船閘基坑安全監控系統的模糊綜合評判

龔傲龍 王保田

(河海大學土木與交通工程學院，江蘇南京 210098)

0 引言

船閘基坑體系是一個非常復雜的系統，其穩定性受到地質條件、周圍環境、施工規范程度等多方面的影響，而且深基坑的開挖施工過程具有很大的動態性，與之相關的穩定性和環境影響也在進行動態變化。因此，在施工過程中，必須對施工主體及周邊環境進行三維空間全方位、全過程的監測。為充分體現各因素的不確定性和研究方法的有效、科學性［1］，在分析模型中運用層次分析法對監測項目進行分析并得出權重。再運用模糊綜合評判法對實際工程中的監測數據進行多層次的綜合評估［2-5］，最終得出科學合理的基坑安全風險等級。

1 船閘基坑施工安全的評價指標體系及其指標因素權重的確定

1．1 評價指標體系

船閘基坑的安全評估系統可以由基坑本體和周圍環境2個子系統組成。因此，我們可以根據相應的監測數據來對基坑工程的安全風險等級作出評估。建立的船閘基坑施工安全狀態評價指標體系如圖1所示。

圖1 船閘基坑施工安全狀態評價指標體系

1．2 指標因素權重的確定

表1，表2中給出了第二層次單排序權重W，并驗證了所構造的各判斷矩陣均具有合適的一致性。

表1 B1—C判斷矩陣及一致性檢驗

表2 B2—C判斷矩陣及一致性檢驗

結合以往工程實際［6］，采用最大變形速率比采用最大變形值來判斷基坑的危險往往更加準確及時。因此，第三層影響因素集的權重集取為{變形累計，變形速率}={0．2，0．8}。

2 模糊綜合評判法

1)確定因素集。

取圖1中船閘基坑安全狀態評價指標體系的指標因素作為船閘安全狀態的評判因素集。

2)建立評價集。

船閘基坑體系各單因素安全評價指標［7］，見表3。

表3 船閘基坑體系單因素安全評價指標

3)建立隸屬度。

本文假設表3所列各單因素隸屬函數相同，均服從線性分布［8］。各狀態隸屬函數曲線見圖2～圖5。

圖2 安全狀態的隸屬函數曲線

圖3 關注狀態的隸屬函數曲線

4)建立模糊綜合評判矩陣。

圖4 報警狀態的隸屬函數曲線

圖5 危險狀態的隸屬函數曲線

其中，R為因素集到評價集的一個模糊關系;rij為因素對評價等級的vj的隸屬度。

5)模糊綜合評判。

其中，U為評價集中的一個模糊子集;uj(j=1，2，…，n)為等級綜合評判所得到的等級模糊子集U的隸屬度。

6)確定評價分值。

利用評價向量的分量形成權重，通過確定各等級對應的分值，對各等級的分值進行加權平均，得到評價分值。評價分值的計算公式如下:

式中:m——選定的正實數;

uj——評價向量U中對應于第j級環境質量水平的值;

vj——第j級環境質量水平所打的分值;

F——最終得分。

取如下的評價分值V={Ⅰ(100)，Ⅱ(60)，Ⅲ(20)，Ⅳ(0)}。

3 實例

秦淮河船閘位于秦淮河航道秦淮新河下游，對其進行擴容改造工程，船閘基坑南岸建有秦淮新河節制閘及節制閘管理所，基坑開挖深度9．2 m。將該工程2012年10月7日～10月14日(基坑南岸支護措施設置不及時，造成節制閘管理所部分房子產生裂縫險情)的監測數據進行基坑體系單因素指標整理，見表4。

表4 10月7日～10月14日監測數據單因素指標

1)第三層評判矩陣及評判模型。

2)第二層評判矩陣及評判模型。

基坑本體的評判模型:

周圍環境的評判模型:

3)最頂層評判矩陣及評判模型。

基坑本體的評判模型歸一化得模糊子集為:

最后得分為:

周圍環境的評判模型歸一化得模糊子集為:

最后得分為:

綜上，可以得到基坑的安全評價如表5所示。

表5 10月7日～10月14日基坑體系安全狀態評價

從結果來看，按照最大隸屬度原則，10月7日～10月14日的基坑本體處于報警狀態，臨近危險狀態;周圍環境處于報警狀態，臨近關注狀態，現場應對基坑本體和周圍環境均采取一定的搶救措施;按照模型得分原則，基坑本體更為嚴峻，風險更大，應采取優先搶救措施。

4 結語

本文采用層次分析法構造的評價指標體系能夠比較全面的反映船閘基坑安全狀態的實際狀況，運用模糊綜合評判法能夠比較客觀、真實的對船閘基坑安全風險等級作出定量評估和判斷，使各風險因素更為直觀。本文結果顯示，結合層次分析法和模糊綜合評判法分析基坑安全監測數據，是基坑安全監控的一個較好的發展方向。

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