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1、基于模糊综合评判法的地铁车站施工风险评估摘 要:针对地铁车站工程施工影响因素的随机性和模糊性特点,作者提出了风险评估的模糊综合评判法,其中采用了层次分析法确定影响因素的权重。文中通过算例来验证所提方法的实用性,分析结果基本反映了实际情况。关键词:地铁车站;施工;风险分析;失效模式;模糊综合评判法1引言随着我国城市化进程的不断加快,城市面临的首要问题便是人口膨胀,交通拥挤等。很多大中型城市人均道路面积日渐减少[1],如上海人均面积已降至仅2.2ｍ2,而要增加地面道路面积是非常困难的。依据国内外经验,建设地铁是一种比较好的解决途径。在地铁建设的过程中
2、,地铁车站施工是一个重要的环节。地铁车站一般设置在客流量大的地点,如商业中心、文化娱乐中心及地面交通枢纽等地方,以便最大限度地吸引客流和方便乘客。因此,其施工条件相对复杂、困难,而且对地面环境及周围建筑物容易产生较大的影响。在城市中心地区地铁车站施工的过程中,为避免大量拆迁,减少对周围环境的粉尘污染和噪声影响,在对工程地质、水文地质等方面评估的基础上,一般采用浅埋暗挖法施工[2]。由于浅埋暗挖法施工在地下内部进行,相对于地面施工来说主要有以下几个特性:隐蔽性大,作业的循环性强,作业空间有限,作业的综合性高,施工过程中周围土体的物理力学状态是变化的
3、,作业环境恶劣且危险性大。因此,对地铁车站工程施工过程中可能出现的风险进行评估是很有必要的。2地铁车站施工失效模式及其评估方法选择2.1施工中失效模式的分析在用浅埋暗挖法对地铁车站施工过程中,可能会出现一些危险的影响因素。工程技术与管理人员应该对这些影响因素产生的失效模式进行分析,确定其相对重要度,然后合理地分配资源对其进行不同程度的监控和防范。依据已有工程经验和类似工程历史记录,在地铁车站施工过程中可能会出现的危险部位如下:在修两边跨时可能会出现拱顶开裂,这主要是由于两边跨成拱后,开挖中跨临时支护失效,两边跨挤向中跨,引起边跨拱顶开裂;在修中跨
4、时,可能出现中跨中柱基础下沉,这主要是由于仰拱未及时修筑,中柱基础承载力不足,继而导致拱部衬砌开裂;在对拱部施工时,可能出现拱圈防水层质量失效,主要原因是铺设拱部防水层工艺失当,接缝不良,从而引起拱部漏水;对立柱施工时,可能出现仰拱开裂,主要是由于仰拱施工未清底及混凝土质量不佳,这也会引起底部翻浆冒泥;另外,在整个施工过程中可能会出现地表地层下沉,主要是由于施工工序展开过长,地层未作预加固而导致的后果是直接危及地下管线。可见,影响地铁车站施工安全的因素很多,不仅取决于地层内部地质条件,还取决于外部环境因素的影响。2.2风险研究方法的选取地铁车站工
5、程处于地层之中,而地层的复杂性使得在地下施工过程中出现的一些风险难以用非常准确的、量化的数据加以表达。显然,施工过程的风险是不确定性的,不仅具有随机性,还具有模糊性。目前已有的工程风险评估方法如风险乘数法[3]、故障树法[4]等难以对此予以准确地表达。此外,风险乘数法没有考虑失效指标之间的相互关系,而故障树的建立是一个相当复杂的过程,对其进行定量分析也比较困难。对于具有不确定性和模糊性事件,其分析可以采用模糊数学的方法。模糊综合评判法就是从多目标决策中划分出来的一种新的数学方法,当影响事物因素较多又有很强的不确定性和模糊性时,采用此方法进行量化分
6、析具有明显的优越性[5,6,7]。3建立模糊综合评判法模型模糊综合评判法用于评估工程的风险性时,一般包括如下四项工作[8,9]。3.1建立综合评价集合设着眼因素集为Ｕ={ｕ1 ｕ2 … ｕｍ},抉择评语集为Ｖ={ｖ1 ｖ2 … ｖｎ},它们均为有限集。在地铁车站工程施工过程中,本文暂只考虑3种失效指标因素:ｕ1为各因素失效发生的频率,ｕ2为各因素失效后果的严重程度,ｕ3为各因素失效原因被检测出的程度(简称检测度)。考虑的抉择评语集合即为本文前面失效模式分析中提到的5种失效因素:拱顶开裂,中柱沉降,防水层漏水,仰拱开裂以及地层下沉等。3.2确定被评
7、价事物相关各因素的隶属度隶属函数是模糊综合评判方法的关键之一,它是一种对不能精确定量表述的事物现象、规律及进程的模糊陈述的表达式,由此确定的隶属度是对模糊概念贴近程度的度量。因此,隶属函数确定得是否符合实际情况,会直接影响到分析结果的正确性。目前,确定隶属函数的方法通常用模糊统计方法或者是凭实际经验,而本文后续算例将针对地铁车站施工过程中所考虑的几个影响因素,依据隶属函数构造方法及原则[10],取定本文所需要的隶属函数。为对着眼因素集Ｕ中的ｕｉ(ｉ=1,2,…,ｍ)作单因素评判,从因素ｕｉ着眼确定该事物对抉择等级ｖｊ(ｊ=1,2,…,ｎ)的隶属度
8、ｒｉｊ,并由此得出ｕｉ的单因素评判集ｒｉ={ｒｉ1 ｒｉ2 … ｒｉｎ},它是抉择评语集合Ｖ上的模糊子集。由ｍ个着眼因素的评价集可构造出
