基于AHP的地下工程基坑開挖風險評價
——以杭州艮山東路地下管廊工程為例

侯文麗 徐 港

（三亞學院，海南 三亞 572022）

基坑工程由地質勘探、圍護或放坡、基坑開挖等過程組成。基坑開挖這一過程是基坑施工過程中的一個重要環節。在基坑開挖以前，要根據已有的地質資料，以及工地周邊的環境，對工程進行地質勘探，結合勘探結果給出開挖方案。開挖方式根據基坑開挖的深度而定，開挖不深的可以采取放坡的方法進行施工，開挖較深的要采取基坑壁支護的方法進行施工。放坡時，為了保障土坡的穩定性，需要根據施工現場的時間情況以及施工規定來確定放坡坡度的大小。但是基坑工程地質環境復雜，城市中大量的建筑使得基坑旁會有各種重要建筑緊鄰。因此，必須要在保證基坑的身強度等重要條件的基礎下，對基坑周邊建筑物的影響降到最低，使其正常的使用不受影響。

在大多數的基坑工程中，基坑開挖以及基坑的支護工作都是臨時性的工作，因此非常容易疏忽基坑環境的復雜性以及基坑開挖的風險性。工程進行的過程中一旦有一個環節因為某種原因出現問題，就會引發基坑開挖的工程事故。同時，基坑開挖工程從理論知識到生產實踐這個過程中不完善，這也是工程施工發生的一個原因。

通過對地下工程基坑開挖的風險進行前期研究分析，可得到地下工程基坑開發項目一般具有一些項風險影響因素：（1）工程環境；（2）組織因素；（3）技術因素；（4）施工作業。本文基于此些風險影響因素，對案例中的基坑項目風險進行評價。

層次分析法作為一種具有實用性、多準則性的決策方法，能把需要分析研究的復雜問題以數學化的思維進行定量分析，從而使無規則性的事物轉換為有序的層次結構。這是一種具有實用、簡潔、系統等優秀性質的方法，已在生產生活的各個領域得到廣泛的應用。本文以杭州艮山東路地下管廊基坑工程為研究背景，對地下工程的基坑開挖環節的風險評價進行了研究，剖析基坑工程在施工的過程中發生的危險因素，確定因素的影響程度，合理規避風險，保證基坑工程的順利實施。

1 AHP在案例中的應用

本文研究的為該工程的Ⅰ標段，工程范圍為K0+100.000～K3+272.500，全長3.17 km；道路的起點樁號為K0+100，終點樁號為K3+272.5，全長3 172.5 m；高架起點樁號為K1+490，終點樁號為K3+272.5，全長1 691.75 m；管廊起點樁號GL-0+000，終點樁號為GL-1+898.927，全長1 898.927 m。

本工程范圍內需要基坑圍護的項目主要有綜合管廊主體、管廊附屬、遷改管線及河道駁坎四部分，均采用明挖順做法施工；基坑開挖深度3.0～13.7 m，基坑寬約3～15.5 m，基坑開挖涉及的土層主要為填土和砂質粉土層。通過專家意見和資料整合后基坑開挖工程指標的模型如圖1所示。

圖1 基坑開挖工程指標模型

1.1 單因素評價

通過有關專家進行等級評判的所得數據，在實踐經驗的基礎上進行解剖分析，最后通過系統的歸納整理，對難分析的單因素進行兩兩對比，得出合理估算，從而判斷出各層次的判斷矩陣。如表1所示。

表1 基坑開挖風險評價A-B層次判斷矩陣

將每列正規化后的判斷矩陣按照行相加：

B1=1+1/2+2+2+1/3=5.833 3；

B2=2+1+4+6+3=16；

B3=1/2+1/4+1+3+1/2=5.25；B4=1/2+1/6+1/3+1+1/4=2.25；

B5=3+1/3+2+4+1=10.333 3。

把A-B層次的判斷矩陣內的各元素÷其相對應列總和，得出值后將所得結果建成新判斷矩陣，將矩陣內每一行分別求和，并除以相應個數，得出權重：

W1=0.180 8；W2=0.060 4；W3=0.225 0；W4=0.424 2；W5=0.109 6

把權重值代入公式可得最大特征值為：

把最大特征值代入公式可得：

由表1可得：RI=1.12

把CI和RI值代入公式可得：

CR＜0.1，判斷可靠。

工程環境B1-C層次的判斷矩陣如表2所示。

表2 工程環境B1-C層次的判斷矩陣

將每列正規化后的判斷矩陣按照行相加：

C11=1+1/2+5=6.5；C12=2+1+1/2=3.5；C13=1/5+2+1=3.2；

把B1-C層次的判斷矩陣內的各元素÷其相對應列總和，得出值后將所得結果建成新判斷矩陣，將矩陣內每一行分別求和，并除以相應個數，得出權重：

W11=0.262 6；W12=0.329 2；W13=0.408 2。

把權重值代入公式可得最大特征值為：

把最大特征值代入公式可得：

由表2可得：RI=0.58。

把CI和RI值代入公式可得：CR=CI/RI=0.068 3；

CR＜0.1，判斷可靠。

組織因素B2-C層次的判斷矩陣如表3所示。

表3 組織因素B2-C層次的判斷矩陣

將每列正規化后的判斷矩陣按照行相加：

C21=1+6+1=8；

C22=1/6+1+3=4.166；

C23=1+1/3+1=2.333 3。

把B2-C層次的判斷矩陣內的各元素÷其相對應列總和，得出值后將所得結果建成新判斷矩陣，將矩陣內每一行分別求和，并除以相應個數，得出權重：

W21=0.197 9；W22=0.377 6；W23=0.424 5。把權重值代入公式可得最大特征值為：

把最大特征值代入公式可得：

由表3可得：RI=0.58。

把CI和RI值代入公式可得：CR=CI/RI=0.025 2；

CR＜0.1，判斷可靠。

技術因素B3-C層次的判斷矩陣如表4所示。

表4 技術因素B3-C層次的判斷矩陣

將每列正規化后的判斷矩陣按照行相加：

C31=1+2+1/3=3.333 3；

C32=1/2+1+3=4.5；

C33=3+1/3+1=4.333 3；

把B3-C層次的判斷矩陣內的各元素÷其相對應列總和，得出值后將所得結果建成新判斷矩陣，將矩陣內每一行分別求和，并除以相應個數，得出權重：

W31=0.367 8；W32=0.299 7；W33=0.332 5。

把權重值代入公式可得最大特征值為：

把最大特征值代入公式可得：

由表5可得：RI=0.58。

把CI和RI值代入公式可得：CR=CI/RI=0.003 6；

CR＜0.1，判斷可靠。

施工作業B4-C層次的判斷矩陣如表5所示。

表5 施工作業B4-C層次的判斷矩陣

將每列正規化后的判斷矩陣按照行相加：

C41=1+2+1/2=3.5；

C42=1/2+1+5=6.5；

C43=2+1/5+1=3.2；

把B4-C層次的判斷矩陣內的各元素÷其相對應列總和，得出值后將所得結果建成新判斷矩陣，將矩陣內每一行分別求和，并除以相應個數，得出權重：

W41=0.329 2；W42=0.262 6；W43=0.408 2。

把權重值代入公式可得最大特征值為：

把最大特征值代入公式可得：

由表5可得：RI=0.58。

把CI和RI值代入公式可得：CR=CI/RI=0.068 3；

CR＜0.1，判斷可靠。

現場管理B5-C層次的判斷矩陣如表6所示。

表6 現場管理B5-C層次的判斷矩陣

將每列正規化后的判斷矩陣按照行相加：

C51=1+4+1=6；C52=1/4+1+5=6.25；C53=1+1/5+1=2.2。

把B5-C層次的判斷矩陣內的各元素÷其相對應列總和，得出值后將所得結果建成新判斷矩陣，將矩陣內每一行分別求和，并除以相應個數，得出權重：

W51=0.220 4；W52=0.305 9；W53=0.473 7

把權重值代入公式可得最大特征值為：

把最大特征值代入公式可得：

由表6可得：RI=0.58。

把CI和RI值代入公式可得：CR=CI/RI=0.082 3；

CR＜0. 1，判斷可靠。

1.2 綜合因素評價

以上各計算結果，具體歸納如表7所示。

表7 基坑工程開挖風險評價A權重歸總

對總排序進行檢驗：

因為CR＜0.1，所以矩陣整體排序具有滿意的一致性，這些因素對于基坑開挖是有影響的。

1.3 小結

通過對上述各個數據的分析，可以發現在總排序中，土方開挖與運輸作業C43的權重是0.173 2，支護作業C41的總權重是0.139 6，降排水作業C42的總權重是0.111 4。由此可以得出，土方開挖與運輸作業、支護作業和降排水作業這三個指標對基坑開挖工程影響成正比。尤其是土方開挖與運輸作業的影響最為巨大，上述分析所得結果剛好與實際中的基坑開挖工程風險評價的結果相一致，因此，基坑開挖的重點在于土方開挖與運輸作業。故對于每一個階段有可能對發生的問題，在分析的基礎上采取相應的措施才是解決的關鍵。雖然沒有對所有的基坑開挖影響因素進行矩形分析，但是本章中通過AHP分析法所得的計算結果仍舊可以客觀地分析基坑開挖工程的風險，由此也不難看出，層次分析法在基坑開挖工程風險分析上所具有的優勢。

從結果可知，基坑開挖工程施工的過程中，前期支護作業要嚴格把控，開挖過程中要做好降排水工作，挖掘駕駛員帶證上崗，施工設備要報驗后開始施工。

2 結語

本文以實際工程為研究背景，以杭州市艮山東路地下管廊工程基坑施工風險評價作為主要研究目標。通過相關數據的收集以及案例對基坑開挖風險評價進行風險因素的分析。對基坑開挖的過程進行了全面的系統研究，可知，影響基坑工程施工的主要因素為：基坑工程所在地的地質情況、基坑周圍的環境、基坑所固有的特征、施工的工藝、技術以及施工工序和施工過程中的氣候條件。結合杭州艮山東路地下管廊工程，利用AHP對基坑工程開挖過程中的風險評價進行研究得出結果，較好地反映了實際情況。通過分析的結果得出，土方開挖與運輸作業、支護作業和降排水作業這三個指標對基坑開挖工程影響是非常大的。其中土方開挖與運輸作業指標的影響因素最大。

本文研究了地下工程基坑開挖部分風險因素，但是若要得出完整的處理方案和系統化的風險評估，還需要對研究所得的結果進行深層次的探討。總之，對基坑開挖風險評價進行了部分研究，研究成果還需進行大量的細化研究。