載15的單位為kN/m2；③監(jiān)測(cè)項(xiàng)目完備性41的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)參考《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50497—2019）中表4.2.1的要求；④監(jiān)測(cè)頻率43和監(jiān)測(cè)警戒值設(shè)置44的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)參考《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50497—2019）的相關(guān)規(guī)定。

根據(jù)項(xiàng)目的資料對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并將評(píng)價(jià)值分別帶入式（5）和式（6）中，得到單因素評(píng)價(jià)矩陣1～4，將其與對(duì)應(yīng)的權(quán)重向量i帶入式（7）進(jìn)行模糊運(yùn)算，可以得到一級(jí)指標(biāo)的模糊向量1～4，組合得到目標(biāo)元素的評(píng)價(jià)矩陣：

將1～4與權(quán)重向量帶入式（8）進(jìn)行模糊運(yùn)算，得到目標(biāo)的評(píng)價(jià)向量，=［0.112，0.315，0.448，0.125，0］。將帶入式（9），確定目標(biāo)的評(píng)價(jià)值=3.415。

同理，將1～4帶入式（9），可以得到各施工工序的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值，土方工程1=2.903，支護(hù)工程2=3.397，降排水工程3=4.928，監(jiān)測(cè)工程4=4.314。

3.4　模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分析

1） 權(quán)重分析

從圖5可以看出，對(duì)于超大面積軟土基坑的施工風(fēng)險(xiǎn)而言，支護(hù)工程所占權(quán)重最大，為44.8%，土方工程所占權(quán)重次之，為39.0%，且二者權(quán)重之和超過80%，監(jiān)測(cè)工程所占權(quán)重最小。這表明土方工程和支護(hù)工程對(duì)項(xiàng)目的安全性影響最大，在項(xiàng)目進(jìn)行該工序的施工時(shí)，應(yīng)該給予足夠的重視。

圖5　一級(jí)指標(biāo)權(quán)重分布

從圖6（a）可以看出，對(duì)于土方工程的施工風(fēng)險(xiǎn)而言，坑邊堆載所占的權(quán)重最大，為32.2%，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重排序如下：坑邊堆載>坑底暴露時(shí)間>開挖尺寸>開挖次序>放坡坡度。這表明在土方工程進(jìn)行時(shí)，若出現(xiàn)坑邊堆載，或當(dāng)坑底暴露的時(shí)間過長(zhǎng)，將會(huì)對(duì)項(xiàng)目的安全性產(chǎn)生很大影響。

從圖6（b）可以看出，對(duì)于支護(hù)工程施工風(fēng)險(xiǎn)而言，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的插入深度所占權(quán)重為47.9%，接近一半，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重排序如下：圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入深度＞混凝土強(qiáng)度＞注漿鋼管斜撐的布置＞坑底加固＞混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間＞注漿方法。一般來說，圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入深度不足易造成墻體倒塌，引起墻后土體整體滑移破壞，影響惡劣；圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入深度過大則是一種浪費(fèi)，且在經(jīng)濟(jì)上也會(huì)有所損失，該結(jié)果符合工程的實(shí)際情況。在施工時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格按照?qǐng)D紙施工，將誤差控制在指定范圍之內(nèi)。

從圖6（c）可以看出，對(duì)于降排水工程的安全性而言，止水帷幕的設(shè)置所占權(quán)重最大，為66.5%，降水方法的選擇次之，為26.3%，排水溝集水井布置所占權(quán)重最小，為7.2%。在止水帷幕施工時(shí)，施工單位應(yīng)當(dāng)給予足夠的重視。

從圖6（d）可以看出，對(duì)于監(jiān)測(cè)工程而言，權(quán)重排序如下：監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的完備性＞監(jiān)測(cè)頻率＞監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置＞監(jiān)測(cè)警戒值的設(shè)置。施工單位應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照國(guó)家和地區(qū)的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)，并且對(duì)監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)的反饋，確?；拥陌踩诳煽胤秶畠?nèi)。

圖6　各二級(jí)指標(biāo)權(quán)重分布

將各級(jí)指標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)的權(quán)重按照權(quán)重值的大小排序，見圖7?？梢钥闯?，圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入深度對(duì)于基坑的安全性影響很大，其權(quán)重占比為0.214；坑邊堆載和坑底暴露時(shí)間對(duì)基坑也有一定的影響。在基坑工程進(jìn)行施工之前，應(yīng)該分別針對(duì)土方工程、支護(hù)工程、降排水工程和監(jiān)測(cè)工程等做好施工計(jì)劃方案，并針對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)因素做好相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。

圖7　各級(jí)指標(biāo)對(duì)于目標(biāo)的合成權(quán)重

2） 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分析

對(duì)于軟土超大面積基坑施工而言，其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值為=3.415，基坑總體的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)處于Ⅱ～Ⅲ級(jí)之間，見圖8。降排水工程和監(jiān)測(cè)工程的安全度較高，其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均處于Ⅰ～Ⅱ級(jí)之間；土方工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值為所有施工工序中的最低值，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)處于Ⅲ～Ⅳ級(jí)之間，相比之下較為危險(xiǎn)，說明土方工程在整個(gè)施工過程中風(fēng)險(xiǎn)最高，安全度最低，在施工時(shí)應(yīng)該引起足夠的重視。

圖8　各級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值

4 結(jié) 論

本文在已有的模糊綜合評(píng)價(jià)法基礎(chǔ)上，針對(duì)超大面積軟土基坑施工安全性的問題，引入層次分析法對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)價(jià)，并通過實(shí)例驗(yàn)證了模型的有效性。主要得出以下結(jié)論：

（1） 基于工程的特點(diǎn)和建設(shè)要求，考慮基坑開挖四個(gè)主要的施工步驟土方工程、支護(hù)工程、降排水工程和監(jiān)測(cè)工程，確定了影響超大面積軟土基坑施工安全性的主要因素，在此基礎(chǔ)上建立了超大面積軟土基坑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

（2） 針對(duì)傳統(tǒng)模糊綜合評(píng)價(jià)法中專家評(píng)價(jià)的主觀性，引入層次分析法確定各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，針對(duì)定量指標(biāo)和定性指標(biāo)，分別采用嶺形隸屬函數(shù)和三角隸屬函數(shù)確定指標(biāo)的隸屬度，建立了超大面積軟土基坑施工風(fēng)險(xiǎn)模糊層次綜合評(píng)價(jià)模型。

（3） 應(yīng)用所建立的模型針對(duì)軟土地區(qū)某一超大面積基坑施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重排序?yàn)椋褐ёo(hù)工程＞土方工程＞降排水工程＞監(jiān)測(cè)工程。該結(jié)果對(duì)同一地區(qū)類似工程的施工具有指導(dǎo)意義，同時(shí)也為類似工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供了參考。

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Risk Assessment Index and Comprehensive Evaluation Method for Construction of Super Large Excavation in Soft Soils

QINZiling1LIJingpei1，*YAOJianping2LILin1

（1.Department of Geotechnical Engineering， Tongji University， Shanghai 200092， China； 2.Shanghai Nanhui Construction Group Co. Ltd.， Shanghai 201399， China）

Recently， more and more super large excavations are emerging in soft soil areas. Compared with ordinary excavation， the risk and the control difficulty of super large excavation in soft soils are significantly increased. Therefore， risk assessment of super large excavation in soft soils has become an important topic. Based on the construction process of super large excavation in soft soils， potential risks are identified and then the weight of each risk is given by establishing judgment matrix by experts. The membership degrees of qualitative and quantitative indexes are determined by triangular membership function and ridge membership function， respectively， and a fuzzy AHP comprehensive evaluation method is proposed for super large excavation in soft soils finally. A case study on risk during construction of a super large excavation of Biomedicine Accelerator （Phase Ⅰ） Project in Shanghai International Medical Zone is performed based on the proposed model. The results show that the main risks of super large excavation during construction lie in the earthwork and supporting engineering. The proposed method provides an effective approach and theoretical basis for risk assessment and control during construction of super large excavation in soft soils， which has important theoretical and practical values.

super large excavation in soft soils， assessment index， AHP， fuzzy comprehensive evaluation， membership degree

2021-07-11

上海市浦東新區(qū)城建系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（PCKY202005）

覃子玲（1996-），女，碩士研究生。E-mail：1932328@#edu.cn

聯(lián)系作者：李鏡培（1963-），男，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)榛庸こ碳皫r土可靠度。E-mail：lijp2773@#edu.cn