基于AHP的地下工程基坑開挖風(fēng)險評價
——以杭州艮山東路地下管廊工程為例

侯文麗 徐 港

（三亞學(xué)院，海南 三亞 572022）

基坑工程由地質(zhì)勘探、圍護(hù)或放坡、基坑開挖等過程組成?；娱_挖這一過程是基坑施工過程中的一個重要環(huán)節(jié)。在基坑開挖以前，要根據(jù)已有的地質(zhì)資料，以及工地周邊的環(huán)境，對工程進(jìn)行地質(zhì)勘探，結(jié)合勘探結(jié)果給出開挖方案。開挖方式根據(jù)基坑開挖的深度而定，開挖不深的可以采取放坡的方法進(jìn)行施工，開挖較深的要采取基坑壁支護(hù)的方法進(jìn)行施工。放坡時，為了保障土坡的穩(wěn)定性，需要根據(jù)施工現(xiàn)場的時間情況以及施工規(guī)定來確定放坡坡度的大小。但是基坑工程地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，城市中大量的建筑使得基坑旁會有各種重要建筑緊鄰。因此，必須要在保證基坑的身強(qiáng)度等重要條件的基礎(chǔ)下，對基坑周邊建筑物的影響降到最低，使其正常的使用不受影響。

在大多數(shù)的基坑工程中，基坑開挖以及基坑的支護(hù)工作都是臨時性的工作，因此非常容易疏忽基坑環(huán)境的復(fù)雜性以及基坑開挖的風(fēng)險性。工程進(jìn)行的過程中一旦有一個環(huán)節(jié)因?yàn)槟撤N原因出現(xiàn)問題，就會引發(fā)基坑開挖的工程事故。同時，基坑開挖工程從理論知識到生產(chǎn)實(shí)踐這個過程中不完善，這也是工程施工發(fā)生的一個原因。

通過對地下工程基坑開挖的風(fēng)險進(jìn)行前期研究分析，可得到地下工程基坑開發(fā)項(xiàng)目一般具有一些項(xiàng)風(fēng)險影響因素：（1）工程環(huán)境；（2）組織因素；（3）技術(shù)因素；（4）施工作業(yè)。本文基于此些風(fēng)險影響因素，對案例中的基坑項(xiàng)目風(fēng)險進(jìn)行評價。

層次分析法作為一種具有實(shí)用性、多準(zhǔn)則性的決策方法，能把需要分析研究的復(fù)雜問題以數(shù)學(xué)化的思維進(jìn)行定量分析，從而使無規(guī)則性的事物轉(zhuǎn)換為有序的層次結(jié)構(gòu)。這是一種具有實(shí)用、簡潔、系統(tǒng)等優(yōu)秀性質(zhì)的方法，已在生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文以杭州艮山東路地下管廊基坑工程為研究背景，對地下工程的基坑開挖環(huán)節(jié)的風(fēng)險評價進(jìn)行了研究，剖析基坑工程在施工的過程中發(fā)生的危險因素，確定因素的影響程度，合理規(guī)避風(fēng)險，保證基坑工程的順利實(shí)施。

1 AHP在案例中的應(yīng)用

本文研究的為該工程的Ⅰ標(biāo)段，工程范圍為K0+100.000～K3+272.500，全長3.17 km；道路的起點(diǎn)樁號為K0+100，終點(diǎn)樁號為K3+272.5，全長3 172.5 m；高架起點(diǎn)樁號為K1+490，終點(diǎn)樁號為K3+272.5，全長1 691.75 m；管廊起點(diǎn)樁號GL-0+000，終點(diǎn)樁號為GL-1+898.927，全長1 898.927 m。

本工程范圍內(nèi)需要基坑圍護(hù)的項(xiàng)目主要有綜合管廊主體、管廊附屬、遷改管線及河道駁坎四部分，均采用明挖順做法施工；基坑開挖深度3.0～13.7 m，基坑寬約3～15.5 m，基坑開挖涉及的土層主要為填土和砂質(zhì)粉土層。通過專家意見和資料整合后基坑開挖工程指標(biāo)的模型如圖1所示。

圖1 基坑開挖工程指標(biāo)模型

1.1 單因素評價

通過有關(guān)專家進(jìn)行等級評判的所得數(shù)據(jù)，在實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行解剖分析，最后通過系統(tǒng)的歸納整理，對難分析的單因素進(jìn)行兩兩對比，得出合理估算，從而判斷出各層次的判斷矩陣。如表1所示。

表1 基坑開挖風(fēng)險評價A-B層次判斷矩陣

將每列正規(guī)化后的判斷矩陣按照行相加：

B1=1+1/2+2+2+1/3=5.833 3；

B2=2+1+4+6+3=16；

B3=1/2+1/4+1+3+1/2=5.25；B4=1/2+1/6+1/3+1+1/4=2.25；

B5=3+1/3+2+4+1=10.333 3。

把A-B層次的判斷矩陣內(nèi)的各元素÷其相對應(yīng)列總和，得出值后將所得結(jié)果建成新判斷矩陣，將矩陣內(nèi)每一行分別求和，并除以相應(yīng)個數(shù)，得出權(quán)重：

W1=0.180 8；W2=0.060 4；W3=0.225 0；W4=0.424 2；W5=0.109 6

把權(quán)重值代入公式可得最大特征值為：

把最大特征值代入公式可得：

由表1可得：RI=1.12

把CI和RI值代入公式可得：

CR＜0.1，判斷可靠。

工程環(huán)境B1-C層次的判斷矩陣如表2所示。

表2 工程環(huán)境B1-C層次的判斷矩陣

將每列正規(guī)化后的判斷矩陣按照行相加：

C11=1+1/2+5=6.5；C12=2+1+1/2=3.5；C13=1/5+2+1=3.2；

把B1-C層次的判斷矩陣內(nèi)的各元素÷其相對應(yīng)列總和，得出值后將所得結(jié)果建成新判斷矩陣，將矩陣內(nèi)每一行分別求和，并除以相應(yīng)個數(shù)，得出權(quán)重：

W11=0.262 6；W12=0.329 2；W13=0.408 2。

把權(quán)重值代入公式可得最大特征值為：

把最大特征值代入公式可得：

由表2可得：RI=0.58。

把CI和RI值代入公式可得：CR=CI/RI=0.068 3；

CR＜0.1，判斷可靠。

組織因素B2-C層次的判斷矩陣如表3所示。

表3 組織因素B2-C層次的判斷矩陣

將每列正規(guī)化后的判斷矩陣按照行相加：

C21=1+6+1=8；

C22=1/6+1+3=4.166；

C23=1+1/3+1=2.333 3。

把B2-C層次的判斷矩陣內(nèi)的各元素÷其相對應(yīng)列總和，得出值后將所得結(jié)果建成新判斷矩陣，將矩陣內(nèi)每一行分別求和，并除以相應(yīng)個數(shù)，得出權(quán)重：

W21=0.197 9；W22=0.377 6；W23=0.424 5。把權(quán)重值代入公式可得最大特征值為：

把最大特征值代入公式可得：

由表3可得：RI=0.58。

把CI和RI值代入公式可得：CR=CI/RI=0.025 2；

CR＜0.1，判斷可靠。

技術(shù)因素B3-C層次的判斷矩陣如表4所示。

表4 技術(shù)因素B3-C層次的判斷矩陣

將每列正規(guī)化后的判斷矩陣按照行相加：

C31=1+2+1/3=3.333 3；

C32=1/2+1+3=4.5；

C33=3+1/3+1=4.333 3；

把B3-C層次的判斷矩陣內(nèi)的各元素÷其相對應(yīng)列總和，得出值后將所得結(jié)果建成新判斷矩陣，將矩陣內(nèi)每一行分別求和，并除以相應(yīng)個數(shù)，得出權(quán)重：

W31=0.367 8；W32=0.299 7；W33=0.332 5。

把權(quán)重值代入公式可得最大特征值為：

把最大特征值代入公式可得：

由表5可得：RI=0.58。

把CI和RI值代入公式可得：CR=CI/RI=0.003 6；

CR＜0.1，判斷可靠。

施工作業(yè)B4-C層次的判斷矩陣如表5所示。

表5 施工作業(yè)B4-C層次的判斷矩陣

將每列正規(guī)化后的判斷矩陣按照行相加：

C41=1+2+1/2=3.5；

C42=1/2+1+5=6.5；

C43=2+1/5+1=3.2；

把B4-C層次的判斷矩陣內(nèi)的各元素÷其相對應(yīng)列總和，得出值后將所得結(jié)果建成新判斷矩陣，將矩陣內(nèi)每一行分別求和，并除以相應(yīng)個數(shù)，得出權(quán)重：

W41=0.329 2；W42=0.262 6；W43=0.408 2。

把權(quán)重值代入公式可得最大特征值為：

把最大特征值代入公式可得：

由表5可得：RI=0.58。

把CI和RI值代入公式可得：CR=CI/RI=0.068 3；

CR＜0.1，判斷可靠。

現(xiàn)場管理B5-C層次的判斷矩陣如表6所示。

表6 現(xiàn)場管理B5-C層次的判斷矩陣

將每列正規(guī)化后的判斷矩陣按照行相加：

C51=1+4+1=6；C52=1/4+1+5=6.25；C53=1+1/5+1=2.2。

把B5-C層次的判斷矩陣內(nèi)的各元素÷其相對應(yīng)列總和，得出值后將所得結(jié)果建成新判斷矩陣，將矩陣內(nèi)每一行分別求和，并除以相應(yīng)個數(shù)，得出權(quán)重：

W51=0.220 4；W52=0.305 9；W53=0.473 7

把權(quán)重值代入公式可得最大特征值為：

把最大特征值代入公式可得：

由表6可得：RI=0.58。

把CI和RI值代入公式可得：CR=CI/RI=0.082 3；

CR＜0. 1，判斷可靠。

1.2 綜合因素評價

以上各計(jì)算結(jié)果，具體歸納如表7所示。

表7 基坑工程開挖風(fēng)險評價A權(quán)重歸總

對總排序進(jìn)行檢驗(yàn)：

因?yàn)镃R＜0.1，所以矩陣整體排序具有滿意的一致性，這些因素對于基坑開挖是有影響的。

1.3 小結(jié)

通過對上述各個數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)在總排序中，土方開挖與運(yùn)輸作業(yè)C43的權(quán)重是0.173 2，支護(hù)作業(yè)C41的總權(quán)重是0.139 6，降排水作業(yè)C42的總權(quán)重是0.111 4。由此可以得出，土方開挖與運(yùn)輸作業(yè)、支護(hù)作業(yè)和降排水作業(yè)這三個指標(biāo)對基坑開挖工程影響成正比。尤其是土方開挖與運(yùn)輸作業(yè)的影響最為巨大，上述分析所得結(jié)果剛好與實(shí)際中的基坑開挖工程風(fēng)險評價的結(jié)果相一致，因此，基坑開挖的重點(diǎn)在于土方開挖與運(yùn)輸作業(yè)。故對于每一個階段有可能對發(fā)生的問題，在分析的基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的措施才是解決的關(guān)鍵。雖然沒有對所有的基坑開挖影響因素進(jìn)行矩形分析，但是本章中通過AHP分析法所得的計(jì)算結(jié)果仍舊可以客觀地分析基坑開挖工程的風(fēng)險，由此也不難看出，層次分析法在基坑開挖工程風(fēng)險分析上所具有的優(yōu)勢。

從結(jié)果可知，基坑開挖工程施工的過程中，前期支護(hù)作業(yè)要嚴(yán)格把控，開挖過程中要做好降排水工作，挖掘駕駛員帶證上崗，施工設(shè)備要報驗(yàn)后開始施工。

2 結(jié)語

本文以實(shí)際工程為研究背景，以杭州市艮山東路地下管廊工程基坑施工風(fēng)險評價作為主要研究目標(biāo)。通過相關(guān)數(shù)據(jù)的收集以及案例對基坑開挖風(fēng)險評價進(jìn)行風(fēng)險因素的分析。對基坑開挖的過程進(jìn)行了全面的系統(tǒng)研究，可知，影響基坑工程施工的主要因素為：基坑工程所在地的地質(zhì)情況、基坑周圍的環(huán)境、基坑所固有的特征、施工的工藝、技術(shù)以及施工工序和施工過程中的氣候條件。結(jié)合杭州艮山東路地下管廊工程，利用AHP對基坑工程開挖過程中的風(fēng)險評價進(jìn)行研究得出結(jié)果，較好地反映了實(shí)際情況。通過分析的結(jié)果得出，土方開挖與運(yùn)輸作業(yè)、支護(hù)作業(yè)和降排水作業(yè)這三個指標(biāo)對基坑開挖工程影響是非常大的。其中土方開挖與運(yùn)輸作業(yè)指標(biāo)的影響因素最大。

本文研究了地下工程基坑開挖部分風(fēng)險因素，但是若要得出完整的處理方案和系統(tǒng)化的風(fēng)險評估，還需要對研究所得的結(jié)果進(jìn)行深層次的探討?？傊?，對基坑開挖風(fēng)險評價進(jìn)行了部分研究，研究成果還需進(jìn)行大量的細(xì)化研究。