基于因子分析的地鐵盾構(gòu)施工沉降風(fēng)險辨識與研究

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1 引言

地鐵能夠有效的改善城市人口密集化不斷加大而造成的交通壓力，近年來大量地鐵施工建設(shè)在全國范圍內(nèi)不斷的進(jìn)行，因為地鐵盾構(gòu)施工中存在較多的不可控因素，這些因素體現(xiàn)在客觀的施工環(huán)境影響、施工技術(shù)上的缺陷、施工質(zhì)量的不合格等，給盾構(gòu)施工帶來了一系列的風(fēng)險，這些風(fēng)險中表現(xiàn)最為常見的就是對上層土體結(jié)構(gòu)造成的沉降破壞，進(jìn)而給周圍的建筑物、道路、管線設(shè)備的正常使用造成了一定的安全隱患，如果能夠?qū)⑹┕ぶ械娘L(fēng)險因素充分的列出，并且進(jìn)行科學(xué)化的論證分析，那么在施工中就可以把握控制風(fēng)險的重點。

2 地鐵盾構(gòu)施工地表沉降WBS-RBS分解分析

(1)WBS是在系統(tǒng)原理的理論指導(dǎo)下，通過將地鐵盾構(gòu)過程中的能夠影響地表沉降的影響因素，按照一定的系統(tǒng)分解方式，不斷細(xì)化分解，最終形成最簡單的、獨立的影響因素分析單元。將風(fēng)險因素與基本工作相互交叉，建立的矩陣模型就是WBS-RBS矩陣，對WBS-RBS矩陣中的單位構(gòu)成元素詳細(xì)的分析，就能有效的將地鐵盾構(gòu)施工中的沉降風(fēng)險因素一一識別，對各個風(fēng)險因素是否存在影響效果以及影響效果的程度進(jìn)行有效的分析。

(2)本文通過分析施工過程中的“人”、“機(jī)”、“料”、“法”、“環(huán)”五方面因素，結(jié)合在者五中因素條件下的施工基本工作，建立了WBS-RBS矩陣模型，列舉了影響地鐵盾構(gòu)施工的沉降風(fēng)險識別內(nèi)容。比如在“人”的影響因素條件下的組織能力因素，是關(guān)系到施工有序開展，規(guī)范化作業(yè)的重要保障，施工工作只有充分按照各種設(shè)計方案以及規(guī)范的科學(xué)化要求，才能極大的避免施工過程中遇到的各種不利影響，所以組織能力是施工總體進(jìn)程的宏觀把控，它是確保盾構(gòu)施工各個層面上的保障體系，涉及到的控制因素非常復(fù)雜，而不僅僅是某個影響層面的單一影響點；在“機(jī)”械設(shè)備的影響因素中，盾構(gòu)的運行施工過程中，盾構(gòu)取土、盾構(gòu)支撐以及后續(xù)有效的襯砌跟進(jìn)能偶保證盾構(gòu)施工過程的穩(wěn)定安全的開展，如果盾構(gòu)設(shè)備在取土?xí)r發(fā)生了較大的故障，那么必然會影響到上部地面的承載力，承載力的波動會直接影響地面的不穩(wěn)定；在材“料”影響因素下的管片質(zhì)量對沉降也有影響，因為管片的質(zhì)量是提供盾構(gòu)掘進(jìn)取土之后的承載力補(bǔ)充，如果管片質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，不能有效的提供承載力，那么必然會導(dǎo)致地面發(fā)生不穩(wěn)定的發(fā)展趨勢；在施工方“法”因素條件下的注漿壓力影響，如果注漿壓力過大，超出了注漿設(shè)備和其配套管道的承受能力，造成了后續(xù)的注漿工作無法快速開展，而盾構(gòu)施工部位會因為注漿的不及時而造成沉降風(fēng)險； “環(huán)”境條件下的軟弱土層因素，對盾構(gòu)施工也有一定的影響，其體現(xiàn)在軟弱土層的承載力較小的方面，軟如土層在原本沉降風(fēng)險就很大的客觀條件下，如果再經(jīng)受盾構(gòu)施工過程中的一系列擾動影響，那么會使原本就比較脆弱的土層承載體系變得十分難以維持。這些不同影響因素層面下的基本施工工作和管理辦法都不同程度的對盾構(gòu)施工中的沉降造成了一定的風(fēng)險，根據(jù)查閱相關(guān)技術(shù)文件以及與具有豐富經(jīng)驗的技術(shù)專家工作者的交流，整理列舉了“人”、“機(jī)”、“料”、“法”、“環(huán)”五方面因素下的37種影響因子，其具體內(nèi)容如表1所示：

表1 地鐵盾構(gòu)施工的沉降風(fēng)險表

3 因子分析

依靠次約束理論，構(gòu)建權(quán)重固定化的次約束模型，體系整體與單項缺失評價模型共同組成評價整體機(jī)制，該機(jī)制是對每一個分析因素打分后，測試某個指標(biāo)缺失后整體指標(biāo)的影響程度，將所有指標(biāo)全部處理之后分析各個指標(biāo)的重要性。問卷調(diào)查法，是一種比較普遍的數(shù)據(jù)重要程度分析的方法，這種方法結(jié)合科學(xué)化的數(shù)學(xué)計算原理和公式的加工，能夠有效的體現(xiàn)出數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵影響因子，本調(diào)查通過分別對10名技術(shù)專家發(fā)放調(diào)查問卷，這些技術(shù)專家在地鐵盾構(gòu)施工領(lǐng)域都有豐富的經(jīng)驗和客觀問題的判斷能力，這些專家通過對上述37個指標(biāo)因素的分別評價打分，共形成了370個原始性得分?jǐn)?shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)化處理后逐個分析各個指標(biāo)的重要性。模型評價系統(tǒng)分別對優(yōu)向量xα和次向量xβ評價，其中xα公式如下，

缺失評價就是將xα為(1，1，……，1)T，xβ為(0，0，…，0)T從xj=(x1j，x2j，…，xmj)T中選擇一個指標(biāo)將其得分改為0，記為sk，其他指標(biāo)得分不做任何處理。無約束的評價模型如下所示：

yjα受(xj，xα)，d(xj，xβ)變化的影響，故第k個指標(biāo)缺失評價之后模型為：

表2 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的各指標(biāo)專家打分表

………………… …34洞內(nèi)外監(jiān)測0.027 35溝通能力 0.026 36支撐方式 0.013 37障礙物 0.010

本文從“人”、“機(jī)”、“料”、“法”、“環(huán)”五方面影響因素分析入手，利用WBS系統(tǒng)原理將盾構(gòu)施工過程中的各項引起沉降風(fēng)險的施工工作以及各個條件影響的因子一一列舉出來，將各個施工階段的風(fēng)險點清晰化的呈現(xiàn)出來，為提取關(guān)鍵的影響因子做好了充分的前提準(zhǔn)備，另外當(dāng)出現(xiàn)不良的沉降事故時，這些全面的影響因子可以為決策者提供清晰的因素分析參考，通過影響因素的排除法，可以盡快的確定造成沉降的直接因素，為制定應(yīng)急措施和技術(shù)方案提供了快速準(zhǔn)確的參考。由最終的數(shù)據(jù)可知，組織能力、襯砌拼裝、不良軟弱地層在地鐵盾構(gòu)施工沉降風(fēng)險中的影響程度排名很靠前。在地鐵的盾構(gòu)施工中應(yīng)該重點對這些影響施工沉降程度較大的因素進(jìn)行重點控制，洞內(nèi)外監(jiān)測、溝通能力、支撐方式、障礙物這些因子分析，在本次的模型分析下呈現(xiàn)出較低的沉降影響，一般來說，在盾構(gòu)施工的沉降控制中，可以適當(dāng)?shù)臏p少主要精力的關(guān)注，但是，具體問題應(yīng)該具體分析，本文的模型分析是建立在常規(guī)條件下的因子沉降分析，對于特殊的條件并不能完全適用，比如對于失陷性土層、極其軟弱土層的特殊不良地質(zhì)條件下的盾構(gòu)施工，支撐方式或許會對沉降影響的程度很大，因為特殊地質(zhì)條件下的盾構(gòu)施工，需要特殊的支撐結(jié)構(gòu)作為充分的保障，所以科學(xué)合理的支撐方式的選擇對這些地質(zhì)條件的穩(wěn)定性保障是十分必要的。

4 結(jié)語

WBS-RBS分析與數(shù)學(xué)處理模型的結(jié)合，可以從一定角度上提供地鐵盾構(gòu)施工沉降風(fēng)險辨識與分析的思路，通過分析結(jié)果，可以分清主次的做好施工安全的各項施工安全準(zhǔn)備工作，基于因子分析的施工方法較多，在施工安全方案的制定上，可以充分借鑒各種分析方法的重點指向，為工程建設(shè)施工的安全做出重要的指導(dǎo)和參考。