1中铁十四局集团有限公司 山东省济南市 250101 2山东大学 山东省济南市 250100
摘要：本文采用模糊综合评价模型对长株潭大直径盾构隧道工程施工存在的各种风险进行评价和定级，从而采取各种合适的针对性措施，实施风险控制，防止风险事件的发生。其结果可供长株潭城际铁路今后盾构隧道工程和国内其他城市盾构隧道施工风险控制作为参考。
关键词：大直径盾构，模糊综合评价模型，风险评价和定级
1 工程概况
通过对盾构施工风险的识别和分析，结合树木岭隧道地层土压平衡盾构隧道的现场施工经验，盾构隧道施工存在的主要风险为：地面沉陷(u1)、既有铁路线的沉降及位移(u2)、建筑物破坏(u3)、地下管线破坏(u4)、盾构机刀盘被卡(u5)、开挖轴线偏离(u6)、盾构机大型故障(u7)、人员伤亡(u8)、盾构机刀盘损坏(u9)、盾构机密封系统失效(u10)等。
2 模糊综合评价模型
模糊综合评价通过构造等级模糊子集，把反映评价对象的模糊指标进行量化（即确定隶属度），然后，利用模糊变换原理对各指标进行综合运算，得出评价结果[1]。具体步骤如下。
(1) 建立评价对象因素集
把大型盾构进出洞施工视为一个多因素的集合，把表明施工风险状况属性的对象全体u1，u2，…，un称为评价因素集U，即
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(1)
(2) 评价因素权重的分配
根据各因素，对盾构进出洞施工风险状况影响的大小，采用层次分析法，确定其权重分配。设权重模糊向量为：
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(2)
权重分配的特点：
1) 集合
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中各因素权重均大于零，且≤1，即0＜
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≤1；
2) 集合
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中各因素权重代数和等于1，
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(3) 确定评判集
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根据盾构进出洞的风险状况，建立评判集
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如下：
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(3)
(4) 分配各子因素权重
根据各子因素对评判集V={v1，v2，…，vk}的影响大小，对其权重分配为：(wi1，wi2，…wik)，设w为其子因素模糊向量，则：
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(4)
(5) 建立单因素评判，即建立一个从U到
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的模糊映射
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(5a)
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(5b)
这里，0≤rij≤1，1≤i≤n，1≤j≤m；由f可以推导出模糊关系，得到模糊关系矩阵，这是一个单因素评判矩阵：
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(6)
(6) 模糊综合评价矩阵的计算
根据盾构进出洞施工风险各因素矩阵与模糊矩阵的关系，可以得到(
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，
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，R)构成的一个综合评判模型，即
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(7)
记为：
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(8)
它是
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上的一个子集。其中：
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(9)
如果评判结果
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，就对其结果进行归一化处理。
3 采用模糊综合评价法对盾构隧道施工风险因素后果分级
本章采用模糊综合评价法，对长株潭城际铁路II标树木岭盾构隧道工程进行风险评价，具体计算过程如下。
(1) 确定风险事件集和后果评语集两个域。根据树木岭盾构隧道工程施工阶段的10种主要风险，将这些风险事件构成集合，就形成风险事件因素集U={u1，u2，…，u10}。评价风险事件产生的后果，一般分成五种情况，这五种情况就构成了长株潭城际铁路II标树木岭盾构隧道工程风险事件的后果评语集
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={可忽略的(v1)，需考虑(v2)，严重的(v3)，非常重大(v4)，灾难性(v5)}。
(2) 确定参评风险事件因素权重值。参评风险事件因素权重值的确定，就是确定风险事件因素的权重向量矩阵A。本章主要采用0-1评分累计法，即经过专家对每个风险事件评分后，取其平均值，求得各参评因素权重值，见表1。
表1 参评风险因素权重值
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则参评风险事件因素的权重向量为：
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={0.125，0.125，0.2，0.125，0.05，0.025，0.2，0.05，0.075，0.025}。
(3) 计算模糊关系矩阵
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作为从U到V的一个模糊映射，可以确定一个模糊关系
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，它可以表示为一个模糊矩阵
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。rij通过专家投票百分比法确定，即由专家及有关人员组成投票小组，按照评语等级分级标准，在每项评价因素的m个等级中进行投票，最后以百分数确定rij。通过专家投票，经统计和计算，就可以得出模糊矩阵
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。得到
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为：
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(4) 计算综合评价向量
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。有了权重集
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和模糊矩阵
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。可以求出
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，计算结果为：
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(10)
式中，bi(i=1，2，…，5)分别为评价结果隶属于评语集的隶属度，通过矩阵
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和
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就可以计算长株潭城际铁路II标树木岭盾构隧道施工10个风险事件因素的后果综合评价值，通过计算，综合评价向量结果为：
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={0.36375，0.40075，0.3235，0.416，0.19525，0.197，0.22025，0.40075，0.17425，0.24025}
为了方便对各个风险因素的后果进行分级，可以对综合评价向量Cf归一化处理：
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(11)
式中，
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，
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。
用上述方法进行处理，归一化后得：
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={0.784，0.937，0.617，1，0.087，0.094，0.19，0.937，0，0.273}。
根据计算的综合评价值，将长株潭城际铁路II标盾构隧道工程的10种风险事件因素纳入上述后果评语集
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定义的五个级别，具体划分情况见表2。
表2 盾构隧道施工风险后果程度分级
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通过前面的分析和计算，根据《地铁及地下工程建设风险管理指南》[2]，结合表2，得出长株潭城际铁路II标盾构隧道施工阶段可能发生的主要风险事件发生的概率以及发生后造成后果的等级，将每个风险事件的概率和后果等级组合起来，就可以确定每个风险事件的等级，见表3。
表3 长株潭城际铁路II标盾构隧道施工风险因素定级
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4 结论
结合模糊综合评价模型计算结果，并由表3可以看出，既有铁路线沉降及水平位移(u2)、管线破坏(u4)和人员伤亡(u8)排到了等级5，为风险最大的风险事件；其次为地表沉降过大(u1)风险等级为3；建筑物破坏(u3)，风险等级为2；然后为刀盘卡住(u5)、轴线的偏移(u6)、盾构大型的故障(u7)、刀盘的结构性破坏(u9)和密封系统的失效(u10)风险等级为1，为可忽略风险事件。
参考文献：
[1] 柳顺. 基于数据包络分析的模糊综合评价方法及其应用[D].浙江：浙江大学,2010.
[2] 《地铁及地下工程建设风险管理指南》[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.