CN116629613A - 一种深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评估方法，涉及风险评估技术领域，本发明首先运用WBS‑RBS方法对此项新技术进行项目结构分解和风险分解，构建出深基坑三级梯次联合支护技术施工风险预测指标体系；其次，基于AHP与模糊综合评判法构建深基坑三级梯次联合支护技术施工风险预测模型；最后，引入某深基坑工程进行实例研究，运用风险预测模型对该项施工技术进行风险等级的评估，得到支护桩施工风险、支护结构施工风险、场地平整施工风险、土方开挖施工风险等级；综合来看，本发明对于不同阶段的施工风险，可根据风险等级采取相应的措施来降低风险，减少施工损失。

Description

一种深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评估方法
技术领域
本发明涉及风险评估技术领域，具体为一种深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评估方法。
背景技术
随着城市高层建筑的大量兴建及地下空间的日益发展，深大基坑数量与日俱增，有的基坑开挖深度甚至达到30m以上，开挖面积超6万m2,对大面积深基坑，当基坑开挖深度过大，土质较为软弱时，基坑支护常常需要设置钢筋混凝土水平支撑，存在施工工序复杂、支撑造价高、施工工期长、土方开挖约束条件多、支撑拆除会产生大量固体废弃物等缺点。为了解决大面积深基坑开挖所面临的困难，近年来在工程界经过专家学者的不断探索与研究，推出大面积深基坑三级梯次联合支护技术。此项技术充分考虑了基坑支挡和止水设计，并有效利用相互之间的冠梁、连梁、围檩和三级支护桩之间形成的整体结构，避免了桩基在基坑底施工后期主体结构施工时需要进行的支撑拆除等复杂工序和在内支撑支护体系中施工主体结构施工空间上的限制，具有土方开挖便利、绿色环保、施工程序简单、有利于缩短工期和降低成本等工艺特点。
对于深基坑工程而言，由于其具有开挖工期长、施工难度大、技术复杂、现场施工条件差、对环境影响控制要求高以及深基坑工程在开挖和围护过程中所涉及问题的复杂性和高不确定性等特点，深基坑工程本身可以说就是一项风险性工程，而对于深基坑三级梯次联合支护施工技术此项应用于大面积深基坑的新工艺来说，由于其具有应用实例少、不确定因素多、技术难度大等特点，更加增加了深基坑工程的技术风险。因此，采用科学的方法在施工前对此项新技术进行风险分析和风险预测，基于预测结果采取有针对性的防范措施，是保证深基坑工程顺利实施的有效手段。
针对深基坑的施工风险分析问题，很多学者做出了相关研究。
在基坑风险评估方面，Sturk对故障树法、专家调查法和可操作性分析法等适用于地下工程的风险分析方法的适用性进行了总结分析，并且将风险分析方法应用于斯德哥尔摩某公路隧道，为风险评估提供了理论依据；Tonnon等人基于模糊理论和随机理论，对地下工程建设风险分析与决策多目标优化问题进行研究总结，总结出模糊理论和随机理论在地下工程中的应用特点；程鸿群等人从深基坑工程施工角度出发，利用WBS-RBS法识别风险因素，在风险识别基础上建立深基坑工程施工过程中风险评价指标体系，并结合区间数理论与证据理论结合，减少了证据理论方法中确定权重时主观因素的影响。最后利用工程实例对其进行了验证。
在深基坑施工技术方面，刘学安结合实例分析建筑工程施工中深基坑支护技术特点及管理要点，并深入探讨深基坑支护施工技术管理，提供了可行性较高的深基坑支护风险管理路径，为类似工程提供借鉴参考；蒋新山基于世博村E、F地块甲级智能化办公楼及裙房工程，对深基坑围护SMW工法型钢拔除施工技术进行深入的风险分析与风险评估，勇于创新，努力开拓风险，采取合理的施工技术和风险管理，保住了深基坑临近的旧厂房，使工程进展顺利，创造业绩，为同类工程施工提供有益的参考；针对大面积深基坑三级联次支护技术，2012年翁其平等针对上海虹桥综合交通枢纽这项系统工程，经过多种基坑支护设计方案的技术、经济和工期的综合对比分析，最终采用多级梯次联合支护体系的设计方案。该方案的应用不仅加快了基坑的施工速度，还降低了工程成本，取得了良好的社会和经济效益，为同类工程提供了一些借鉴。
在模糊综合评判法研究方面，何锡兴等人应用模糊综合评判模型对上海某深基坑工程进行了风险评估。在评估过程中，采用工作分解结构(WBS)与故障树法进行风险分析以建立风险清单,在此基础上建立了模糊综合评判模型，并引入工程实例，对深基坑工程进行风险等级的评估；姜安民等基于熵权与模糊综合评判法构建深基坑工程风险预测模型，并运用该模型对某地铁站进行风险等级的预测，并结合预测结果提出合理的风险建议；刘俊伟等人以郑州轨道交通车站深基坑为工程背景，首先，利用基坑现场监测数据以及对基坑主体以及周边环境进行安全性评估，以建立基坑施工安全状态评价体系并建立与之对应的因素集；然后，假设每一单因素所属函数是相同的，且都符合线性分布，得到深基坑在不同安全条件下的隶属函数。最后，采用层次分析法并结合工程经验，确定安全评价指标权重集及评判模型。
纵观国内外的研究现状可知，关于深基坑施工风险的研究已经逐渐趋于完善，并且取得了丰富的研究成果，但仍现有深基坑施工阶段的风险具有模糊性和不确定性，传统的风险评估方法在深基坑风险评估中具有较大的局限性，若仅采用一种方法对其进行风险评估，可能导致风险评估结果不够准确。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评估方法，包括以下步骤：
确定深基坑三级梯次联合支护体系施工工艺流程；
按照工作分解结构原则，对深基坑三级梯次联合支护体系的施工工艺流程进行工作分解；按照风险分解结构原则，对深基坑三级梯次联合支护体系的施工工艺流程进行风险分解；
将工作分解后的工序作为WBS-RBS矩阵纵向量，风险分解后的风险源作为WBS-RBS矩阵横向量，并将WBS-RBS矩阵纵向量和WBS-RBS矩阵横向量逐一耦合配对，确定深基坑三级梯次联合支护体系施工WBS-RBS风险矩阵，其中判断耦合事件发生，标记为1；反之耦合事件发生概率非常小或基本不发生标记为0；
通过WBS-RBS风险矩阵，识别不同施工阶段的风险因素，确定对深基坑三级梯次联合支护技术施工风险产生重要影响的初步风险因素清单；
根据初步风险因素清单，确定深基坑三级梯次联合支护技术风险评估的项目与子项目，建立深基坑三级梯次联合支护技术的风险评价指标体系；
基于层次分析法AHP，结合WBS-RBS风险矩阵，确定风险评价指标体系中各分项因素相对于目标的重要程度，计算险评价指标体系中各分项因素的权重集W；
基于德尔菲法将施工风险模糊处理获得隶属函数，整合所有评价因素隶属函数构建模糊评价矩阵；将权重集W与模糊评价矩阵相乘，形成模糊综合评价集；
根据模糊综合评价集，确定各施工阶段风险等级和施工整体风险等级，并根据各施工阶段风险等级和施工整体风险等级提出相应的风险应对措施，获得深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评价结果。
进一步的，所述深基坑三级梯次联合支护体系施工工艺流程，具体包括：
第一及第二排支护桩施工；第一道冠梁施工；第二道支护结构施工；第三排支护桩施工；第三道支护结构施工；基坑内工程桩施工；开挖直至坑底设计标高。
进一步的，所述按照工作分解结构原则，对深基坑三级梯次联合支护体系的施工工艺流程进行工作分解，具体包括：
第一级为深基坑三级梯次联合支护体系W；
第二级为支护桩施工W1、支护结构施工W2、工程桩施工W3、土方开挖W4；
第三级为钻孔灌注桩W11、搓管机成桩W12、土方开挖W21、钢筋工程W22、模板工程W23、混凝土工程W24、场地平整W31、钻孔灌注桩W32、机械开挖W41、人工开挖W42。
进一步的，所述按照风险分解结构原则，对深基坑三级梯次联合支护体系的施工工艺流程进行风险分解，具体包括：
第一级为深基坑三级梯次联合支护技术施工风险R；
第二级为人员风险R1、机械风险R2、材料风险R3、技术风险R4、环境风险R5；
第三级为专业知识匮乏R11、安全意识淡薄R12、施工经验不足R13、机械故障R21、设备使用不当R22、设备选型不合理R23、材料供应不足R31、材料选型不当R32、材料质量不合格R33、施工技术偏差R41、方案设计有误R42、不良地质条件R51、恶劣气候R52、建筑物密集R53。
进一步的，所述确定对深基坑三级梯次联合支护技术施工风险产生重要影响的初步风险因素清单，具体包括：
支护桩施工阶段的初步风险因素清单包括：在正式施工前未充分考虑地质条件，未进行支护桩的试成孔，地质勘探不足；在钻孔过程中没有随时监管套管垂直度，或者发生偏移未及时调整，导致咬合桩的垂直度不符合规范；在第一、三排支护桩的钻孔灌注桩或第二排支护桩的搓管机成桩过程中，钻孔操作不规范出现塌孔、缩孔现象；清孔操作不彻底、不及时，出现沉渣过厚现象；钢筋笼制作工艺不规范，出现长度、直径、焊点变形问题；在钢筋笼吊装前，没有在笼顶钢筋处做好预埋钢筋位置的标记或出现其他操作不规范，出现下钢筋笼偏位的问题；在灌注桩身混凝土时，没有准确判断导管埋管深度，导致导管埋管深度不合理；
支护结构施工阶段的初步风险因素清单包括：依次进行四层土方开挖后，才能进行冠梁、连梁、围檩和斜撑的施工；施工脚手架在搭设过程中没有按照施工规范进行作业，容易造成脚手架失稳的现象；模板支架设计方案和现场搭设不合理、方案安全技术交底不到位、超载施工引起支架坍塌；钢筋混凝土支撑未能达到质量要求，由于土的挤压造成支撑失稳；混凝土浇筑过程中施工速度快，浇筑比较频繁，流动性比较低，在后续浇筑过程中，容易出现混凝土开裂；
工程桩施工阶段的初步风险因素清单包括：场地围挡结构连接不到位或材料强度不够，易造成倒塌伤人；由于基坑周围没有对管线进行有效保护，易造成管线破坏；管线改迁时，由于管线接头质量较差或对管线埋设位置和走向判断不准确、接头材料处理不当造成线路老化和管线破损，进而引发有毒气体外泄、漏电事故；
土方开挖阶段的初步风险因素清单包括：基坑开挖过程中，因基坑边缘堆载、放坡过陡及支护、降排水不到位引起的基坑坍塌事故；土方开挖布置方案未按专项施工方案及设计要求进行，造成基坑支护局部失稳；在基坑开挖时，放坡坡度过大或降水深度不足引起土体纵向滑坡；当基坑内存在大量软土且高差较大时，容易发生基坑隆起；在土方开挖过程中未按照施工规范进行施工，易对围护结构造成损伤；基坑降水过量，引起周围建筑物和地下管线发生下降损坏。
进一步的，所述建立深基坑三级梯次联合支护技术的风险评价指标体系，具体包括：
一级风险指标包括：支护桩施工风险r1、支护结构施工风险r2、场地平整施工风险r3、土方开挖风险r4；
二级风险指标包括：地质勘探不足r11、咬合桩垂直度不符合标准r12、钻孔出现塌孔或缩孔r13、清孔不规范r14、钢筋笼质量问题r15、下钢筋笼偏位r16、导管埋管深度不合理r17、脚手架失稳r21、模板支架坍塌r22、混凝土开裂r23、场地围挡结构倒塌r31、管线破坏r32、管线改迁不合理r33、基坑坍塌r41、支撑失稳r42、土体纵向滑坡r43、基坑隆起r44、围护结构损伤r45、基坑附近建筑物变形过大r46。
进一步的，所述基于层次分析法AHP，结合WBS-RBS风险矩阵，确定风险评价指标体系中各分项因素相对于目标的重要程度，具体包括：
根据风险研究对象的层次结构和关联性将项目划分为目标层、准则层和方案层，形成逐级递进的层次结构模型；
构造两两比较的判断矩阵A：
计算判断矩阵A的最大特征值λmax，计算最大特征值λmax对应的特征向量U,对特征向量U进行归一化处理得到权重集W。
进一步的，所述判断矩阵A为：
A＝(aij)n×n；
式中，aij表示对于上一层对象而言，风险因素ri相对于rj的重要程度；aij的取值根据1～9级评判标度来确定；将因素ri和因素rj以某一判断准则通过专家经验进行相对重要性比较；若i＝j，则aij＝1；反之，aij＝1/aji；
所述权重集W的计算公式如下：
进一步的，所述基于层次分析法AHP，结合WBS-RBS风险矩阵，确定风险评价指标体系中各分项因素相对于目标的重要程度，还包括：
计算一致性指标CI和一致性比率CR：
公式中，CI为相容性指标；λmax为判断矩阵的最大特征值；n表示判断矩阵阶数；RI表示随机性指；
当一致性比率CR小于0.1时，判断矩阵通过一致性检验；反之则不满足要求，重新建立判断矩阵并进行权重计算。
进一步的，所述根据模糊综合评价集，确定各施工阶段风险等级和施工整体风险等级，并针对风险等级提出相应的风险应对措施，具体包括：
风险等级V1的风险描述为低，应对措施为风险损失小，不需要进行风险管理；
风险等级V2的风险描述为较低，应对措施为风险损失较少，应注意并对风险进行监控；
风险等级V3的风险描述为中等，应对措施为风险损失较大，应重视并对风险加强监控；
风险等级V4的风险描述为较高，应对措施为风险损失很大，应加强预警并采取相关风险管控措施；
风险等级V5的风险描述为高，应对措施为风险损失巨大，对风险不能接受，应全面采取措施规避或降低风险。
与现有技术相比，本发明提供的一种深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评估方法，其有益效果是：
本发明运用WBS-RBS矩阵法，综合考虑各项风险因素，依据施工工序将风险因素合理归类，建立深基坑三级梯次联合支护技术施工风险的风险预测指标体系；
本发明运用AHP与模糊综合评判法建立深基坑三级梯次联合支护技术风险预测模型，对其施工风险进行预测性评价；此风险预测模型结合定性与定量两种评价方法，既综合了专家丰富的工程经验，又通过模糊理论巧妙地处理风险映射关系，弱化专家评价的主观性，使得风险预测更加定量化，更具客观性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的深基坑三级梯次联合支护体系施工工艺流程图。
图2为本发明实施例提供的深基坑三级梯次联合支护体系施工项目WBS工作分解图。
图3本发明实施例提供的深基坑三级梯次联合支护体系施工项目RBS风险分解图。
图4为本发明实施例提供的深基坑三级梯次联合支护技术风险预测模型图。
具体实施方式
下面结合附图1-4，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
大面积、深基坑三级梯次联合支护体系由三排支护桩及相应的支护结构组成，该三级梯次支护桩中，基坑最外侧和最内侧支护桩为大直径灌注桩排桩，次级支护桩相对直径较小，并采用咬合设计、主要作为基坑的主要止水帷幕；同时，三排桩通过设置冠梁、连梁和围檩及斜撑等支护结构进行相互间的刚性连接，三级支护桩和支护结构形成一个超静定刚性体，各级支护桩与水平侧压力形成反向力偶可使支护体系桩的位移明显减小，桩之间的相互作用可有效地减小桩身内力，进一步地提高支护体系的整体刚度，可有效控制支护结构变形。
大面积深基坑三级梯次联合支护体系施工工艺流程如图1所示。
1深基坑三级梯次联合支护技术风险识别
由于大面积深基坑三级梯次联合支护技术适用范围小，技术新，经验少，不确定性因素多，容易引起风险事故的因素也很多。故本发明采用作为图解法的WBS-RBS分解法，从横、纵向两个方面去考虑风险之间的关联性，系统地划分多个项目层面上的风险问题，从而在避免遗漏风险因素的基础上优化风险的层次结构，能够更好的识别大面积深基坑三级梯次联合支护技术的风险，构建风险评价指标体系。
1.1WBS-RBS风险识别方法概述
WBS-RBS是一种系统的风险识别方法，通过将工作分解结构(WBS)和风险分解结构(RBS)交叉耦合形成风险识别矩阵，系统而全面地识别大面积深基坑三级梯次联合支护技术存在的风险，避免了三级梯次联合支护施工技术在施工风险因素识别过程中出现风险遗漏和识别不全面的现象，也一定程度上减少了人为因素对风险识别的影响。从而更好地构建风险评价指标体系。
工作分解(Work Breakdown Structure,WBS)是从全局出发，将一个整体工作分解成若干个相互独立、易于描述的作业单元，可以深入了解和牢牢把握项目实施的具体细节。工作分解的方法比较灵活，可以从实施过程、空间位置、功能或要素等方面入手进行分解。WBS利用系统工程理论，将复杂的大面积深基坑三级梯次联合支护技术分解为易于管理的施工工序。
RBS与WBS的思想和分解结构方法类似。RBS是对项目风险的分解，在对可能引起施工事故的风险因素进行预测的同时，结合深基坑三级梯次联合支护技术自身和周边环境的风险状况，对工程技术风险进行全面分解。
1.2三级梯次联合支护技术分解结构(WBS)
由于大面积深基坑三级梯次联合支护体系工艺流程较为复杂，按照工作分解结构原则，对深基坑三级梯次联合支护体系的施工工艺流程进行工作分解，依据工艺流程可分为两级：一级工作分解包括支护桩施工、支护结构施工、工程桩施工和土方开挖。二级工作分解依据大面积深基坑三级梯次联合支护体系的施工工艺流程在一级工作分解的基础上进行。二级工作分解结构如图2所示：
1.3三级梯次联合支护技术风险分解结构(RBS)
通过对相关文献进行总结，结合工艺流程，运用风险分解结构对大面积深基坑三级梯次联合支护技术施工风险进行逐层分解。本发明采用施工现场较为常用的4M1E法则，即从人员、机械、材料、施工技术和施工环境这五要素对大面积深基坑三级梯次联合支护体系的施工风险进行分解。风险分解结构如图3所示。
1.4构建施工风险WBS-RBS矩阵
结合相关文献资料，将图2深基坑三级梯次联合支护体系施工项目施工阶段工作分解结构的10道工序作为WBS-RBS矩阵纵向量，图3深基坑三级梯次联合支护体系体系施工风险分解结构中14个风险源作为WBS-RBS矩阵横向量，两者逐一耦合配对，确定深基坑三级梯次联合支护体系施工WBS-RBS风险矩阵。如果判断耦合事件发生，标记为1；反之耦合事件发生概率非常小或基本不发生标记为0。比如W11和R41耦合，可能发生清孔不彻底、不及时或钢筋笼制作质量差等问题；W12和R11耦合，可能发生咬合桩垂直度不符合标准等问题；W41与R12耦合，可能出现运土车辆的交通事故造成人身伤害等问题，均可以标记为1。具体表是情况如表1所示。
表1深基坑三级梯次联合支护体系施工WBS-RBS矩阵
1.5确定初步风险因素清单
通过上述WBS-RBS矩阵，我们能够初步识别出不同施工阶段的风险因素，结合相关文献，可以进一步筛选整理出对深基坑三级梯次联合支护技术施工风险产生重要影响的初步风险因素清单。
1.5.1支护桩施工阶段
(1)在正式施工前未充分考虑地质条件，未进行支护桩的试成孔，地质勘探不足；
(2)在钻孔过程中没有随时监管套管垂直度，或者发生偏移未及时调整，导致咬合桩的垂直度不符合规范；
(3)在第一、三排支护桩的钻孔灌注桩或第二排支护桩的搓管机成桩过程中，钻孔操作不规范出现塌孔、缩孔现象；
(4)清孔操作不彻底、不及时，出现沉渣过厚现象；
(5)钢筋笼制作工艺不规范，出现长度、直径、焊点变形等质量问题。
(6)在钢筋笼吊装前，没有在笼顶钢筋处做好预埋钢筋位置的标记或出现其他操作不规范，出现下钢筋笼偏位的问题；
(7)在灌注桩身混凝土时，没有准确判断导管埋管深度，导致导管埋管深度不合理。
1.5.2支护结构施工阶段
(1)在支护结构施工阶段，需要依次进行四层土方开挖，才能进行冠梁、连梁、围檩和斜撑的施工。关于土方开挖的施工风险在后文土方开挖阶段会进行详细分析，在此处便不进行赘述；
(2)在支护结构施工阶段，施工脚手架在搭设过程中没有按照施工规范进行作业，容易造成脚手架失稳的现象；
(3)模板支架设计方案和现场搭设不合理、方案安全技术交底不到位、超载施工引起支架坍塌；
(4)钢筋混凝土支撑未能达到质量要求，由于土的挤压造成支撑失稳；
(5)混凝土浇筑过程中施工速度快，浇筑比较频繁，流动性比较低。在后续浇筑过程中，容易出现混凝土开裂。
1.5.3工程桩施工阶段
(1)场地围挡结构等临时设施材料连接不到位或材料强度不够，易造成倒塌伤人；
(2)由于基坑周围没有对管线进行有效保护，易造成管线破坏；
(3)管线改迁时，由于管线接头质量较差或对管线埋设位置和走向判断不准确、接头材料处理不当等问题造成线路老化和管线破损，进而引发有毒气体外泄、漏电事故。
(4)工程桩施工阶段的钻孔灌注桩施工风险耦合结果类似于支护桩施工阶段，此处不再赘述。
1.5.4土方开挖阶段
(1)基坑开挖过程中，因基坑边缘堆载、放坡过陡及支护、降排水不到位引起的基坑坍塌事故；
(2)土方开挖布置方案未按专项施工方案及设计要求进行，造成基坑支护局部失稳；
(3)在基坑开挖时，放坡坡度过大或降水深度不足引起土体纵向滑坡；
(4)当基坑内存在大量软土且高差较大时，容易发生基坑隆起；
(5)在土方开挖过程中未按照施工规范进行施工，易对围护结构造成损伤；
(6)基坑降水过量，引起周围建筑物和地下管线发生下降损坏。
1.6深基坑三级梯次联合支护技术施工风险识别结果
根据风险识别初步清单结果，结合相关专家的经验，选取合理、主要以及能够全面反映在实际施工过程中的深基坑三级梯次联合支护技术施工的风险因素，并根据这些风险因素存在的工作阶段对其进行合理分类，明确深基坑三级梯次联合支护技术风险评估的项目与子项目，从而建立深基坑三级梯次联合支护技术的风险评价指标体系，其中一级风险指标有4个，分别是支护桩施工风险、支护结构施工风险、土方开挖风险和场地平整施工风险。二级风险指标有19个，包括基坑坍塌、支撑失稳、基地隆起等，具体如表2所示。
表2深基坑三级梯次联合支护技术施工风险指标体系
2基于模糊综合评判法的深基坑三级梯次联合支护技术风险预测模型
针对大面积深基坑三级梯次联合支护技术施工风险的随机性和风险界定范围的模糊性等变化特点，本发明将层次分析法(AHP)和模糊综合评判法(FCE)相结合，对深基坑三级梯次联合支护技术构建风险预测模型。此风险预测模型结合了定性和定量两种评价方法，很大程度上弥补了单一评价方法的缺陷。既综合了专家丰富的工程经验，又通过模糊理论巧妙地处理风险映射关系，弱化专家评价的主观性，使得风险预测更加定量化，更具客观性，此风险预测模型有利于对深基坑三级梯次联合支护技术此项新技术进行风险等级的评定，以更好地进行风险控制，保证基坑工程能够顺利实施。
层次分析法(AHP)是由美国运筹学家T.L.Saaty在20世纪70年代所提出。AHP是对定性问题进行定量分析的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法。它的思路是将复杂的研究对象分解为多个准则层的递阶层次结构，再结合专家打分法确定各层级的风险因素权重，获得项目中影响较大的因素。但层次分析法受限于专家的主观判断和专业水平，很有可能造成整个项目决策失误，最好结合其他评价方法一起使用。
模糊综合评判法，是在模糊数学基础上进行全面评估的方法。该方法是依据模糊数学中的隶属度方面的知识进行定量评判，采用隶属函数和模糊化原理来描述中介过度的模糊内容，对诸多因素控制下的问题做出全面的评估。该方法的优点是结论清楚简练、系统全面，可有效地分析不确定的、无法量化的对象，特别适用于解决各种不确定的问题。
2.1基于AHP与模糊综合评判法的深基坑三级梯次联合支护技术风险预测模型
基于AHP与模糊综合评判法的深基坑三级梯次联合支护技术施工风险预测流程见图4。
2.2.1风险预测指标体系
深基坑三级梯次联合支护技术风险预测指标体系包括支护桩施工风险、支护结构施工风险、场地平整施工风险和土方开挖风险4个一级预测指标，地质勘探不足、咬合桩垂直度不符合标准、清孔不规范等19个二级预测指标，详见表2.2。
2.2.2确定施工风险评语集
对深基坑三级梯次联合支护技术施工风险进行等级划分，组成风险评语集。综合考虑风险发生概率及影响后果，将风险由大到小划分为5级，即风险低V1、风险较低V2、风险中等V3、风险较高V4、风险高V5，具体风险等级划分及应对措施见表3。
表3风险等级划分及应对措施
2.2.3确定预测指标权重
预测指标权重确定的合适与否直接关系到深基坑三级梯次联合支护技术施工风险预测的成败，本发明采用层次分析法(AHP)，并结合WBS-RBS判断矩阵，确定各分项因素相对于目标的重要程度。具体操作流程如下：
(1)建立层次结构模型。根据风险研究对象的层次结构和关联性将项目划分为目标层、准则层和方案层，形成逐级递进的层次结构模型。
(2)构建判断矩阵。构造两两比较的判断矩阵：
A＝(aij)n×n
式中：aij表示对于上一层对象而言，风险因素ri相对于rj的重要程度。
aij的取值可根据1～9级评判标度来确定，1～9级评判标度见表4。将因素ri和因素rj以某一判断准则通过专家经验进行相对重要性比较。aij具体取值及意义见表3.2。若i＝j，则aij＝1；反之，aij＝1/aji。
表4风险因素重要性判断准则
标度 两两因素重要性比较
1 因素ri与因素rj相比，两者同等重要
3 因素ri与因素rj相比，稍微重要
5 因素ri与因素rj相比，明显重要
7 因素ri与因素rj相比，强烈重要
9 因素ri与因素rj相比，极端重要
2，4，6，8 上述两相邻判断的中值
倒数 上述重要性的相反情况，即因素rj比因素ri重要
(3)根据判断矩阵A，确定各风险因素的相对权重。首先求出判断矩阵A的最大特征值λmax，再求出最大特征值对应的特征向量U＝(u1,u2,…,un),并对该特征向量进行归一化处理得到向量W，W＝(w1,w2,…,wn)。归一化处理后向量中的值即为向量对应的相对权重。向量W的计算公式如下：
(4)计算一致性指标CI和一致性比率CR。
公式中，CI为相容性指标；λmax为判断矩阵的最大特征值；n表示判断矩阵阶数；RI表示随机性指；可通过查阅表4获得。当一致性比率CR小于0.1时，认为判断矩阵通过一致性检验。反之则不满足要求，需要重新建立判断矩阵并进行权重计算。
表4随机性指标RI数值表
n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
RI 0 0 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49
2.2.4确定隶属度矩阵
获取隶属度矩阵的常见方法一般包括模糊统计法、二元对比排序法、德尔菲法、模糊分布法。本发明综合考虑深基坑三级梯次联合支护技术施工风险的特点，采用德尔菲法将施工风险模糊处理来获得隶属函数，并以此为基础整合所有评价因素隶属度构建模糊评价矩阵R：
2.2.5进行模糊综合分析
将相应的权重集W与模糊评价矩阵R相乘，形成模糊综合评价集B：
B＝W×R＝[b1 b2…bm]
2.2.6评判结果分析并给出结论
依据最大隶属度原则，进行一级模糊综合评价，确定支护桩施工阶段、支护结构施工阶段、场地平整施工阶段和土方开挖施工阶段四个阶段的风险等级；在完成各层级一级模糊综合评价后，将层次总排序得到的权重W与一级模糊综合评价确定的隶属度模糊矩阵R相乘，得到二级模糊综合评价，根据最大隶属度原则确定深基坑三级梯次联合支护技术整体风险等级。根据综合评价获得的各施工阶段风险等级和整体风险等级，参照表3提出有针对性的风险应对措施。
实施例2：
以深圳市南山区深业世纪山谷城市更新单元一期项目(01-01、02-01地块)、土石方及基坑支护工程为例。
本项目基坑原状地面绝对标高为+5.000m,设计坑底绝对标高为-12.300m,基坑开挖深度为17.3m,基坑周长约826m,面积为43000m2。项目设计采用大面积深基坑三级联次支护体系，根据基坑深度设置三排支护桩，由基坑外至内分别为第一、第二及第三排支护桩，第一排支护桩为Φ1600@2000旋挖桩，设计桩长为31.5m,嵌入基坑底深度14.0m；第二排支护桩采用Φ1200@900咬合桩，设计桩长23.8m,嵌入基坑底深度12m；第三排桩为Φ1400@2000，设计桩长17.3m，嵌入基坑底深度11m；各级桩间通过支护结构(冠梁、连梁、围檩)及斜撑进行整体连接，形成三级梯次联合支护体系。
3工程实例施工风险评判
基于实施例1所构建的风险预测模型，对深圳市南山区基坑工程中所采用的深基坑三级梯次联合支护技术的施工风险进行综合评价，从而确定此项技术的整体风险等级和各施工阶段的风险等级，并有针对性地提出风险应对措施。
3.1确定风险预测指标体系、评语集、预测指标权重
(1)构建深基坑三级梯次联合支护技术施工风险预测指标体系。该预测指标体系包括4个一级指标体系，19个二级预测指标，详见表2。
(2)确定深基坑三级梯次联合支护技术施工风险评语集。根据风险大小，将深基坑三级梯次联合支护技术施工风险划分为5级，详见表3。
(3)确定预测指标权重。邀请南昌市从事深基坑的施工技术人员和相关专业的教授对风险因素打分，建立各级指标判断矩阵，并计算指标权重Wi,具体见表5～表9。
表5 R-Ri判断矩阵
R R1 R2 R3 R4
R1 1 2 5 3
R2 1/2 1 3 2
R3 1/5 1/3 1 1/2
R4 1/3 1/2 2 1
Wi 0.4824 0.2718 0.0883 0.1575
表6 R1-R1i判断矩阵
R1 R11 R12 R13 R14 R15 R16 R17
R11 1 1/2 1/3 1/7 2 1/3 1/7
R12 2 1 1/2 1/4 4 1/2 1/3
R13 3 2 1 1/2 6 1 1/2
R14 7 4 2 1 9 3 2
R15 1/2 1/4 1/6 1/9 1 1/6 1/7
R16 3 2 1 1/3 6 1 1/2
R17 5 3 2 1/2 7 2 1
W1i 0.0465 0.0827 0.1455 0.3339 0.0265 0.1372 0.2277
表7 R2-R2i判断矩阵
R2 R21 R22 R23
R21 1 5 3
R22 1/5 1 1/2
R23 1/3 2 1
W2i 0.6479 0.1222 0.2299
表8 R3-R3i判断矩阵
R3 R31 R32 R33
R31 1 3 5
R32 1/3 1 3
R33 1/5 1/3 1
W3i 0.6333 0.2605 0.1062
表9 R4-R4i判断矩阵
R4 R41 R42 R43 R44 R45 R46
R41 1 1/4 1/9 1/2 1/3 1/5
R42 4 1 1/3 2 2 1/2
R43 9 3 1 5 3 2
R44 2 1/2 1/5 1 1/2 1/3
R45 3 1/2 1/3 2 1 1/3
R46 5 2 1/2 3 3 1
W4i 0.0396 0.1509 0.3876 0.0724 0.1091 0.2404
3.2模糊综合评判
(1)确定隶属度矩阵。邀请10位此领域的专家和技术人员，结合工程实际情况，对预测指标进行风险评级，并对评级结果进行归一化处理，最后得出各风险预测指标的隶属度矩阵如表10所示。
表10风险等级隶属度
(2)一级模糊综合评判
①支护桩施工阶段风险：
W1＝(0.465 0.0827 0.1455 0.3339 0.0265 0.1372 0.2277
B1＝W1×R1＝(0.0352 0.3403 0.4021 0.2224 0)
上式中，W1为支护桩施工阶段风险中各风险因素的权重集；R1为支护桩施工阶段风险的单因素评判矩阵；B1为机械风险的综合评判矩阵,以下表述类同。
根据最大隶属度原则可知，支护桩施工阶段风险所处等级为V3级，即风险中等。
②支护结构施工阶段风险
W2＝(0.6479 0.1222 0.2299)
B2＝W2×R2＝(0 0.3521 0.5831 0.0648 0)
根据最大隶属度原则可知，支护结构施工阶段风险所处等级为V3级，即风险中等。
③场地平整施工阶段风险
W3＝(0.6333 0.2605 0.1062)
B3＝W3×R3＝(0 0.5848 0.3361 0.0579 0.0212)
根据最大隶属度原则可知，场地平整施工阶段风险所处等级为V2级，即风险较低。
④土方开挖施工阶段风险
W4＝(0.0396 0.1509 0.3876 0.0724 0.1091 0.2404)
B4＝W4×R4＝(0 0.0676 0.8549 0.0775 0)
根据最大隶属度原则可知，土方开挖施工阶段风险所处等级为V3级，即风险中等。
(3)二级模糊综合评判
W＝(0.4824 0.2718 0.0883 0.1575)
B＝W×R＝(0.0170 0.3221 0.5168 0.1422 0.0019)
根据最大隶属度原则可知，大面积深基坑三级梯次联合支护技术施工综合风险所处等级为V3级，即风险中等。
3.3结果分析
(1)根据最大隶属度原则可以确定场地平整施工阶段风险等级为V2级，风险较低；支护桩施工阶段风险、支护结构施工阶段风险、土方开挖施工阶段风险等级为V3级，风险中等；深基坑三级梯次联合支护技术综合评判等级为V3级，风险中等。
(2)本工程深基坑三级梯次联合支护施工技术总体风险与施工现场实际较吻合，结合表3，在深基坑三级梯次联合支护技术施工过程中应对风险加以重视，对风险加强监控；除场地平整施工阶段风险为V2级以外，其余施工阶段风险均为V3级，结合层次分析法结果，应对支护桩施工阶段中清孔不规范、导管埋置深度不合理、支护结构施工中脚手架失稳、土方开挖施工中土体纵向滑坡等二级风险加强管理，以降低风险隐患，减少施工损失。
本发明围绕大面积深基坑三级梯次联合支护技术的施工风险展开研究，结合实际工程情况和文献资料，选取WBS-RBS矩阵法构建深基坑三级联次支护技术的风险预测指标体系，在此基础上运用AHP与模糊综合评判法构建风险预测模型，并引入运用该技术的工程实例进行风险等级的预测。本发明得出的主要结论如下：
(1)建立科学、完整的风险预测指标体系是进行准确的风险预测的前提，本发明运用WBS-RBS矩阵法，综合考虑各项风险因素，依据施工工序将风险因素合理归类，建立深基坑三级梯次联合支护技术施工风险的风险预测指标体系，该风险预测指标体系包括4个一级指标，19个二级指标，其中一级风险指标包括支护桩施工风险、支护结构施工风险、场地平整施工风险和土方开挖施工风险。
(2)运用AHP与模糊综合评判法建立深基坑三级梯次联合支护技术风险预测模型，对其施工风险进行预测性评价。此风险预测模型结合定性与定量两种评价方法，既综合了专家丰富的工程经验，又通过模糊理论巧妙地处理风险映射关系，弱化专家评价的主观性，使得风险预测更加定量化，更具客观性。
(3)基于AHP与模糊综合评判法对深基坑三级梯次联合支护技术施工风险进行实例研究，得到支护桩施工风险、支护结构施工风险、场地平整施工风险、土方开挖施工风险等级分别为V3级(中等)、V3级(中等)、V2级(较低)、V3级(中等)，综合风险为V3级(中等)。总体来说，大面积深基坑三级梯次联合支护技术施工风险处于中等水平，属于可接受风险，总体上属于可控状态。对于不同阶段的施工风险，可根据风险等级采取相应的措施来降低风险，减少施工损失。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定深基坑三级梯次联合支护体系施工工艺流程；
按照工作分解结构原则，对深基坑三级梯次联合支护体系的施工工艺流程进行工作分解；按照风险分解结构原则，对深基坑三级梯次联合支护体系的施工工艺流程进行风险分解；
将工作分解后的工序作为WBS-RBS矩阵纵向量，风险分解后的风险源作为WBS-RBS矩阵横向量，并将WBS-RBS矩阵纵向量和WBS-RBS矩阵横向量逐一耦合配对，确定深基坑三级梯次联合支护体系施工WBS-RBS风险矩阵，其中判断耦合事件发生，标记为1；反之耦合事件发生概率非常小或基本不发生标记为0；
通过WBS-RBS风险矩阵，识别不同施工阶段的风险因素，确定对深基坑三级梯次联合支护技术施工风险产生重要影响的初步风险因素清单；
根据初步风险因素清单，确定深基坑三级梯次联合支护技术风险评估的项目与子项目，建立深基坑三级梯次联合支护技术的风险评价指标体系；
基于层次分析法AHP，结合WBS-RBS风险矩阵，确定风险评价指标体系中各分项因素相对于目标的重要程度，计算险评价指标体系中各分项因素的权重集W；
基于德尔菲法将施工风险模糊处理获得隶属函数，整合所有评价因素隶属函数构建模糊评价矩阵；将权重集W与模糊评价矩阵相乘，形成模糊综合评价集；
根据模糊综合评价集，确定各施工阶段风险等级和施工整体风险等级，并根据各施工阶段风险等级和施工整体风险等级提出相应的风险应对措施，获得深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评价结果。
2.如权利要求1所述的一种深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评估方法，其特征在于，所述深基坑三级梯次联合支护体系施工工艺流程，具体包括：
第一及第二排支护桩施工；第一道冠梁施工；第二道支护结构施工；第三排支护桩施工；第三道支护结构施工；基坑内工程桩施工；开挖直至坑底设计标高。
3.如权利要求1所述的一种深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评估方法，其特征在于，所述按照工作分解结构原则，对深基坑三级梯次联合支护体系的施工工艺流程进行工作分解，具体包括：
第一级为深基坑三级梯次联合支护体系W；
第二级为支护桩施工W1、支护结构施工W2、工程桩施工W3、土方开挖W4；
第三级为钻孔灌注桩W11、搓管机成桩W12、土方开挖W21、钢筋工程W22、模板工程W23、混凝土工程W24、场地平整W31、钻孔灌注桩W32、机械开挖W41、人工开挖W42。
4.如权利要求1所述的一种深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评估方法，其特征在于，所述按照风险分解结构原则，对深基坑三级梯次联合支护体系的施工工艺流程进行风险分解，具体包括：
第一级为深基坑三级梯次联合支护技术施工风险R；
第二级为人员风险R1、机械风险R2、材料风险R3、技术风险R4、环境风险R5；
第三级为专业知识匮乏R11、安全意识淡薄R12、施工经验不足R13、机械故障R21、设备使用不当R22、设备选型不合理R23、材料供应不足R31、材料选型不当R32、材料质量不合格R33、施工技术偏差R41、方案设计有误R42、不良地质条件R51、恶劣气候R52、建筑物密集R53。
5.如权利要求1所述的一种深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评估方法，其特征在于，所述确定对深基坑三级梯次联合支护技术施工风险产生重要影响的初步风险因素清单，具体包括：
支护桩施工阶段的初步风险因素清单包括：在正式施工前未充分考虑地质条件，未进行支护桩的试成孔，地质勘探不足；在钻孔过程中没有随时监管套管垂直度，或者发生偏移未及时调整，导致咬合桩的垂直度不符合规范；在第一、三排支护桩的钻孔灌注桩或第二排支护桩的搓管机成桩过程中，钻孔操作不规范出现塌孔、缩孔现象；清孔操作不彻底、不及时，出现沉渣过厚现象；钢筋笼制作工艺不规范，出现长度、直径、焊点变形问题；在钢筋笼吊装前，没有在笼顶钢筋处做好预埋钢筋位置的标记或出现其他操作不规范，出现下钢筋笼偏位的问题；在灌注桩身混凝土时，没有准确判断导管埋管深度，导致导管埋管深度不合理；
支护结构施工阶段的初步风险因素清单包括：依次进行四层土方开挖后，才能进行冠梁、连梁、围檩和斜撑的施工；施工脚手架在搭设过程中没有按照施工规范进行作业，容易造成脚手架失稳的现象；模板支架设计方案和现场搭设不合理、方案安全技术交底不到位、超载施工引起支架坍塌；钢筋混凝土支撑未能达到质量要求，由于土的挤压造成支撑失稳；混凝土浇筑过程中施工速度快，浇筑比较频繁，流动性比较低，在后续浇筑过程中，容易出现混凝土开裂；
工程桩施工阶段的初步风险因素清单包括：场地围挡结构连接不到位或材料强度不够，易造成倒塌伤人；由于基坑周围没有对管线进行有效保护，易造成管线破坏；管线改迁时，由于管线接头质量较差或对管线埋设位置和走向判断不准确、接头材料处理不当造成线路老化和管线破损，进而引发有毒气体外泄、漏电事故；
土方开挖阶段的初步风险因素清单包括：基坑开挖过程中，因基坑边缘堆载、放坡过陡及支护、降排水不到位引起的基坑坍塌事故；土方开挖布置方案未按专项施工方案及设计要求进行，造成基坑支护局部失稳；在基坑开挖时，放坡坡度过大或降水深度不足引起土体纵向滑坡；当基坑内存在大量软土且高差较大时，容易发生基坑隆起；在土方开挖过程中未按照施工规范进行施工，易对围护结构造成损伤；基坑降水过量，引起周围建筑物和地下管线发生下降损坏。
6.如权利要求1所述的一种深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评估方法，其特征在于，所述建立深基坑三级梯次联合支护技术的风险评价指标体系，具体包括：
一级风险指标包括：支护桩施工风险r1、支护结构施工风险r2、场地平整施工风险r3、土方开挖风险r4；
二级风险指标包括：地质勘探不足r11、咬合桩垂直度不符合标准r12、钻孔出现塌孔或缩孔r13、清孔不规范r14、钢筋笼质量问题r15、下钢筋笼偏位r16、导管埋管深度不合理r17、脚手架失稳r21、模板支架坍塌r22、混凝土开裂r23、场地围挡结构倒塌r31、管线破坏r32、管线改迁不合理r33、基坑坍塌r41、支撑失稳r42、土体纵向滑坡r43、基坑隆起r44、围护结构损伤r45、基坑附近建筑物变形过大r46。
7.如权利要求1所述的一种深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评估方法，其特征在于，所述基于层次分析法AHP，结合WBS-RBS风险矩阵，确定风险评价指标体系中各分项因素相对于目标的重要程度，具体包括：
根据风险研究对象的层次结构和关联性将项目划分为目标层、准则层和方案层，形成逐级递进的层次结构模型；
构造两两比较的判断矩阵A：
计算判断矩阵A的最大特征值λmax，计算最大特征值λmax对应的特征向量U,对特征向量U进行归一化处理得到权重集W。
8.如权利要求7所述的一种深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评估方法，其特征在于，所述判断矩阵A为：
A＝(aij)n×n；
式中，aij表示对于上一层对象而言，风险因素ri相对于rj的重要程度；aij的取值根据1～9级评判标度来确定；将因素ri和因素rj以某一判断准则通过专家经验进行相对重要性比较；若i＝j，则aij＝1；反之，aij＝1/aji；
所述权重集W的计算公式如下：
9.如权利要求7所述的一种深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评估方法，其特征在于，所述基于层次分析法AHP，结合WBS-RBS风险矩阵，确定风险评价指标体系中各分项因素相对于目标的重要程度，还包括：
计算一致性指标CI和一致性比率CR：
公式中，CI为相容性指标；λmax为判断矩阵的最大特征值；n表示判断矩阵阶数；RI表示随机性指；
当一致性比率CR小于0.1时，判断矩阵通过一致性检验；反之则不满足要求，重新建立判断矩阵并进行权重计算。
10.如权利要求1所述的一种深基坑三级梯次联合支护施工技术的风险评估方法，其特征在于，所述根据模糊综合评价集，确定各施工阶段风险等级和施工整体风险等级，并针对风险等级提出相应的风险应对措施，具体包括：
风险等级V1的风险描述为低，应对措施为风险损失小，不需要进行风险管理；
风险等级V2的风险描述为较低，应对措施为风险损失较少，应注意并对风险进行监控；
风险等级V3的风险描述为中等，应对措施为风险损失较大，应重视并对风险加强监控；
风险等级V4的风险描述为较高，应对措施为风险损失很大，应加强预警并采取相关风险管控措施；
风险等级V5的风险描述为高，应对措施为风险损失巨大，对风险不能接受，应全面采取措施规避或降低风险。
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