李立云，梁湟琴，賈 雷

(1.北京工業(yè)大學建筑工程學院，北京 100124；2.北京地礦工程建設有限責任公司，北京 100016)

0 引言

隨著地下空間開發(fā)與利用強度的增大，許多基坑深度已經達到了十幾米，這些基坑的底面基本都處于地下水位以下。當基坑內外的水頭差較大時，容易產生管涌、流砂等破壞現(xiàn)象，甚至會引起坑壁傾斜等不穩(wěn)定的現(xiàn)象[1]。已有統(tǒng)計表明，由于地下水處理不當導致的工程事故占基坑工程事故總數(shù)的22%[2-4]。因此，降低基坑施工的風險，對基坑降水的風險進行研究十分必要。

隨著太原市城市建設的不斷加快，交通問題日益突出，擁擠的交通環(huán)境已經給社會經濟發(fā)展帶來了嚴重影響[5]。為了有效拓展城市發(fā)展空間、改善市民出行條件、緩解地面交通壓力，太原市的地鐵工程正式進入全面建設實施階段[6]。2號線沿線經過的地貌單元主要是汾河東岸漫灘及一級階地區(qū)，涉及的地層主要為人工填土，黏質粉土，粉質黏土，粉細砂，中砂等。地下水以第四系孔隙潛水為主，水位埋深1～8m?；由疃却笥?7m，其底面低于地下水埋深，容易出現(xiàn)滲透和破壞的現(xiàn)象。太原地區(qū)首次進行此種類型的深基坑施工，降水經驗較少，使得基坑降水風險大大提高，而且基坑工程的施工極易受到場地條件和氣候水文條件的限制，不確定因素更為突出，因此需要風險管理理論的科學指導。

本文針對太原地鐵2號線工程，建立基坑降水工程風險評價模型，設計調查問卷采集專家意見，利用基于灰色關聯(lián)模型改進型層次分析法[7]對基坑降水進行了風險綜合評價，通過組合權重的數(shù)值，確定降水工程的風險等級，以期為此工程及類似工程的安全施工提供技術參考。

1 工程概況及研究方法

1.1 工程概況

通達街站為太原市地鐵2號線中間車站，沿小店區(qū)人民南路北向展布，處于主干道人民南路與通達街交叉口處,起訖里程YCK8+927.4591～YCK9+148.2569，全長220.7978m，周邊建筑物較多且地下管線分布密集。該工程所在區(qū)域地貌單元屬太原盆地汾河漫灘平原，地面平坦，地下水類型總體上屬潛水類型。車站西側約2.3km處為汾河，每年3月和10月兩次放水對地下水位影響較大。車站主體為明挖地下兩層島式車站，交叉口處局部鋪蓋，標準段為單柱雙跨箱型框架結構，盾構加寬段為雙柱三跨箱型框架結構，總長231.8m，標準段總寬20.1m，總高13.39m，頂板覆土3.128～3.735m，中心里程處地面標高773.622m。車站主體基坑深約16.95m，局部(盾構井處)深度達18.68m。主體圍護結構采用鉆孔樁+攪拌樁止水帷幕+內支撐的形式，基底局部采用攪拌樁加固。場地位置圖見圖1。

圖1 通達街場地位置圖Fig.1 Location of Tongdajie Site

1.2 研究方法

層次分析法是由美國匹茲堡大學教授Satty于20世紀70年代提出的一種系統(tǒng)分析方法[8]，是一種定性兼定量的網絡系統(tǒng)權重分析法，對于多層次、多因素的風險評價十分有效，已廣泛應用于土木工程等領域[9—13]，但其兩兩比較局限性較為突出[7]。筆者將灰色關聯(lián)模型引入層次分析方法，提出了一種改進型層次分析法(Improved Analytic Hierarchy Process以下簡稱IAHP)[7]。改進原理如下：在灰色關聯(lián)模型評價過程中，選擇上一級總風險作為標準參考序列，建立全因素整體比較機制，擯棄兩兩比較環(huán)節(jié)?；诨疑P聯(lián)系數(shù)矩陣獲得一位專家對于總風險貢獻度的認知情況，通過標度轉換，借助層次分析法的一致性檢驗甄別打分序列的內部矛盾，同時回避了灰色關聯(lián)沒有測度的不足，使之更適用于復雜工程的風險評價[7]。本改進型層次分析方法具有如下優(yōu)勢：

(1)適用性。避免了兩兩比較的繁瑣以及一致性難以滿足的劣勢，增加了方法的適用性，更適用于復雜工程的風險評價。

(2)簡潔性。將復雜問題轉化為多層次、單目標的問題，之后只需進行簡單的數(shù)學計算就可以得到簡潔明了的結果。

(3)準確性?？梢韵魅鯁蝹€評價人的主觀性，提高風險評價準確度。

IAHP的基本流程如圖2所示，具體分析步驟如下：

(1)明確問題，建立遞階層次結構，其中包括目標層、準則層、方案層[14]。

(2)構造判斷矩陣并賦值。

(3)用灰色關聯(lián)模型將(2)中的矩陣進行轉換。

(4)進行層次單排序，并對層次單排序進行一致性檢驗，要求CR<0.1[15]。(CR為一致性比率，當CR<0.1時，認為該判斷矩陣滿足一致性。若一致性不滿足，可將其剔除，使之不影響評價結果)

(5)進行層次總排序，并對層次總排序進行一致性檢驗，要求CR<0.1[15]。

(6)根據(jù)結果進行分析，得出風險概率及損失等級，進而得出風險等級，最后給出具體的施工建議以降低工程風險。

圖2 改進型層次分析法流程圖Fig.2 Flowchart of IAHP

2 建立風險指標體系

工程風險指標體系是一個多因素、多步驟相結合的整體。對一個工程風險進行研究涉及到很多因素，主要包括工程技術風險、工程管理風險、社會經濟風險、政治社會風險、周邊環(huán)境風險、自然環(huán)境風險等因素，這些因素相互關聯(lián)，不能孤立某個因素來研究工程風險，所以必須將各個因素聯(lián)合研究，形成符合施工實際情況的完整系統(tǒng)，才能得出科學的風險管理體系。根據(jù)實際工程情況及其特有因素來構建指標體系，確定為三個層次，分為目標層、準則層、指標層。目標層為工程降水風險，準則層分為如下6個因素。

2.1 工程管理風險(B1)

這一準則層涉及到人的主觀因素，管理得當可以大大降低工程的風險，疏于管理則使得風險極大提高。將此因素歸納為四個分指標，分別是施工組織方案不合理(C1)、安全文明施工措施未落實(C2)、監(jiān)理對材料進場復查及工序檢查不仔細(C3)、管理、施工人員思想麻痹(C4)。

2.2 工程技術風險(B2)

該因素是施工的主要支撐點，將其歸納出8個分指標，分別是勘察設計存在缺陷和失誤(C5)、鉆孔樁質量存在缺陷(C6)、三軸攪拌樁質量存在缺陷(C7)、連續(xù)墻施工質量存在缺陷(C8)、土方施工不規(guī)范(C9)、降水井施工質量存在問題(C10)、降水運行發(fā)生故障(C11)、封井效果不理想(C12)。

2.3 政治社會風險(B3)

一些重大的政策改變往往會對工程有極大的影響，比如保護環(huán)境措施等，會影響到工程的施工方案及成本等因素。將此因素歸納為4個分指標，分為工人思想不穩(wěn)定(C13)、業(yè)主干預(C14)、法規(guī)、政策發(fā)生變化(C15)、與周邊單位發(fā)生矛盾(C16)。

2.4 自然環(huán)境風險(B4)

施工方案、施工工期是否合理，都要受到自然環(huán)境的影響。將此因素歸納為4個分指標，分為冬施應對不當影響施工質量(C17)、夏季高溫施工應對不當(C18)、春秋季大風施工應對不當(C19)、雨期、汾河放水期施工不當(C20)。

2.5 周邊環(huán)境風險(B5)

工程施工區(qū)域若是處于建筑物密集、地下管線密布的區(qū)域，往往會有影響周邊環(huán)境的風險，一旦周邊構筑物發(fā)生變形將會產生嚴重的影響，因此這一因素在施工風險中是必須考慮的。將此因素歸納為3個分指標，分為引起臨近建筑變形損壞(C21)、開挖造成管線破壞(C22)、開挖造成周圍主干道沉陷開裂(C23)。

2.6 社會經濟風險(B6)

經濟問題對工程施工有一定的影響，涉及到工程進度的快慢以及設備的成本等問題。將此因素歸納為3個分指標，分別為原材料、勞動力價格上漲(C24)、資金周轉不靈(C25)、預付款、進度款劃撥不及時(C26)。

3 降水施工風險分析

3.1 確定風險發(fā)生概率及損失權重

使用IAHP建立判斷矩陣，確定各層次的指標權重值(其中，判斷矩陣的建立是通過設計工程風險概率及損失的調查問卷，交給專家進行判斷和選擇，并對得出的結果進行合理處理)。將IAHP計算方法用Matlab編程對數(shù)據(jù)進行處理，得到體系各層的權重，研究工程風險損失等級與概率等級的計算方法相同，計算結果見表1～6。

3.2 確定施工風險等級

確定風險概率及損失等級后，將其進行組合，并依據(jù)《建設工程項目管理規(guī)范》(GB/T 50326—2006)[16]將工程風險等級由高到低劃分為5級。工程風險等級劃分結果見表1～6最后一列。

3.3 分析

由表1可知，概率等級很大的風險因素有：管理、施工人員思想麻痹；資金周轉不靈，付款、進度款劃撥不及時；法規(guī)、政策發(fā)生變化；引起臨近建筑變形損壞，開挖造成管線破壞，開挖造成周圍主干道沉陷破壞。綜合分析可得，工程技術風險發(fā)生概率較小，而對周邊環(huán)境產生危害這項指標風險較大，在施工過程中需要格外注意對周邊構筑物的保護以及控制基坑變形量。

表1 工程管理風險等級表

表2 工程技術風險等級表

表3 政治社會風險等級表

表4 自然環(huán)境風險等級表

表5 周邊環(huán)境風險等級表

表6 社會經濟風險等級表

由表2可知，風險損失很大的風險因素有：施工組織方案不合理，監(jiān)理對材料進場復查及工序檢查不仔細，管理、施工人員思想麻痹；原材料勞動力等價格上漲，資金周轉不靈，預付款、進度款劃撥不及時；開挖造成管線破壞，開挖造成周圍主干道沉陷破壞。綜合分析可得，施工技術風險及自然環(huán)境因素風險產生損失等級較低，施工管理不當、社會經濟因素、對周圍構筑物產生破壞這些指標造成的損失等級較高，因此為控制施工損失，要在這三個方面加強控制。

4 對策和建議

綜合分析可得，管理、施工人員思想麻痹，資金周轉不靈，預付款、進度款劃撥不及時，開挖造成管線破壞，開挖造成周圍主干道沉陷開裂這些風險因素發(fā)生等級較高。因此，需要加強安全意識培訓以及注意對周邊筑物的保護以及控制基坑變形量。根據(jù)上述分析提出以下具體對策和建議：

(1)工程技術風險控制。設計人員應在全面了解場地水文地質條件、基坑圍護結構特點及各工況條件的前提下進行降水設計；對于復雜工程，降水設計方案應通過具有豐富降水經驗的專家論證；降水井成井驗收要嚴格把控。

(2)工程管理風險控制。設計安全管理網絡，建立健全的安全管理制度及安全生產責任制，加強施工現(xiàn)場安全教育，對安全技術交底，對進場材料進行嚴格的監(jiān)督及記錄。

(3)社會經濟風險控制。合作雙方提前擬好款項合同，項目預留資金以備不時之需。

(4)政治社會風險控制。這一風險屬于社會風險，國家統(tǒng)一調控，當法律法規(guī)發(fā)生較大調整并且涉及到項目時，及時研讀相關政策及法律條文以修正項目方向與進展。

(5)周邊環(huán)境風險控制。對既有構筑物、管線進行工前調查，降水應選取對環(huán)境影響最小的方案進行實施，嚴格按“按需取水”的原則開啟、關閉井點，嚴格監(jiān)控周圍構筑物及管線的變形，對一些構筑物采取提前保護的措施，若無法避免周邊構筑物的巨幅沉降，則要采取局部回灌的方法以減少和控制降水對環(huán)境的影響。

(6)自然環(huán)境風險控制。及時掌握天氣動態(tài)，合理安排施工計劃；堅持防洪、防風值班制度。

本文基于灰色關聯(lián)模型的改進型層次分析法對通達街站的降水風險進行了分析。建立了完整的風險體系，對各風險發(fā)生概率及損失進行了計算，得出風險等級，根據(jù)風險等級給出具體的建議和措施以降低風險水平。此工作對于降低基坑降水的風險有著重要意義，也對太原地區(qū)地鐵施工風險管理有著指導意義。