基于层次分析法的地铁车站深基坑施工风险分析

单生彪 李雅婷

（南昌轨道交通集团有限公司地铁项目管理分公司，江西 南昌 330038）

0 引言

在地铁车站建设过程中，深基坑施工易出现地面坍塌、基坑围护结构失稳、管线变形以及周边建筑物沉降过大等现象。相应的风险分析和风险管控不仅可以保证整个工程建设的安全性，还可以提高施工质量和施工效率。

目前，国内外学者对地铁车站深基坑土方开挖的施工风险分析做了大量研究。郭健等[1]采用梯形隶属函数计算风险事件的隶属度，运用模糊综合评价法进行风险评估，确定施工的风险等级。姚海星等[2]采用作业条件危险性评价法-模糊层次分析法对地铁车站深基坑进行风险评估。宋博等[3]提出一种基于数据包络法（DEA）-反向传播（BP）神经网络的地铁车站深基坑施工安全评价方法，从人员、设备、环境、管理、技术5个方面，系统地构建安全评价指标体系，然后利用DEA计算指标权重，运用BP神经网络评价地铁车站深基坑施工安全等级。层次分析法是一种层次化、系统化的评价方法，通过在项目施工过程中建立各层次结构模型来揭示潜在风险因素对施工安全的影响程度，以达到对风险管理的精准控制[4]。基于上述研究，本文以南昌轨道交通3号线岱山站建设工程为依托，构建施工安全风险指标评价体系，并运用层次分析法（AHP）对地铁车站深基坑施工进行风险评估，计算出各风险因素权重，针对风险评估结果提出相应的管控措施。

1 工程概况

岱山站位于南昌市南昌县莲塘镇迎宾北大道与阳光路交汇处，沿迎宾北大道呈南北方向布置，周边建筑较多且功能多样，车站东侧重要建筑物为酒店及造币厂，西侧为宾馆、民房、饭店等建筑。车站及周边管线多，管线多为沿车站南北走向，车站中部存在横跨基坑强电、弱电、燃气管线各一组；管线种类包括：强电、弱电、燃气、雨污水、供水等。车站基坑采用明挖顺筑法施工。车站为标准地下两层岛式车站，有效站台长118m，宽11m。

车站地质结构如图1，由上至下穿越填土层、粉质黏土层、中砂层、粗砂层、砾砂层，主体结构底部坐落于砾砂层。围护结构钻孔灌注桩坐落于中风化泥质粉砂岩层内，入岩深度1.2～3.3m不等，车站开挖深度16.5～17.5m。

图1 岱山站地质断面图

2 层次分析法（AHP）

层次分析法（AHP）是由美国T.L.Saaty在20世纪70年代所提出。根据项目建设的施工资料来筛选和确定风险因素，形成风险指标评价体系。针对该风险指标评价体系，利用层次分析法（AHP）确定评价指标的权重并计算出权重值，并进行一致性检验，最后得出各风险因素对施工安全的影响程度，从而制定相对应的风险管控对策。该方法带有一定的主观判断，将定性与定量相结合，应用于工程领域的施工风险评估，具有原理简单、可信度高的优点[5]。

2.1 建立施工安全风险评价体系

依据工程项目施工情况，明确风险因素以及各风险因素之间的关系。并对各风险因素进行归纳整理形成层次结构模型，从而建立施工安全风险评价指标体系，见图2。

由图2可知，对岱山站施工过程存在风险以及周边环境中存在的风险进行认真辨识，从环境、施工以及自然三个方面共识别出风险源11个，其中环境因素为A1，周边建筑物、周边管线和周边道路情况分别为A11、A12、A13；施工因素为A2，地基处理及降排水、围护结构施工、基坑开挖与回填、工程防水、内部结构施工和吊装工程分别为A21～A26，自然因素为A3，自然风险因素和施工人员因素分别为A31、A32。

图2 地铁车站基坑施工安全风险评价指标体系

2.2 构造判断矩阵

将各风险因素对上层风险因素的重要性进行两两比较，用数字1～9来反应因素之间的相对重要性。

表1 判断矩阵数值含义

2.3 一致性检验

为了进一步减少其他因素对结果的干扰，就需要对判断矩阵进行验证。对其引入一致性指标CI来检验判断矩阵的一致性，同时还计算一致性比例CR来验证其一致性是否合理。

（1）计算一致性指标CI

式中：λmax——判断矩阵的最大特征值。

（2）计算一致性比例CR

式中：RI——平均随机一致性指标，其阶数不同则取值不同，如表2所示。当CR＜0.1时，则认为判断矩阵的一致性合理，反之则判断矩阵不合理，需要调整。

表2 平均随机一致性指标取值

2.4 确定权重

首先需要确定判断矩阵的最大特征值λmax，可知最大特征值与特征向量W的关系式如下：

其中特征向量W对应的是n个因素的权重，则：

而特征向量Wi的计算公式如下：

式中：aij——判断矩阵中的各个元素。

2.5 基于层次分析法（AHP）的施工安全风险分析

根据图2所示的安全风险评价指标体系，邀请相关领域的专家对各风险因素进行打分，得到总风险判断矩阵如表3所示。

表3 总风险判断矩阵

通过上述公式计算可得特征向量（相对权重）：

由此可知，周边环境因素（A11～A13）对该地铁车站基坑施工的影响程度最大，其次是基坑的开挖与回填因素（A23）,而对施工安全影响最小的是自然风险因素和施工人员因素，并且风险等级均为Ⅲ级。针对上述重要风险源提出以下风险管控措施：

（1）针对周边建筑物，防止施工造成周边水位下降、维护结构位移过大以及基坑漏水涌砂等现象，认真复核地质资料以及周边建筑物的位置、基础形式及埋深，并对房屋周边进行搅拌加固。

（2）针对周边管线，防止周边管线沉降导致接口拉裂、管道变形等现象，要组织专门的管线调查小组，专门负责管线的摸排，调查和协调工作，避免错漏，施工时做到加强监测，及时反馈。

（3）针对周边道路，防止基坑涌水涌砂和围护结构变形过大，要安排专人巡查，及时掌握道路状况，并严格控制围护结构施工，保证施工质量。

3 结束语

结合南昌轨道交通3号线岱山站深基坑开挖工程，运用层次分析法（AHP）进行风险评估。首先通过工程资料和经验构建风险评价指标体系，再依据专家打分构建风险判断矩阵，基于层次分析法计算得出权重值，即各风险因素对该工程施工安全的影响程度，最后提出了风险控制措施，对类似工程的风险防控具有一定借鉴意义。