郭宏斌, 宋戰(zhàn)平, *, 孟 晨, 王軍保, 3, 劉乃飛, 3, 郭德賽

(1. 西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院, 陜西 西安 710055; 2. 陜西省引漢濟(jì)渭工程建設(shè)有限公司, 陜西 西安 710055; 3. 陜西省巖土與地下空間工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710055; 4. 湖南大學(xué)土木工程學(xué)院, 湖南 長沙 410082)

0 引言

盾構(gòu)因其自動(dòng)化程度高、施工效率高、能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜施工環(huán)境等優(yōu)勢(shì),在隧道施工中被廣泛采用。但盾構(gòu)法施工存在施工難度大、機(jī)械裝備不易掌握、施工環(huán)境復(fù)雜多變等特點(diǎn),因此對(duì)工程和施工人員存在潛在的安全隱患[1]。盾構(gòu)施工活動(dòng)的隨機(jī)性和模糊性的特點(diǎn)導(dǎo)致用于盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)不完全、不準(zhǔn)確以及施工風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)不易量化。對(duì)盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行合理的評(píng)估,不僅能夠確保城市地鐵的施工進(jìn)度、質(zhì)量和安全,而且還能為地鐵盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)管理提供科學(xué)依據(jù)。

Einstein[2]在地下工程領(lǐng)域建設(shè)中首次應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)管理理念后,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法就在隧道和地下工程領(lǐng)域迅速發(fā)展起來。Hillson等[3]首次將工作分解結(jié)構(gòu)和風(fēng)險(xiǎn)分解結(jié)構(gòu)結(jié)合,通過底層因子的相互耦合,構(gòu)建WBS-RBS風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)耦合矩陣,突出施工風(fēng)險(xiǎn)因素,建立工程項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系。Hamidi等[4]針對(duì)各種不良地質(zhì)條件下的施工項(xiàng)目,運(yùn)用FAHP進(jìn)行盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。Hasanpour等[5]利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和貝葉斯網(wǎng)絡(luò),以隧道數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),通過數(shù)值模擬預(yù)測(cè)地面特性和機(jī)器參數(shù)的接觸壓力。Wu等[6]結(jié)合常規(guī)云模型與熵權(quán)法提出水下盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估新模型,此模型能夠準(zhǔn)確評(píng)價(jià)水下隧道施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。宋戰(zhàn)平等[7]運(yùn)用模糊層次分析法評(píng)估了TBM施工時(shí)影響安全的風(fēng)險(xiǎn)因素,并確定了深圳地鐵羊臺(tái)山隧道的施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。Meng等[8]利用基于云模型和模糊層次分析法的盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法分析了溶巖地層盾構(gòu)開挖的風(fēng)險(xiǎn)。Zhang等[9]應(yīng)用模糊層次分析法綜合評(píng)價(jià)模型,引入指數(shù)尺度表征權(quán)重集,并以南京長江隧道盾構(gòu)施工工程為例,驗(yàn)證了模型和程序的可行性、有效性。Wang等[10]在傳統(tǒng)評(píng)價(jià)模型的基礎(chǔ)上,引入積分法計(jì)算區(qū)間單指標(biāo)屬性測(cè)度,將其應(yīng)用于端家塢隧道右側(cè)盾構(gòu)施工工程,證明了該方法的科學(xué)性和可行性。陳國權(quán)[11]將隸屬度理論應(yīng)用于模糊綜合評(píng)價(jià),創(chuàng)造性地提出一種適用于各種不確定性問題的模糊層次分析方法。王祥等[12]針對(duì)貴陽市軌道交通3號(hào)線溶巖隧道運(yùn)用層次分析法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,針對(duì)不良地質(zhì)隧道提出有針對(duì)性的安全控制措施,確保隧道施工安全順利。通過以上研究可以發(fā)現(xiàn): 相關(guān)學(xué)者和專家常常采用模糊層次分析法對(duì)盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià),解決了盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的模糊性、隨機(jī)性問題。但傳統(tǒng)的模糊綜合評(píng)價(jià)常采用線性算子計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的非線性問題難以解決。

本文將非線性算子引入到傳統(tǒng)線性FAHP用于解決盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中突出影響因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響;同時(shí)利用工作分解結(jié)構(gòu)法和風(fēng)險(xiǎn)分解結(jié)構(gòu)法來彌補(bǔ)專家評(píng)價(jià)中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)遺漏和識(shí)別不全面等問題;最后,將構(gòu)建的基于組合賦權(quán)-非線性FAHP的盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)新模型應(yīng)用到貴陽市軌道交通3號(hào)線1期工程桐木嶺站—桃花寨站盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)中,驗(yàn)證新模型的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

1 構(gòu)建WBS-RBS法的盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)

1.1 工程概況

貴陽市軌道交通3號(hào)線1期工程桐木嶺站—桃花寨站盾構(gòu)施工段地質(zhì)情況復(fù)雜,隧道圍巖大多為灰?guī)r、白云巖等可溶性巖。區(qū)內(nèi)巖層產(chǎn)狀普遍為20°～50°,巖層分布總體呈硬夾軟現(xiàn)象,巖性不均一,節(jié)理裂隙和斷裂帶發(fā)育。此地屬于溶蝕類型的丘峰谷地地貌,線路范圍內(nèi)不良地質(zhì)有巖溶、巖層破碎帶、紅黏土、順層等,且沿線地下水情況復(fù)雜,有上層滯水、潛水和承壓水。根據(jù)勘察資料顯示,場(chǎng)地承壓水水位埋深為0.5～27.5 m,平均水位埋深為7.14 m,相應(yīng)水位標(biāo)高為1 003.86～1 126.77 m,平均水位標(biāo)高為1 095.67 m。此工程選用2臺(tái)復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)施工,直徑為6 450 mm,最大工作壓力為0.5 MPa。額定轉(zhuǎn)矩為5 538 kN·m,脫困轉(zhuǎn)矩為6 621 kN·m。桐木嶺站—桃花寨站區(qū)間地理位置示意如圖1所示。

1.2 構(gòu)建盾構(gòu)施工的工作分解結(jié)構(gòu)

為確定盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)的影響因素,對(duì)盾構(gòu)隧道施工過程的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。工作分解結(jié)構(gòu)(WBS)指構(gòu)建盾構(gòu)施工的整體層級(jí)結(jié)構(gòu)。風(fēng)險(xiǎn)分解結(jié)構(gòu)(RBS)是指將盾構(gòu)施工過程中可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)源分解成二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素,直至風(fēng)險(xiǎn)因素可以忽略[13]。

為確保盾構(gòu)施工重要風(fēng)險(xiǎn)要素突出,結(jié)合專家意見和WBS原則,將盾構(gòu)施工(W)的流程進(jìn)行2級(jí)工作分解。一級(jí)指標(biāo)包括盾構(gòu)施工準(zhǔn)備(W1)、盾構(gòu)施工過程(W2)和盾構(gòu)附屬設(shè)備施工(W3)3個(gè)階段。舍棄盾構(gòu)施工過程中重要性不足的施工工序,將一級(jí)施工指標(biāo)分解得到二級(jí)施工的因子層。最終得到的盾構(gòu)施工分解結(jié)構(gòu)見表1。

表1 盾構(gòu)施工工作分解結(jié)構(gòu)表

1.3 構(gòu)建盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)源分解結(jié)構(gòu)

根據(jù)貴陽市軌道交通3號(hào)線1期工程桐木嶺站—桃花寨站盾構(gòu)段施工風(fēng)險(xiǎn),參考《盾構(gòu)施工技術(shù)》[14]和《盾構(gòu)法隧道施工及驗(yàn)收規(guī)范》[15]選取施工風(fēng)險(xiǎn)源,最后結(jié)合專家意見,針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況保留對(duì)施工影響較大的風(fēng)險(xiǎn)因素。參考工作分解結(jié)構(gòu)根據(jù)RBS原則將風(fēng)險(xiǎn)源分為2級(jí)結(jié)構(gòu)。

一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)包括地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)源(R1)、周圍環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源(R2)、施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)源(R3)、人員風(fēng)險(xiǎn)源(R4)4類。結(jié)合地質(zhì)情況、周圍環(huán)境、施工技術(shù)和人為因素,將一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)分解為14個(gè)二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)源分解結(jié)構(gòu)如表2所示。

表2 盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)源分解結(jié)構(gòu)表

1.4 構(gòu)建盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)耦合矩陣

基于盾構(gòu)施工的工作分解結(jié)構(gòu)和風(fēng)險(xiǎn)源分解結(jié)構(gòu),耦合二者的因子層,得到盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)耦合矩陣(見表3)。

由表3分析可得,盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別耦合矩陣風(fēng)險(xiǎn)分類如下。1)W11R11、W11R14、W11R31、W11R41: 土體滲漏、坍塌。2)W12R12、W12R31、W12R41、W12R42: 盾構(gòu)附件影響。3)W13R31、W13R32、W13R41、W13R42、W21R11、W21R21、W21R22、W21R41: 盾構(gòu)組裝調(diào)試失敗。4)W14R11、W14R21、W14R22、W14R23: 盾構(gòu)線路受阻。5)W22R11、W22R21、W22R41: 盾構(gòu)掘進(jìn)模式選擇錯(cuò)誤。6)W23R11、W23R14、W23R21、W23R22、W23R32: 盾構(gòu)開挖掘進(jìn)受阻。7)W24R32、W24R41、W24R42: 盾構(gòu)刀具損壞。8)W25R11、W25R14、W25R21、W25R22、W25R33、W25R34: 隧道管片拼裝受阻。9)W25R11、W25R22、W26R11、W26R22、W26R33、W26R41: 襯砌滲漏。10)W27R14、W27R22、W27R43: 出渣不連續(xù)。11)W31R14、W31R22、W31R43: 材料運(yùn)輸受阻。12)W32R22、W32R41、W32R43: 配套設(shè)備影響。13)W33R22、W33R43: 給排水系統(tǒng)破壞。14)W34R14、W34R23、W34R34、W34R43: 泥漿處理困難。15)W21R22、W22R22: 地下管線破壞。

1.5 構(gòu)建盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系

根據(jù)盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)耦合矩陣,結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)和專家意見對(duì)盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)歸類整理。盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系如表4所示。

表3 盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)耦合矩陣

表4 盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系

2 盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.1 模糊關(guān)系矩陣構(gòu)建

2.1.1 總體方案設(shè)計(jì)

通過WBS-RBS法建立盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)因素集。因素集分為2級(jí),其一級(jí)指標(biāo)層風(fēng)險(xiǎn)因素集為Q={Q1,Q2,Q3,Q4};二級(jí)因子層風(fēng)險(xiǎn)因素集為Q1={q11,q12,q13},Q2={q21,q22,q23},Q3={q31,q32,q33,q34,q35,q36},Q4={q41,q42,q43}。

2.1.2 構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)語集

根據(jù)GB/T 50326—2006《建設(shè)工程項(xiàng)目管理規(guī)范》[16]建立盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)語集。盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)語集等級(jí)由低到高分為5級(jí):L={l1,l2,l3,l4,l5}={低,較低,中等,較高,高}。

2.1.3 隸屬度向量構(gòu)建

隸屬度函數(shù)的確定是施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要環(huán)節(jié),目前大多采用的方法是典型函數(shù)法,其方法是結(jié)合工程實(shí)際和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)選擇現(xiàn)有的分布函數(shù)作為模糊綜合評(píng)判的隸屬函數(shù),常用的工程函數(shù)有正態(tài)函數(shù)、嶺性函數(shù)、三角分布函數(shù)、梯形函數(shù)等。

結(jié)合貴陽軌道交通盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn),本文采用盾構(gòu)施工中常用的三角函數(shù)構(gòu)建盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的隸屬度向量[17]。對(duì)二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)分得到其各個(gè)對(duì)應(yīng)的評(píng)分值S,確定S值后代入式(1)—(5),計(jì)算得到隸屬度函數(shù)。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中:S為二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)分值;μ為隸屬度值。

2.1.4 模糊關(guān)系矩陣構(gòu)建

采用專家評(píng)價(jià)法構(gòu)建盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的隸屬度向量。根據(jù)隸屬度向量得到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)語集與因素集之間的模糊關(guān)系矩陣

(6)

式中eij為第i個(gè)盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)第j級(jí)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的隸屬度,0≤eij≤1。

2.2 確定權(quán)重向量

2.2.1 層次分析法確定主觀權(quán)重

標(biāo)度是對(duì)評(píng)判者的定性判斷進(jìn)行定量化的一種計(jì)算尺度,反映了評(píng)判者的判斷意識(shí)表現(xiàn)。標(biāo)度使用一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)值賦予每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素重要程度的定性表現(xiàn),更重要的是其定量值應(yīng)該符合各個(gè)定性指標(biāo)之間所表現(xiàn)的重要程度的相互關(guān)系。

1)采用1—9標(biāo)度[17]判別指標(biāo)層Q1—Q4這4類風(fēng)險(xiǎn)的影響程度,得到初始判斷矩陣

B=(bij)n×n。

(7)

式中:bij為判斷矩陣B的第i行、第j列元素;n為矩陣階數(shù)。

由1—9標(biāo)度構(gòu)建的盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣如表5所示。

2)權(quán)重向量計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

根據(jù)式(8)計(jì)算判斷矩陣的λmax及M:

Bn×n·M=λmax·M。

(8)

式中:Bn×n為n階判斷矩陣;λmax為其對(duì)應(yīng)的最大特征值;M為λmax對(duì)應(yīng)的特征向量。

表5 盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)判斷矩陣

由于判斷矩陣包含主觀因素,為保持相對(duì)的一致性,需對(duì)其進(jìn)行一致性檢驗(yàn),步驟如下:

1)計(jì)算一致性指標(biāo)(CI)。

(9)

2)根據(jù)矩陣階數(shù)n,計(jì)算平均隨機(jī)一致性指標(biāo)(RI)。RI對(duì)照表如表6所示。

表6 RI對(duì)照表

3)一致性比例(CR)計(jì)算。

(10)

當(dāng)CR<0.10時(shí),說明構(gòu)建的判斷矩陣的一致性很好。

2.2.2 變異系數(shù)法確定客觀權(quán)重

變異系數(shù)法[18]是一種客觀賦權(quán)法,變異系數(shù)可以對(duì)專家打分中的主觀因素進(jìn)行修正。利用變異系數(shù)法標(biāo)準(zhǔn)取值差異越大指標(biāo)更有價(jià)值,評(píng)價(jià)體系差距越明顯。其計(jì)算過程如式(11)所示。

(11)

客觀權(quán)重

(12)

2.2.3 乘法集成法計(jì)算綜合權(quán)重

通過乘法集成法將計(jì)算得到的主觀權(quán)重和客觀權(quán)重進(jìn)行綜合計(jì)算,得到盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的組合權(quán)重。乘法集成法綜合考慮了各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)間的固有信息,可以使主、客觀權(quán)重達(dá)到內(nèi)在統(tǒng)一,確保各權(quán)重之間偏差降到最低。既能反映決策者對(duì)指標(biāo)屬性的重視程度,又能減少賦權(quán)的主觀隨意性,使決策結(jié)果科學(xué)合理[19-21]。組合權(quán)重

(13)

2.3 非線性模糊綜合評(píng)判

相比于線性算子計(jì)算盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),有些重要性指標(biāo)可能被弱化,線性算子中所有風(fēng)險(xiǎn)因素的重要性都相同,導(dǎo)致突出風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)施工安全的影響弱化,最終會(huì)影響評(píng)判結(jié)果的準(zhǔn)確性。

非線性計(jì)算方法利用不同的指數(shù)表示不同風(fēng)險(xiǎn)因素的重要性程度,更符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,既能突出重要風(fēng)險(xiǎn)的影響程度,又能減少非重要因素的影響程度。同時(shí),非線性模糊層次分析法更能體現(xiàn)盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)突出影響因素的不確定性和模糊性情況,非線性模糊矩陣合成算子

(14)

表7 突出影響系數(shù)取值標(biāo)準(zhǔn)

得到各級(jí)突出影響系數(shù)后,運(yùn)用非線性算子對(duì)處理后的模糊判斷矩陣進(jìn)行合成。

由于非線性模糊矩陣評(píng)判矩陣Eij≥1,但隸屬度取值介于[0,1],故應(yīng)用式(15)對(duì)原模糊評(píng)判矩陣進(jìn)行轉(zhuǎn)換:

Eij′=10×Eij。

(15)

式中:Eij′為轉(zhuǎn)換后非線性模糊評(píng)判矩陣的值;Eij為原始模糊評(píng)價(jià)矩陣的值。

3 工程實(shí)例計(jì)算

3.1 權(quán)重計(jì)算

結(jié)合專家意見及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,將收集的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行量化得到風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)層,再將指標(biāo)層根據(jù)地質(zhì)因素進(jìn)行量化,得到風(fēng)險(xiǎn)因子層(見表2)。

3.1.1 計(jì)算主觀權(quán)重

根據(jù)建立的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系,對(duì)同一層的評(píng)價(jià)因子兩兩比較得到盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的判斷矩陣,求解得到判斷矩陣的最大特征值及其對(duì)應(yīng)的特征向量,通過一致性檢驗(yàn)后進(jìn)行歸一化處理,得到貴陽市軌道交通3號(hào)線1期工程桐木嶺站—桃花寨站盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中各個(gè)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的主觀權(quán)重。盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重如表8所示。

表8 盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

3.1.2 計(jì)算客觀權(quán)重

根據(jù)專家的問卷調(diào)查,采用10分制對(duì)4個(gè)指標(biāo)層、15個(gè)因子層進(jìn)行打分,再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。將處理后的數(shù)據(jù)代入式(11)和式(12)進(jìn)行計(jì)算,可得到指標(biāo)層和因子層的變異系數(shù)組成的客觀權(quán)重(見表8)。

3.1.3 乘法集成法計(jì)算組合權(quán)重

按照乘法集成法將計(jì)算得到的主、客觀權(quán)重進(jìn)行計(jì)算得到組合權(quán)重。根據(jù)式(13)計(jì)算得到盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的組合權(quán)重見表8。

由表8可知: 1)指標(biāo)層組合權(quán)重M=[0.224 9,0.486 5,0.256 1,0.032 5]; 2)根據(jù)指標(biāo)層劃分的因子層的權(quán)重為地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)M1=[0.564 3,0.081 1,0.354 5],周圍環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)M2=[0.552 2,0.392 6,0.055 1],設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)為M3=[0.196 0,0.179 8,0.088 7,0.042 5,0.333 1,0.159 9],隧道自身風(fēng)險(xiǎn)M4=[0.483 6,0.405 0,0.111 5]。

根據(jù)計(jì)算得到的權(quán)重可知,周圍環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是該工程施工的最大風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,采取合理有效的措施處理重要風(fēng)險(xiǎn)因素。

3.2 隸屬度計(jì)算

確定二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素的評(píng)分值S和隸屬度值,結(jié)合貴陽市軌道交通3號(hào)線桐木嶺站—桃花寨站盾構(gòu)施工實(shí)際情況,對(duì)二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)分得到其各個(gè)對(duì)應(yīng)的評(píng)分值S,具體如表9所示。根據(jù)表9,將所得到的S值代入式(1)—(5),計(jì)算得隸屬度值μ。如:q12的評(píng)分值S為105,代入隸屬度函數(shù)式(1)和式(2)可得:

即q12對(duì)l2的風(fēng)險(xiǎn)隸屬度為0.25,對(duì)l3的風(fēng)險(xiǎn)隸屬度為0.75。同理可得其他所有二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素隸屬度,如表10所示。

表9 二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分值

表10 風(fēng)險(xiǎn)因素隸屬度取值表

根據(jù)表10得到的貴陽市軌道交通3號(hào)線1期工程桐木嶺站—桃花寨站盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)因素隸屬度,按照一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素所對(duì)應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)分別構(gòu)建單因素評(píng)判矩陣;通過式(15)將矩陣經(jīng)過轉(zhuǎn)換后得到的非線性模糊評(píng)判矩陣如式(16)—(19)所示。

(16)

(17)

(18)

(19)

3.3 確定風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)突出影響系數(shù)

基于貴陽市軌道交通3號(hào)線1期工程桐木嶺站—桃花寨站盾構(gòu)施工的實(shí)際情況結(jié)合專家意見,得到一、二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素突出影響系數(shù)(見表11和表12)。根據(jù)表12得到E1—E4所對(duì)應(yīng)的突出影響系數(shù)向量如式(20)所示。

表11 一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素突出影響系數(shù)

(20)

表12 二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素突出影響系數(shù)

3.4 一級(jí)非線性模糊綜合評(píng)判

將M1—M4、E1—E4、γ1—γ4代入式(14)計(jì)算,得到二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)判結(jié)果向量N1—N4,計(jì)算過程如下: 將λ1=[4.0,2.0,1.0],λ=max(4.0,2.0, 1.0)=4.0代入式(14)可得:

(21)

將計(jì)算得到的N1進(jìn)行歸一化處理,得到貴陽市軌道交通3號(hào)線1期工程桐木嶺站—桃花寨站盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中一級(jí)非線性模糊綜合評(píng)判結(jié)果向量

N1=[0,0.158 6,0.841 4,0,0]。

(22)

同理,利用上述方法得到其余二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)應(yīng)的評(píng)判結(jié)果為

(23)

3.5 二級(jí)非線性模糊綜合評(píng)判

將N1—N4作為新元素來構(gòu)建二級(jí)非線性模糊綜合評(píng)判矩陣S=[N1N2N3N4]T,將S轉(zhuǎn)換成能夠進(jìn)行非線性模糊評(píng)判計(jì)算的二級(jí)非線性模糊綜合評(píng)判矩陣

(24)

由表11得到的一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素所對(duì)應(yīng)的突出影響系數(shù)向量γ=[4.0,3.0,2.0,1.0],得到一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素組合權(quán)重

M=[0.173 9,0.519 0,0.258 6,0.048 5]。

(25)

將以上結(jié)果代入式(14)進(jìn)行計(jì)算,得到一級(jí)非線性模糊綜合評(píng)判結(jié)果向量

N=f(M,S′,γ)=[0,1.040,5.445,3.099,1.942]。

(26)

對(duì)N進(jìn)行歸一化處理,得到貴陽市軌道交通3號(hào)線1期工程桐木嶺站—桃花寨站盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中一級(jí)非線性模糊綜合評(píng)判結(jié)果向量

N=[0,0.090,0.472,0.269,0.168]。

(27)

向量N即為總風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)價(jià)向量。由最大隸屬度原則,對(duì)貴陽市軌道交通3號(hào)線1期工程桐木嶺站—桃花寨站盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。由模糊綜合評(píng)判向量判斷,該項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為3級(jí),評(píng)語為中等風(fēng)險(xiǎn)。說明盾構(gòu)施工的總體風(fēng)險(xiǎn)處于中等水平,只要保證施工質(zhì)量合格,管理有序,則該項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)可控?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際得出的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)如下: 總區(qū)間自身風(fēng)險(xiǎn)為3級(jí),周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)為3級(jí),地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)為3級(jí)。本文計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況一致,評(píng)價(jià)結(jié)果與事實(shí)相符,說明新模型的準(zhǔn)確性。

4 討論及處理措施

為驗(yàn)證非線性算子在新模型風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程中的有效性,采用基于組合賦權(quán)法的FAHP對(duì)貴陽市軌道交通3號(hào)線1期工程桐木嶺站—桃花寨站盾構(gòu)施工段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算。突出影響系數(shù)取值均為1,即γi=1。最終得到的模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果向量

N′=[0,0.034 4,0.400 6,0.366 6,0.198 5]。

(28)

新模型風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)為3級(jí),中等風(fēng)險(xiǎn)。采用基于線性組合賦權(quán)法FAHP綜合評(píng)判盾構(gòu)施工的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為3級(jí),屬于中等風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)通過對(duì)比結(jié)果向量N和N′也可看出,二者風(fēng)險(xiǎn)數(shù)值較為接近,但新模型更為準(zhǔn)確,因?yàn)橐肓送怀鲇绊懸蜃右约斑M(jìn)行了組合賦權(quán),所以新模型的評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)更高。此風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)與貴陽市軌道交通3號(hào)線1期工程桐木嶺站—桃花寨站實(shí)際施工情況更為符合,評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際相符,說明該模型的準(zhǔn)確性。

針對(duì)以上風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果,采取以下施工措施降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性: 應(yīng)及時(shí)清理材料運(yùn)輸線路,組織人員定時(shí)定點(diǎn)清理盾構(gòu)掘進(jìn)障礙、開挖前期著重處理給排水管道、疏通排水路線、檢查供水管道,做好坑內(nèi)外排水溝、及時(shí)抽排積水井,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。定期組織人員對(duì)地下管線進(jìn)行安全排查,及時(shí)更換破損管線,安全生產(chǎn)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)為3級(jí),因?yàn)榇斯こ添?xiàng)目隧道埋深變化較大,部分位置屬于淺埋區(qū)域,應(yīng)盡量控制施工擾動(dòng),減少對(duì)周邊環(huán)境的影響;及時(shí)檢查隧道狀況,發(fā)現(xiàn)滲漏坍塌及時(shí)清理、補(bǔ)漏;泥漿應(yīng)及時(shí)運(yùn)輸,檢修相關(guān)設(shè)備等。做到出現(xiàn)問題隨時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施,保證供排通暢。

針對(duì)總區(qū)間自身風(fēng)險(xiǎn)3級(jí)情況,除做好周邊環(huán)境和地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的緊急預(yù)案外,還要提高施工人員、管理人員生產(chǎn)安全意識(shí),嚴(yán)格落實(shí)生產(chǎn)安全規(guī)章制度。設(shè)立專門管理機(jī)構(gòu)加強(qiáng)管理施工過程中的重要風(fēng)險(xiǎn)因素,把責(zé)任落實(shí)到個(gè)人,超前預(yù)警預(yù)報(bào),構(gòu)建動(dòng)態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)管理體系。

根據(jù)以上風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)警示,對(duì)貴陽市軌道交通3號(hào)線1期工程桐木嶺站—桃花寨站盾構(gòu)施工方案進(jìn)行改進(jìn)后,在施工過程中并未出現(xiàn)事故。這表明,基于非線性FAPH的盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的評(píng)價(jià)結(jié)果所做出的改進(jìn)是有效的,進(jìn)一步說明新模型的合理性、有效性。

5 結(jié)論與討論

1)采用WBS-RBS法對(duì)盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,得到科學(xué)合理的盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,保證在風(fēng)險(xiǎn)因素辨識(shí)過程中沒有重要因素被遺漏,使風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、指標(biāo)集的構(gòu)建合理有效,貼近實(shí)際。

2)采用層次分析法計(jì)算得到主觀權(quán)重,采用變異系數(shù)法計(jì)算得到客觀權(quán)重,最后通過乘法集成法將主、客觀權(quán)重結(jié)合得到組合權(quán)重,減少了主觀隨意性,提高了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重客觀性,使評(píng)價(jià)結(jié)果更加符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

3)使用非線性算子構(gòu)建了基于組合賦權(quán)-非線性FAHP的盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)新模型,可以有效地改進(jìn)模糊層次分析法使用線性算子計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)造成某些突出風(fēng)險(xiǎn)因素的影響被弱化、引起最終評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性降低的問題。

4)將構(gòu)建的新模型應(yīng)用到貴陽市軌道交通3號(hào)線1期工程桐木嶺站—桃花寨站盾構(gòu)施工段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),并針對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)盾構(gòu)施工方案進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明,在盾構(gòu)實(shí)際施工過程中并未發(fā)生事故,進(jìn)一步說明了新模型在盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

5)組合賦權(quán)-非線性FAHP的盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)能夠突出重要風(fēng)險(xiǎn)因子在施工階段中的影響。施工人員可根據(jù)不同風(fēng)險(xiǎn)因子的影響力在施工中采取相應(yīng)的技術(shù)措施對(duì)可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行規(guī)避,此方法對(duì)工程實(shí)踐具有重要意義。