基坑开挖对临近隧道稳定性影响的层次分析与乘积标度相结合式的模糊评价

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1、基坑开挖对临近隧道稳定性影响的层次分析与乘积标度相结合式的模糊评价　　摘要：隧道工程稳定性评价是确保隧道安全的一项重要工作，该评价涉及影响因素复杂众多。结合建筑基坑开挖对临近隧道稳定性影响的工程实际，首先对隧道建成后的稳定性进行评价，在此基础上，采用层次分析法进一步分析建筑基坑开挖对临近隧道的影响因素的变化并采用乘积标度法重新确定隶属度，对隧道稳定性进一步定性评价。结果表明：采用层次分析法与乘积标度法相结合可以全面的反映隧道在建设和后期受周围环境变化所引起的自身稳定性的变化情况；基坑开挖会对临近隧道周围环境造成负效应，从而使得隧道周边情况发生改变

2、，导致隧道的稳定性发生变化；针对青岛地区特有的地质条件，该方法能很好地反映基坑开挖对已建隧道的稳定性情况，使评估结果更具有科学性和合理性。　　关键词：基坑开挖；临近隧道；稳定性；递进；模糊评价　　引言　　近年来，中国已经成为世界最大的地下空间开发和隧道建设市场的国家，随着地下空间的开发，越来越多的基坑工程不可避免的与既有运营隧道邻近或相交，二者相互影响，环境负效应是不可避免的，比如台北市某处地铁附近开挖深基坑导致临线隧道管壁破坏，造成了巨大经济损失。因此，针对基坑开挖情况下地铁隧道的稳定性研究具有很重要的工程实际意义。8　　目前，许多学者已经在基

3、坑工程对隧道的影响上作了很多研究，取得了很多成果。这些成果，主要针对北京砂石与土的互层、上海的松散土体等地质条件下开展的研究，对青岛地区特有的“上软下硬”地质条件，研究较少，且主要研究方法是通过建立力学理论或软件模型进行分析，定量的对主要影响因素进行分析计算。本文在这些研究的基础上，针对青岛地区特有的地质条件，采用另外一种研究思路，即运用层次分析法和乘积标度法相结合的评价方法，定性和定量相结合的去分析基坑开挖对已建隧道稳定性产生何种影响。该方法可以为类似临近隧道基坑工程设计、施工提供技术支持和新研究思路。　　1.隧道围岩稳定性的影响因素　　影响隧

4、道围岩稳定性的因素有很多，但总的来说主要有自然因素、工程地质因素、水文地质因素和施工设计因素四类。工程地质因素和水文地质因素主要反映岩土体的质量好坏，是影响围岩稳定性的内在因素，主要考虑的因素有围岩级别、岩石风化程度、岩石的坚硬程度、岩体的完整程度、地下水状况和地下水类别等：施工设计因素是影响围岩稳定性的外部因素，主要考虑开挖工法、隧道埋深、偏压情况、开挖断面、超前支护和超前注浆等。然而，对这些影响因素的影响程度去定量是很困难的，且由于隧道岩土体的复杂性，对于某一具体工程，评价围岩的好坏，评价各因素的影响程度只能是一种经验性的判断，为此要确定各种

5、影响因素的隶属度情况。这里将围岩稳定性状态划分为4个等级：安全级、较安全级、较危险级、危险级。8　　某些主要因素依据专家经验对不同稳定状态的影响用一些模糊语言变量表示，如表1所示。　　2.层次分析模型的建立　　层次分析模型的步骤是首先对隧道建成后的稳定性进行评价，在此基础上，进一步考虑建筑基坑开挖对临近隧道的影响因素的变化，然后根据影响因素的变化重新确定隶属度，继而对隧道稳定性进行定性评价。　　2.1层次分析评价的基本内容如下　　2.1.1隧道建成后的稳定性评价　　（1）建立评价因素集U　　隧道围岩稳定性评价是一个受很多因素互相制约、互相影响的复

6、杂问题，这些因素具有很大的模糊性，在很多情况下难以明确哪个因素更加重要，因此，可以采用层次分析法来处理这些难于完全定量分析的复杂问题。　　模糊关联因素集合可用u表示为　　U={UA，UB，UC，UD}（1）　　式中：UA、UB、UC、UD分别表示自然因素、工程地质因素、水文地质因素和施工设计因素。其中UA、UB、UC、UD中又分别包含若干个如图1所示的子关联因素ui。　　（2）初级评判　　①评判集是评价者对评价对象可能作出的各种评价结果组成的集合。对于隧道围岩稳定性分类，评判集合可用隧道围岩稳定性等级表示为　　V={UA，UB，UC，UD}（2）

7、8　　式中：UA、UB、UC、UD分别表示自然因素、工程地质因素、水文地质因素和施工设计因素的评价结果。其中各评价结果分别包括若干个如图1所示的子评价结果vj。　　②找出模糊评价矩阵　　m个关联因素的评价子集构成总的评判矩阵Ri为　　式中：0≤rij≤1，1≤i≤n，1≤j≤m表示因素ui属于评判等级vj的隶属程度；rij为各评分值分别带入对应的隶属函数求得。　　③建立因素权重集　　由于各关联因素对评判对象的影响程度不同，可用上的模糊子集表示：　　Ai={a1，a2，…，an}（4）　　式中：ai为ui对Ai的隶属程度，表示单因素ui在总评价中的

8、影响程度的度量。　　④建立模糊综合评判模型　　在确定权重向量Ai后即可进行综合评判。模糊综合评判模型表示为　　Bi=Ai×Ri（5）