隧道核心安全风险

4.2核心安全风险因素的可能性分析4.2.1隧道深基坑风险可能性模糊分析深基坑面临的风险包括没有认识到存在的风险和已经意识到风险，但是采取的措施没有能够预防风险。最大的风险是没有认识到的风险。基坑周边和基坑范围内的一切都可能构成基坑风险，如基坑范围的工程地质和水文地质条件地下管线地下构筑物周边建筑物周边道路车流等。另外，天气因素，如突降暴雨连续降雨等也可能构成基坑风险。风险防范周期深基坑工程的风险防范应从线网规划阶段到工程施工的全过程。前期规划阶段造成的风险是系统性的，会对一条或几条线路造成影响，带来的风险更高危害更大。例如，西安地铁线网规划中，线路应该注意绕避文物和避免斜交穿过地裂缝或与地裂缝带近距离平行!如果线网规划中不注意文物和地裂缝问题，将给下阶段设计带来系统性的风险，所以，在线网规划阶段，注意绕避大江大河重要构筑物铁路公路等，将风险防范关口前移，是线网规划中应注意的问题。风险防范的层次性地铁基坑的风险表现为一定的层次性，在规划阶段应注意防范系统性风险，初步设计阶段注意防范站位风险，施工图阶段注意防范个性风险。针对风险防范，每个阶段均要有重点有主次、线网规划阶段应注意使线位和站点避开不良地质带，高程上避免穿过不良地层!初步设计时针对工点分析地质管线构筑物周边房屋交通状况，合理布置站位，规避风险!施工图设计中，合理设置支撑体系，分层分段控制土方开挖，制定严密的监控量测方案，确保基坑安全。设计过程风险控制（1）建立因素集工作井基坑坍塌安全风险分析地质条件围护结构设计基坑开挖人员（管理）状况地质的变异性场区地质滑动断裂带地震饱和含水砂土层承压水其他不良地质现象人员素质人员经验人力资源配置施工管理体系施工安全体系施工组织设计基坑降水围护结构施工质量支撑的及时性开挖方法监控量测基坑安全等级围护结构形式支撑形式坑底加固形式图工作井基坑坍塌影响评判因素对于工作井基坑坍塌安全风险影响而言，每个因素都起到了或大或小的作用，但对于基坑坍塌风险发生的可能性研究而言，对每个因素的影响都进行分析是难以实现的，也是不必要的。因而本文选择最重要的、影响力较大的一些核心安全风险因素进行分析。根据《钱江……创新与实践》中，……本文选取四个影响因素，分别为地质条件、围护结构设计、基坑开挖、人员（管理）状况。建立因素集：{u1，u2，u3，u4}={地质条件，围护结构设计，基坑开挖，人员（管理）状况}，具体的工作井基坑坍塌风险影响的评判因素划分见图所示。然后进行因素等级划分，因素等级划分就是把风险因素按一定的风险度划分为若干个区间。一般来说，等级越高，风险度越大，风险发生的可能性就越大。划分的意义在于更有利于隶属度的确定，划分的方法可以建立在统计数据、理论分析及数值计算的基础上，如果缺少统计数据和理论计算，只能借助主观经验来划分。分别对u1j,u2j,u3j,u4j中的各因素划分为五个因素等级Ⅰ（好）、Ⅱ（较好）、Ⅲ（一般）、Ⅳ（较差）、Ⅴ（差）（2）建立评价集评价集是评价者对评价对象可能做出的各种总的评价结果所组成的集合，一般以程度语言或评定取值区间为评价目标。用模糊语言对基坑坍塌风险发生可能性这个评价目标进行分类表述，建立评价集：V={ν1,ν2,ν3,ν4,ν5}其中ν1表示几乎不发生，ν2为很少发生，ν3为偶尔发生，ν4为可能发生，ν5为频繁发生。式中各元素νj代表各种可能的总评判结果，模糊综合评价的目的，就是在综合考虑所有影响因素的基础上，从评价集中得出最佳的评价结果。建立因素等级评价矩阵第一个版本要确定单因素评价矩阵R,主要是建立因素集C={c1,c2,…cm}到评价集V={ν1,ν2,ν3,ν4,ν5}的模糊映射，也就是对于每个因素ci（i=1,2,…，m），确定隶属度与每个评价指标νj(j=1,2,…，n)的对应关系rij。若评价集为{很好，好，一般，较差，差}设有k个专家打分，对于因素c1，有d11人认为“几乎不发生”，有d12人认为“很少发生”,……有d1j人认为“频繁发生”，而11njjdk。则c1的单因素评价向量为R1=（11dk，12dk，…，1ndk）。以上可推广到其他因素，符号说明及表示如下：若dij（i=1,2，…，m，j=1,2，…，n）是评价第i项因素ci（i=1,2，…，m）为第j种等级νj（j=1,2，…，n）的票数，11njjdk（i=1,2，…，m）为专家组的人数。则：单因素评价矩阵R=111122212212nnmmmndddkkkdddkkkdddkkk第二个版本每一个因素等级对于评价集的评价指标都有一定影响，其影响程度可用隶属度函数表示，隶属度的确定在模糊数学理论中占有十分重要的地位，它的客观与否决定这评价结果的有效性。在上文中介绍了隶属度的确定方法，其中模糊统计法最为客观准确，但得到这些统计数据往往比较困难，因此在实际运用中多采用主观经验法或者典型函数指派法。由于影响因素不便量化分级，故而采用工程中常用的Karwowski等提出的隶属度函数（见表），各因素等级评价矩阵。R1=100000.70.30.70.100.30.51.00.30.10.10.850.70.70.500.950.20.90.8R2=0.900.2000.30.51.00.30.10.30.51.00.30.10.10.850.70.70.501.001.01.0（3）风险评估计算采用模糊层次分析法对基坑工程施工安全风险等级进行确定。首先需要确定各指标的权重。本文采用专家打分方法来获取各指标的权重值：设计调查问卷，邀请该领域相关专家对指标的重要程度进行两两比较并打分，通过平均值法计算获得了各指标的权重，调查问卷见表5.2。调查打分法是评价指标值的有效方法。本文设计了该基坑工程施工安全风险评价打分表。作者给该领域150名专家学者发放了该基坑工程施工安全风险评价打分表。最后，作者成功收集了46份基坑工程施工安全风险等级评价打分表。在与打分成员多次沟通的同时，作者对评价指标进行了进一步的修改和完善，以使评价指标更能反映基坑工程施工安全的实际情况。本文运用层次分析法确定基坑工程安全风险权重时，大体可分为六个步骤：1）建立基坑工程安全风险评价对象评价指标体系的树状图其各指标代号如表；一级指标二级指标地质条件U1地质的变异性U11场区地质滑动断裂带地震U12饱和含水砂土层承压水U13其他不良地质现象U14围护结构设计U2基坑安全等级U21围护结构形式U22支撑形式U23坑底加固形式U24基坑开挖U3基坑降水U31围护结构施工质量U32支撑的及时性U33开挖方法U34监控量测U35人员（管理）状况U4人员素质U41人员经验U42人力资源配置U43施工管理体系U44施工安全体系U45施工组织设计U462）设计专家调查表，本文向150名相关专家发放调查表，要求各专家按表5.2比较填写标度值，收回调查问卷46份；比较层次比较内容得分一级指标UiU1和Ui哪个重要U2和Ui哪个重要U3和Ui哪个重要U4和Ui哪个重要二级指标UijU11和U1j哪个重要…..Ui1和Uij哪个重要…..3）影响因素权重确定依据专家经验法及类似工程经验，采用标度法(表4-2)对各级因子对上一级目标的相对重要性进行两两比较，构造出判断矩阵（见下表），然后计算出最大特征值，以及对应的向量（单排序权重），最后进行一致性检验。以求一级指标U1,U2,U3,U4对总指标权重为例，详细直观的写出层次分析法求出一级指标的权重，并经过一致性检验。算法如下：U1U2U3U41niijjManiiwMiw1nijjjiawnWU111/41/31/20.04170.45180.09801.002U241221620.43401.015U331/21231.31610.28561.017U421/21/210.50.84090.18241.0124）判断矩阵的一致性检验一致性检验是检查评估专家在判断过程中思维是否保持一致，对上述判断矩阵求解特征值，然后进行一致性检验。在Ui矩阵中求出max，根据公式...CICRRI判断矩阵的一致性。其中max.1nCIn，.RI按照表4-3取值。由表可知：1nijjnjmaxiiawnW=1.002+1.015+1.017+1.012=4.046max4.0464.0.0153141nCIn由.RI为0.9，计算：.0.0153.0.0170.1.0.9CICRRI因此，满足一次性检验。由此可得出一级指标权重如下表。表Ui一级指标权重上一层次元素类指标一级判断矩阵单排序权重iw一致性计算U1U2U3U4总目标（风险系数）地质条件U111/41/31/20.0980λmax=4.046C.R.=0.017＜0.1围护结构设计U241220.4340基坑开挖U331/2120.2856人员管理状况U421/21/210.1824同理可根据U1-U1i,U2-U2i,U3-U3i,U4-U4i各二级指标对上一级目标的相对重要性进行两两比较得出的判断矩阵，算出个二级指标的单排序权重值，并需经过一致性检验。U1-U1i,U2-U2i,U3-U3i,U4-U4i判断矩阵求出的二级指标权重如表~表表U1i二级指标的单排序权重上一层次元素判断矩阵单排序权重1iw一致性计算U11U12U13U14U15U16地质条件U1111/221/41/410.0820λmax=6.051C.R.=0.0082＜0.1U122131/21/210.1393U131/21/311/71/71/20.0450U144271140.3208U154271140.3208U161121/41/410.0921表U2i二级指标的单排序权重上一层次元素判断矩阵单排序权重2iw一致性计算U21U22U23U24围护结构设计U2111/31/31/20.1089λmax=4.010C.R.=0.0038＜0.1U2231120.3512U2331120.3512U2421/21/210.1887表U3i二级指标的单排序权重上一层次元素判断矩阵单排序权重3iw一致性计算U31U32U33U34U35基坑开挖U31141350.3844λmax=5.314C.R.=0.070＜0.1U321/4111/210.1118U33111340.2786U341/321/3120.1441U351/511/41/210.0811表U4i二级指标的单排序权重上一层次元素判断矩阵单排序权重4iw一致性计算U41U42U43U44U45U46人员管理状况U411323460.3751λmax=6.144C.R.=0.0232＜0.1U421/311/21/2220.1136U431/2212340.2317U441/321/21130.1364U451/41/21/31120.0901U461/61/21/41/31/210.0531经过计算分别得出了一级指标U1,U2,U3,U4对总目标权重，二级指标U1i，U2i，U3i，U4i对相应上一级目标U1,U2,U3,U4的权重。见下表。表隧道工作井坍塌风险影响判断各因子权重值一级指标权重值二级指标权重值地质条件0.0980地质的变异性0.0820场区地质滑动断裂带0.1393地震0.0450饱和含水砂土层0.3208承压水0.3208其他不良地质现象0.0921围护结构设计0.4340基坑安全等级0.1089围护结构形式0.3512支撑形式0.3512坑底加固形式0.1887基坑开挖0.2856基坑降水0.3844围护结构施工质量0.1118支撑的及时性0.2786开挖方法0.1441监控量测0.0811人员（管理）状况0.1824人员素质0.3751人员经验0.1136人力资源配置0.2317施工管理体系0.1364施工安全体系0.0901施工组织设计0.0531（4）模糊