1、引用格式:郭宏斌,宋战平,孟晨,等.基于非线性模糊层次分析法的盾构施工风险评价研究J.隧道建设(中英文),2023,43(11):1862.GUO Hongbin,SONG Zhanping,MENG Chen,et al.Shield tunneling risk assessment based on nonlinear fuzzy analytic hierarchy methodJ.Tunnel Construction,2023,43(11):1862.收稿日期:2023-04-21;修回日期:2023-08-19基金项目:国家自然科学基金资助项目(52178393);陕西省创新能力
2、支撑计划-创新团队(2020TD-005);陕西省杰出青年科学基金(2022JC-20)第一作者简介:郭宏斌(1996),男,甘肃天水人,西安建筑科技大学土木工程专业在读硕士,研究方向为隧道工程、地下空间等。E-mail:1720514047 。通信作者:宋战平,E-mail:songzhpyt 。基于非线性模糊层次分析法的盾构施工风险评价研究郭宏斌1,宋战平1,孟 晨2,王军保1,3,刘乃飞1,3,郭德赛4(1.西安建筑科技大学土木工程学院,陕西 西安 710055;2.陕西省引汉济渭工程建设有限公司,陕西 西安 710055;3.陕西省岩土与地下空间工程重点实验室,陕西 西安 710055
3、;4.湖南大学土木工程学院,湖南 长沙 410082)摘要:为解决突出影响因素对盾构施工风险评价结果造成影响的问题,构建基于组合赋权-非线性 FAHP 的盾构施工风险评价模型。基于工作分解结构法和风险分解结构法依次对盾构施工过程和风险来源分解,进而将二者结合构建盾构施工风险评价指标体系。通过乘法集成法将主、客观权重结合计算得到组合权重;结合专家打分法得到隶属度向量构造模糊关系矩阵;引入非线性算子综合计算分析组合权重和模糊关系矩阵;根据最大隶属度原则,确定盾构施工的最终风险等级。将构建的新模型应用到贵阳市轨道交通 3 号线 1 期工程桐木岭站桃花寨站盾构施工进行风险实例分析,得出风险评价等级为“
4、中度风险”,与现场实际得出的风险等级相符合,讨论了新模型与传统模糊层次分析法的区别,进一步验证了新模型的科学性、可靠性。关键词:隧道工程;盾构施工;风险评价;非线性;模糊层次分析法DOI:10.3973/j.issn.2096-4498.2023.11.006文章编号:2096-4498(2023)11-1862-10中图分类号:U 45 文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID):S Sh hi ie el ld d T Tu un nn ne el li in ng g R Ri is sk k A As ss se es ss sm me en nt t B Ba as se
5、ed d o on n N No on nl li in ne ea ar r F Fu uz zz zy y A An na al ly yt ti ic c H Hi ie er ra ar rc ch hy y MMe et th ho od dGUO Hongbin1,SONG Zhanping1,*,MENG Chen2,WANG Junbao1,3,LIU Naifei1,3,GUO Desai4(1.College of Civil Engineering,Xian University of Architecture and Technology,Xian 710055,Sha
6、anxi,China;2.Hanjiang to Weihe River Water Diversion Project Construction Co.,Ltd.,Shaanxi Province,Xian 710055,Shaanxi,China;3.Shaanxi Key Laboratory of Geotechnical and Underground Space Engineering,Xian 710055,Shaanxi,China;4.College of Civil Engineering,Hunan University,Changsha 410082,Hunan,Chi
7、na)A Ab bs st tr ra ac ct t:To explore the influence of primary influencing factors on the results of shield-tunneling risk assessment,a risk-evaluation model is established based on a combined assignment-nonlinear fuzzy analytic hierarchy process(FAHP).The shield-tunneling process and risk sources
8、are then decomposed using work-and risk-decomposition structure methods,respectively,and the two are combined to construct a shield-tunneling risk-assessment index system.A multiplicative integration method is used to combine the subjective and objective weights,and a fuzzy relationship matrix is co
9、nstructed by combining the subordination vector obtained from the expert scoring method.The obtained combined weights and fuzzy relationship matrix are then analyzed by introducing a nonlinear operator.Next,the final risk level of shield tunneling is determined according to the principle of the maxi
10、mum degree of subordination.The proposed model is applied to the shield tunneling of Phase 1 of the Guiyang Railway Transit Line 3 Project between the Tongmuling and Taohuazhai stations,and the risk-assessment results show that the project displays a medium risk level,第 11 期郭宏斌,等:基于非线性模糊层次分析法的盾构施工风险
11、评价研究which is consistent with the risk level in the field.The proposed model is compared with the conventional FAHP method,verifying the scientificity and reliability of the new model.K Ke ey yw wo or rd ds s:tunnel engineering;shield tunneling;risk assessment;nonlinear;fuzzy analytic hierarchy proce
12、ss0 引言盾构因其自动化程度高、施工效率高、能够应对复杂施工环境等优势,在隧道施工中被广泛采用。但盾构法施工存在施工难度大、机械装备不易掌握、施工环境复杂多变等特点,因此对工程和施工人员存在潜在的安全隐患1。盾构施工活动的随机性和模糊性的特点导致用于盾构风险评价数据不完全、不准确以及施工风险指标不易量化。对盾构施工风险进行合理的评估,不仅能够确保城市地铁的施工进度、质量和安全,而且还能为地铁盾构施工风险管理提供科学依据。Einstein2在地下工程领域建设中首次应用风险管理理念后,风险评价方法就在隧道和地下工程领域迅速发展起来。Hillson 等3首次将工作分解结构和风险分解结构结合,通过底
13、层因子的相互耦合,构建WBS-RBS 风险辨识耦合矩阵,突出施工风险因素,建立工程项目施工风险指标体系。Hamidi 等4针对各种不良地质条件下的施工项目,运用 FAHP 进行盾构施工风险评价。Hasanpour 等5利用神经网络和贝叶斯网络,以隧道数据库为基础,通过数值模拟预测地面特性和机器参数的接触压力。Wu 等6结合常规云模型与熵权法提出水下盾构隧道施工风险评估新模型,此模型能够准确评价水下隧道施工风险等级。宋战平等7运用模糊层次分析法评估了 TBM 施工时影响安全的风险因素,并确定了深圳地铁羊台山隧道的施工风险等级。Meng 等8利用基于云模型和模糊层次分析法的盾构隧道施工风险评价方法
14、分析了溶岩地层盾构开挖的风险。Zhang 等9应用模糊层次分析法综合评价模型,引入指数尺度表征权重集,并以南京长江隧道盾构施工工程为例,验证了模型和程序的可行性、有效性。Wang 等10在传统评价模型的基础上,引入积分法计算区间单指标属性测度,将其应用于端家坞隧道右侧盾构施工工程,证明了该方法的科学性和可行性。陈国权11将隶属度理论应用于模糊综合评价,创造性地提出一种适用于各种不确定性问题的模糊层次分析方法。王祥等12针对贵阳市轨道交通 3 号线溶岩隧道运用层次分析法进行风险评估,针对不良地质隧道提出有针对性的安全控制措施,确保隧道施工安全顺利。通过以上研究可以发现:相关学者和专家常常采用模糊
15、层次分析法对盾构施工风险进行评价,解决了盾构施工风险评价的模糊性、随机性问题。但传统的模糊综合评价常采用线性算子计算风险等级,盾构施工风险评价中的非线性问题难以解决。本文将非线性算子引入到传统线性 FAHP 用于解决盾构施工风险评价中突出影响因素对评价结果的影响;同时利用工作分解结构法和风险分解结构法来弥补专家评价中可能存在的风险遗漏和识别不全面等问题;最后,将构建的基于组合赋权-非线性 FAHP 的盾构施工风险评价新模型应用到贵阳市轨道交通 3 号线1 期工程桐木岭站桃花寨站盾构施工现场中,验证新模型的科学性和准确性。1 构建 WBS-RBS 法的盾构施工风险结构1.1 工程概况贵阳市轨道交
16、通 3 号线 1 期工程桐木岭站桃花寨站盾构施工段地质情况复杂,隧道围岩大多为灰岩、白云岩等可溶性岩。区内岩层产状普遍为 20 50,岩层分布总体呈硬夹软现象,岩性不均一,节理裂隙和断裂带发育。此地属于溶蚀类型的丘峰谷地地貌,线路范围内不良地质有岩溶、岩层破碎带、红黏土、顺层等,且沿线地下水情况复杂,有上层滞水、潜水和承压水。根据勘察资料显示,场地承压水水位埋深为 0.527.5 m,平均水位埋深为 7.14 m,相应水位标高为1 003.861 126.77 m,平均水位标高为 1 095.67 m。此工程选用 2 台复合式土压平衡盾构施工,直径为6 450 mm,最大工作压力为 0.5 M
17、Pa。额定转矩为5 538 kNm,脱困转矩为 6 621 kNm。桐木岭站桃花寨站区间地理位置示意如图 1 所示。图 1 桐木岭站桃花寨站区间地理位置示意图Fig.1 Geographical location diagram of Tongmuling station-Taohuazhai station section3681隧道建设(中英文)第 43 卷1.2 构建盾构施工的工作分解结构为确定盾构施工风险的影响因素,对盾构隧道施工过程的风险进行分析。工作分解结构(WBS)指构建盾构施工的整体层级结构。风险分解结构(RBS)是指将盾构施工过程中可能发生的风险源分解成二级风险因素,直至风险
18、因素可以忽略13。为确保盾构施工重要风险要素突出,结合专家意见和 WBS 原则,将盾构施工(W)的流程进行 2 级工作分解。一级指标包括盾构施工准备(W1)、盾构施工过程(W2)和盾构附属设备施工(W3)3 个阶段。舍弃盾构施工过程中重要性不足的施工工序,将一级施工指标分解得到二级施工的因子层。最终得到的盾构施工分解结构见表 1。表 1 盾构施工工作分解结构表Table 1 Work decomposition structure of shield tunneling目标层指标层因子层盾 构施工工作 步骤分解 W盾 构施工准备 W1盾 构施工过程 W2盾 构附属设备施工 W3盾构选型、刀盘、
19、刀具选型 W11油压机械和电气设备选择 W12盾构组装与调试 W13盾构线路铺设 W14掘进位置、姿态测量及控制 W21盾构掘进模式选择 W22盾构开挖掘进 W23盾构刀具检查与更换 W24管片、衬砌拼装 W25注浆密封 W26废渣、砂土输出 W27土砂材料和运输设备 W31电力、照明、通信设备 W32通风、给排水设备 W33泥水处理设备 W341.3 构建盾构施工风险源分解结构根据贵阳市轨道交通 3 号线 1 期工程桐木岭站桃花寨站盾构段施工风险,参考盾构施工技术14和盾构法隧道施工及验收规范15选取施工风险源,最后结合专家意见,针对现场实际情况保留对施工影响较大的风险因素。参考工作分解结构
20、根据 RBS 原则将风险源分为 2 级结构。一级风险结构包括地质风险源(R1)、周围环境风险源(R2)、施工技术风险源(R3)、人员风险源(R4)4类。结合地质情况、周围环境、施工技术和人为因素,将一级风险分解为 14 个二级风险。盾构施工风险源分解结构如表 2 所示。表 2 盾构施工风险源分解结构表Table 2 Risk source decomposition structure of shield tunneling目标层指标层因子层 盾构施工风险源 R地质风险源 R1周围环境风险源 R2施工技术风险源 R3人员风险源 R4地下水风险影响 R11岩石特性、结构 R12高地应力 R13土
21、体坍塌、渗漏 R14地面沉降变形 R21地下管线破坏 R22周围建筑影响 R23施工参数设置不当 R31盾构掘进偏离轴线 R32降水处理不当 R33泥浆处理不当 R34施工操作不规范 R41施工技术经验不足 R42施工管理混乱 R431.4 构建盾构施工风险辨识耦合矩阵基于盾构施工的工作分解结构和风险源分解结构,耦合二者的因子层,得到盾构施工风险耦合矩阵(见表 3)。由表 3 分析可得,盾构施工风险识别耦合矩阵风险分类如下。1)W11R11、W11R14、W11R31、W11R41:土体渗漏、坍塌。2)W12R12、W12R31、W12R41、W12R42:盾构附件影响。3)W13R31、W1
22、3R32、W13R41、W13R42、W21R11、W21R21、W21R22、W21R41:盾 构 组 装 调 试 失 败。4)W14R11、W14R21、W14R22、W14R23:盾构线路受阻。5)W22R11、W22R21、W22R41:盾构掘进模式选择错误。6)W23R11、W23R14、W23R21、W23R22、W23R32:盾构开挖掘进受阻。7)W24R32、W24R41、W24R42:盾构刀具损坏。8)W25R11、W25R14、W25R21、W25R22、W25R33、W25R34:隧道管片拼装受阻。9)W25R11、W25R22、W26R11、W26R22、W26R33、
23、W26R41:衬 砌 渗 漏。10)W27R14、W27R22、W27R43:出渣不连续。11)W31R14、W31R22、W31R43:材料运输受阻。12)W32R22、W32R41、W32R43:配套设备影响。13)W33R22、W33R43:给 排 水 系 统 破 坏。14)W34R14、W34R23、W34R34、W34R43:泥浆处理困难。15)W21R22、W22R22:地下管线破坏。1.5 构建盾构施工风险指标体系根据盾构施工风险辨识耦合矩阵,结合施工现场和专家意见对盾构施工风险归类整理。盾构施工风险指标体系如表 4 所示。4681第 11 期郭宏斌,等:基于非线性模糊层次分析法
24、的盾构施工风险评价研究表 3 盾构施工风险辨识耦合矩阵Table 3 Coupling matrix of shield tunneling risk identification一级指标二级指标W1W11W12W13W14W2W21W22W23W24W25W26W27W3W31W32W33W34R1R2R3R4R11100111101100000R12010000000000000R13000000000000000R14100000101011001R21000111101000000R22000110101111110R23000100000000001R3111101000000000
25、0R32001000110000000R33000000001100000R34000000001000001R41111011010100100R42011000010000000R43000000000011111 注:“1”表示耦合产生风险;“0”表示无风险。表 4 盾构施工风险指标体系Table 4 Risk index system of shield tunneling目标层指标层因子层 盾构施工风险 Q地质风险 Q1周围环境风险 Q2设备风险 Q3隧道自身风险 Q4土体渗漏、坍塌 q11盾构开挖受阻 q12泥浆处理困难 q13材料运输受阻 q21给排水系统破坏 q22地下管线破坏
26、 q23盾构附件影响 q31盾构组装调试失败 q32盾构掘进模式选择错误 q33盾构刀具损坏 q34出渣不连续 q35配套设备影响 q36盾构线路受阻 q41隧道管片拼装受阻 q42衬砌渗漏 q432 盾构施工风险评价2.1 模糊关系矩阵构建2.1.1 总体方案设计通过 WBS-RBS 法建立盾构施工风险评价指标体系构建风险因素集。因素集分为 2 级,其一级指标层风险因素集为 Q=Q1,Q2,Q3,Q4;二级因子层风险因素集为 Q1=q11,q12,q13,Q2=q21,q22,q23,Q3=q31,q32,q33,q34,q35,q36,Q4=q41,q42,q43。2.1.2 构建风险评语
27、集根据 GB/T 503262006建设工程项目管理规范16建立盾构施工风险评语集。盾构施工风险评语集等级由低到高分为 5 级:L=l1,l2,l3,l4,l5=低,较低,中等,较高,高。2.1.3 隶属度向量构建隶属度函数的确定是施工风险评价的重要环节,目前大多采用的方法是典型函数法,其方法是结合工程实际和相关经验选择现有的分布函数作为模糊综合评判的隶属函数,常用的工程函数有正态函数、岭性函数、三角分布函数、梯形函数等。结合贵阳轨道交通盾构施工现场风险特点,本文采用盾构施工中常用的三角函数构建盾构施工风险评价中的隶属度向量17。对二级风险因素进行评分得到其各个对应的评分值 S,确定 S 值后
28、代入式(1)(5),计算得到隶属度函数。1=0(S120);S-12045(120S165);1(S165)。(1)2=0(S165);S-10020(100S120);165-S45(120S165)。(2)5681隧道建设(中英文)第 43 卷3=0(S120);S-8020(80S100);120-S20(100S120)。(3)4=0(S100);S-3545(35S80);100-S20(80S100)。(4)5=1(S35);80-S45(35S80);0(S80)。(5)式中:S 为二级风险因素评分值;为隶属度值。2.1.4 模糊关系矩阵构建采用专家评价法构建盾构施工风险评价中的
29、隶属度向量。根据隶属度向量得到风险评语集与因素集之间的模糊关系矩阵E=e11e1je1mei1eijeimen1enjenm。(6)式中 eij为第 i 个盾构施工风险因素对第 j 级风险等级的隶属度,0eij1。2.2 确定权重向量2.2.1 层次分析法确定主观权重标度是对评判者的定性判断进行定量化的一种计算尺度,反映了评判者的判断意识表现。标度使用一个简单的数值赋予每个风险因素重要程度的定性表现,更重要的是其定量值应该符合各个定性指标之间所表现的重要程度的相互关系。1)采用 19 标度17判别指标层 Q1Q4这 4 类风险的影响程度,得到初始判断矩阵B=(bij)nn。(7)式中:bij为
30、判断矩阵 B 的第 i 行、第 j 列元素;n 为矩阵阶数。由 19 标度构建的盾构施工风险判断矩阵如表5 所示。2)权重向量计算及一致性检验根据式(8)计算判断矩阵的 max及 M:BnnM=maxM。(8)式中:Bnn为 n 阶判断矩阵;max为其对应的最大特征值;M 为 max对应的特征向量。表 5 盾构施工风险指标判断矩阵Table 5 Risk index judgment matrix of shield tunneling判断因素B1BjBnB1b11b1jb1nBibi1bijbinBnbn1bnjbnn由于判断矩阵包含主观因素,为保持相对的一致性,需对其进行一致性检验,步骤如
31、下:1)计算一致性指标(CI)。CI=max-nn-1。(9)2)根据矩阵阶数 n,计算平均随机一致性指标(RI)。RI 对照表如表 6 所示。表 6 RI 对照表Table 6 RI comparisonnRI102030.5840.9051.12nRI61.2471.3281.4191.453)一致性比例(CR)计算。CR=CIRI。(10)当 CR0.10 时,说明构建的判断矩阵的一致性很好。2.2.2 变异系数法确定客观权重变异系数法18是一种客观赋权法,变异系数可以对专家打分中的主观因素进行修正。利用变异系数法标准取值差异越大指标更有价值,评价体系差距越明显。其计算过程如式(11)所
32、示。Vi=ix-i(i=1,2,n)。(11)式中:Vi为第 i 个变异系数法的主观权重;i为第 i项的标准差系数;x-i为第 i 项指标的平均数。客观权重i=Vini=1Vi。(12)2.2.3 乘法集成法计算综合权重通过乘法集成法将计算得到的主观权重和客观权重进行综合计算,得到盾构施工风险评价的组合权重。6681第 11 期郭宏斌,等:基于非线性模糊层次分析法的盾构施工风险评价研究乘法集成法综合考虑了各风险指标间的固有信息,可以使主、客观权重达到内在统一,确保各权重之间偏差降到最低。既能反映决策者对指标属性的重视程度,又能减少赋权的主观随意性,使决策结果科学合理19-21。组合权重i=iV
33、ini=1iVi。(13)2.3 非线性模糊综合评判相比于线性算子计算盾构施工风险等级,有些重要性指标可能被弱化,线性算子中所有风险因素的重要性都相同,导致突出风险因素对施工安全的影响弱化,最终会影响评判结果的准确性。非线性计算方法利用不同的指数表示不同风险因素的重要性程度,更符合现场实际情况,既能突出重要风险的影响程度,又能减少非重要因素的影响程度。同时,非线性模糊层次分析法更能体现盾构施工现场突出影响因素的不确定性和模糊性情况,非线性模糊矩阵合成算子f(m1,m2,mn;s1,s2,sn;)=(m1s11+m2s22+mnsnn)114。(14)式中:m1,m2,mn为风险指标权重,mi
34、0 且ni=1mi=1;s1,s2,sn为模糊评判矩阵中某一列的值,si1;为指标突出影响系数向量集,=1,2,n,=max(1,2,n),同时,i1,i=1,2,n。突出影响系数取值标准如表 7 所示。表 7 突出影响系数取值标准Table 7 Value standards of prominence influence coefficient标度两两因子重要性比较结果说明1 i 因子与 j 因子完全一样重要,或 i 因子与 i 因子,j 因子与 j 因子自身比较2i 因子、j 因子重要性介于 133i 因子比 j 因子稍微重要一点4i 因子、j 因子重要性介于 355i 因子比 j 因子
35、明显重要6i 因子、j 因子重要性介于 577i 因子比 j 因子重要得多8i 因子、j 因子重要性介于 799i 因子比 j 因子极为重要倒数重要性情况相反,即 j 因子比 i 因子重要得到各级突出影响系数后,运用非线性算子对处理后的模糊判断矩阵进行合成。由于非线性模糊矩阵评判矩阵 Eij1,但隶属度取值介于0,1,故应用式(15)对原模糊评判矩阵进行转换:Eij=10Eij。(15)式中:Eij为转换后非线性模糊评判矩阵的值;Eij为原始模糊评价矩阵的值。3 工程实例计算3.1 权重计算结合专家意见及现场的实际情况,将收集的风险因素进行量化得到风险指标层,再将指标层根据地质因素进行量化,得
36、到风险因子层(见表 2)。3.1.1 计算主观权重根据建立的风险指标体系,对同一层的评价因子两两比较得到盾构施工风险评价的判断矩阵,求解得到判断矩阵的最大特征值及其对应的特征向量,通过一致性检验后进行归一化处理,得到贵阳市轨道交通3 号线 1 期工程桐木岭站桃花寨站盾构施工风险评价中各个指标所对应的主观权重。盾构施工风险评价指标权重如表 8 所示。表 8 盾构施工风险评价指标权重Table 8 Weight of shield tunneling risk evaluation index指标层主观权重客观权重组合权重因子层主观权重客观权重组合权重Q10.173 9 0.332 4 0.224
37、 9Q20.519 0 0.240 9 0.486 5Q30.258 6 0.254 5 0.256 1Q40.048 5 0.172 2 0.032 5q110.649 1 0.266 00.564 3q120.071 9 0.345 20.081 1q130.279 0 0.388 80.354 5q210.573 6 0.332 30.552 2q220.361 4 0.375 00.392 6q230.065 0 0.292 80.055 1q310.271 2 0.122 20.196 0q320.176 5 0.172 20.179 8q330.085 4 0.175 60.088
38、 7q340.051 7 0.139 00.042 5q350.261 2 0.215 60.333 1q360.154 0 0.175 50.159 9q410.527 9 0.312 40.483 6q420.332 5 0.415 40.405 0q430.139 6 0.272 30.111 53.1.2 计算客观权重根据专家的问卷调查,采用 10 分制对 4 个指标层、15 个因子层进行打分,再对数据进行归一化处理。将处理后的数据代入式(11)和式(12)进行计算,可得到指标层和因子层的变异系数组成的客观权重(见表 8)。3.1.3 乘法集成法计算组合权重按照乘法集成法将计算得到的主
39、、客观权重进行7681隧道建设(中英文)第 43 卷计算得到组合权重。根据式(13)计算得到盾构施工风险评价指标的组合权重见表 8。由表 8 可知:1)指标层组合权重 M=0.224 9,0.486 5,0.256 1,0.032 5;2)根据指标层划分的因子层的权重为地质风险 M1=0.564 3,0.081 1,0.354 5,周围环境风险 M2=0.552 2,0.392 6,0.055 1,设 备 风 险 为 M3=0.196 0,0.179 8,0.088 7,0.042 5,0.333 1,0.159 9,隧道自身风险M4=0.483 6,0.405 0,0.111 5。根据计算得
40、到的权重可知,周围环境风险是该工程施工的最大风险。应根据盾构施工现场的实际情况,采取合理有效的措施处理重要风险因素。3.2 隶属度计算确定二级风险因素的评分值 S 和隶属度值,结合贵阳市轨道交通 3 号线桐木岭站桃花寨站盾构施工实际情况,对二级风险因素进行评分得到其各个对应的评分值 S,具体如表 9 所示。根据表 9,将所得到的 S 值代入式(1)(5),计算得隶属度值。如:q12的评分值 S为 105,代入隶属度函数式(1)和式(2)可得:2=105-10020=0.25;3=120-10520=0.75。即 q12对 l2的风险隶属度为 0.25,对 l3的风险隶属度为 0.75。同理可得
41、其他所有二级风险因素隶属度,如表 10 所示。表 9 二级风险因素风险评分值Table 9 Risk scores of second-level risk factors评价指标q11q12q13q21q22q23q31q32q33q34q35q36q41q42q43评分值103105867081859575769095651039083表 10 风险因素隶属度取值表Table 10 Membership values of risk factors风险等级二级风险因素q11q12q13q21q22q23q31q32q33q34q35q36q41q42q43l1000000000000000
42、l20.150.2500000000000.1500l30.850.750.3000.050.250.75000.500.7500.850.500.15l4000.700.780.950.750.250.890.910.500.250.6700.500.85l50000.220000.110.09000.33000 根据表 10 得到的贵阳市轨道交通 3 号线 1 期工程桐木岭站桃花寨站盾构施工风险因素隶属度,按照一级风险因素所对应的二级指标分别构建单因素评判矩阵;通过式(15)将矩阵经过转换后得到的非线性模糊评判矩阵如式(16)(19)所示。E1=01.58.50002.57.50003.0
43、7.000。(16)E2=0007.82.20000.59.5002.57.50。(17)E3=007.52.500008.91.10009.10.9005.05.00007.52.500006.73.3。(18)E4=01.58.500005.05.00001.58.50。(19)3.3 确定风险因素指标突出影响系数基于贵阳市轨道交通 3 号线 1 期工程桐木岭站桃花寨站盾构施工的实际情况结合专家意见,得到一、二级风险因素突出影响系数(见表 11 和表 12)。根据表 12 得到 E1E4所对应的突出影响系数向量如式(20)所示。表 11 一级风险因素突出影响系数Table 11 Level
44、 1 risk factors highlight impact factors评价指标q1q2q3q44.03.02.01.01=4.0,2.0,1.0;2=3.0,2.0,4.0;3=2.0,2.0,3.0,2.0,4.0,4.0;4=3.0,3.0,2.0。(20)8681第 11 期郭宏斌,等:基于非线性模糊层次分析法的盾构施工风险评价研究表 12 二级风险因素突出影响系数Table 12 Level 2 risk factors highlight impact factors评价指标q11q12q13q21q22q23q31q32q33q34q35q36q41q42q434.02.
45、01.03.02.04.02.02.03.02.04.04.03.03.02.03.4 一级非线性模糊综合评判将 M1M4、E1E4、14代入式(14)计算,得到二级风险因素评判结果向量 N1N4,计算过程如下:将 1=4.0,2.0,1.0,=max(4.0,2.0,1.0)=4.0 代入式(14)可得:N1=f(M1,E1,1)=(0.649 1,0.071 9,0.279 0)01.54.08.54.00002.52.07.52.00003.01.07.01.00014=0,1.438 7,7.632 9,0,0。(21)将计算得到的 N1进行归一化处理,得到贵阳市轨道交通 3 号线 1
46、 期工程桐木岭站桃花寨站盾构施工风险评价中一级非线性模糊综合评判结果向量N1=0,0.158 6,0.841 4,0,0。(22)同理,利用上述方法得到其余二级风险因素对应的评判结果为N2=0,0,0.149 7,0.554 5,0.295 8;N3=0,0,0.451 3,0.375 0,0.173 8;N4=0,0.140 7,0.532 8,0.326 5,0。(23)3.5 二级非线性模糊综合评判将 N1N4作为新元素来构建二级非线性模糊综合评判矩阵 S=N1 N2 N3 N4T,将 S 转换成能够进行非线性模糊评判计算的二级非线性模糊综合评判矩阵S=01.5868.41400001.
47、4975.5452.958004.5133.7501.73801.4075.3283.2650 。(24)由表 11 得到的一级风险因素所对应的突出影响系数向量=4.0,3.0,2.0,1.0,得到一级风险因素组合权重M=0.173 9,0.519 0,0.258 6,0.048 5。(25)将以上结果代入式(14)进行计算,得到一级非线性模糊综合评判结果向量N=f(M,S,)=0,1.040,5.445,3.099,1.942。(26)对 N 进行归一化处理,得到贵阳市轨道交通 3 号线 1 期工程桐木岭站桃花寨站盾构施工风险评价中一级非线性模糊综合评判结果向量N=0,0.090,0.472
48、,0.269,0.168。(27)向量 N 即为总风险的综合评价向量。由最大隶属度原则,对贵阳市轨道交通 3 号线 1 期工程桐木岭站桃花寨站盾构施工风险进行总体评价。由模糊综合评判向量判断,该项目风险等级为 3 级,评语为中等风险。说明盾构施工的总体风险处于中等水平,只要保证施工质量合格,管理有序,则该项目风险可控。现场实际得出的风险等级如下:总区间自身风险为 3级,周边环境风险为 3 级,地质风险为 3 级。本文计算结果与现场实际情况一致,评价结果与事实相符,说明新模型的准确性。4 讨论及处理措施为验证非线性算子在新模型风险评价过程中的有效性,采用基于组合赋权法的 FAHP 对贵阳市轨道交
49、通 3 号线 1 期工程桐木岭站桃花寨站盾构施工段进行风险等级计算。突出影响系数取值均为 1,即i=1。最终得到的模糊综合评价结果向量N=0,0.034 4,0.400 6,0.366 6,0.198 5。(28)新模型风险评价等级为 3 级,中等风险。采用基于线性组合赋权法 FAHP 综合评判盾构施工的风险等级为 3 级,属于中等风险。同时通过对比结果向量 N和 N也可看出,二者风险数值较为接近,但新模型更为准确,因为引入了突出影响因子以及进行了组合赋权,所以新模型的评价风险等级更高。此风险评价等级与贵阳市轨道交通 3 号线 1 期工程桐木岭站桃花寨站实际施工情况更为符合,评价结果与实际相符
50、,说明该模型的准确性。针对以上风险评价结果,采取以下施工措施降低风险发生的可能性:应及时清理材料运输线路,组织人员定时定点清理盾构掘进障碍、开挖前期着重处理给排水管道、疏通排水路线、检查供水管道,做好坑内外排水沟、及时抽排积水井,实时监测。定期组织人员对地下管线进行安全排查,及时更换破损管线,安全生产。根据现场实际情况,地质风险为 3 级,因为此工程项目隧道埋深变化较大,部分位置属于浅埋区域,应尽9681隧道建设(中英文)第 43 卷量控制施工扰动,减少对周边环境的影响;及时检查隧道状况,发现渗漏坍塌及时清理、补漏;泥浆应及时运输,检修相关设备等。做到出现问题随时采取应对措施,保证供排通畅。针
