船闸基坑安全监控系统的模糊综合评判

龚傲龙 王保田

(河海大学土木与交通工程学院，江苏南京 210098)

0 引言

船闸基坑体系是一个非常复杂的系统，其稳定性受到地质条件、周围环境、施工规范程度等多方面的影响，而且深基坑的开挖施工过程具有很大的动态性，与之相关的稳定性和环境影响也在进行动态变化。因此，在施工过程中，必须对施工主体及周边环境进行三维空间全方位、全过程的监测。为充分体现各因素的不确定性和研究方法的有效、科学性［1］，在分析模型中运用层次分析法对监测项目进行分析并得出权重。再运用模糊综合评判法对实际工程中的监测数据进行多层次的综合评估［2-5］，最终得出科学合理的基坑安全风险等级。

1 船闸基坑施工安全的评价指标体系及其指标因素权重的确定

1．1 评价指标体系

船闸基坑的安全评估系统可以由基坑本体和周围环境2个子系统组成。因此，我们可以根据相应的监测数据来对基坑工程的安全风险等级作出评估。建立的船闸基坑施工安全状态评价指标体系如图1所示。

图1 船闸基坑施工安全状态评价指标体系

1．2 指标因素权重的确定

表1，表2中给出了第二层次单排序权重W，并验证了所构造的各判断矩阵均具有合适的一致性。

表1 B1—C判断矩阵及一致性检验

表2 B2—C判断矩阵及一致性检验

结合以往工程实际［6］，采用最大变形速率比采用最大变形值来判断基坑的危险往往更加准确及时。因此，第三层影响因素集的权重集取为{变形累计，变形速率}={0．2，0．8}。

2 模糊综合评判法

1)确定因素集。

取图1中船闸基坑安全状态评价指标体系的指标因素作为船闸安全状态的评判因素集。

2)建立评价集。

船闸基坑体系各单因素安全评价指标［7］，见表3。

表3 船闸基坑体系单因素安全评价指标

3)建立隶属度。

本文假设表3所列各单因素隶属函数相同，均服从线性分布［8］。各状态隶属函数曲线见图2～图5。

图2 安全状态的隶属函数曲线

图3 关注状态的隶属函数曲线

4)建立模糊综合评判矩阵。

图4 报警状态的隶属函数曲线

图5 危险状态的隶属函数曲线

其中，R为因素集到评价集的一个模糊关系;rij为因素对评价等级的vj的隶属度。

5)模糊综合评判。

其中，U为评价集中的一个模糊子集;uj(j=1，2，…，n)为等级综合评判所得到的等级模糊子集U的隶属度。

6)确定评价分值。

利用评价向量的分量形成权重，通过确定各等级对应的分值，对各等级的分值进行加权平均，得到评价分值。评价分值的计算公式如下:

式中:m——选定的正实数;

uj——评价向量U中对应于第j级环境质量水平的值;

vj——第j级环境质量水平所打的分值;

F——最终得分。

取如下的评价分值V={Ⅰ(100)，Ⅱ(60)，Ⅲ(20)，Ⅳ(0)}。

3 实例

秦淮河船闸位于秦淮河航道秦淮新河下游，对其进行扩容改造工程，船闸基坑南岸建有秦淮新河节制闸及节制闸管理所，基坑开挖深度9．2 m。将该工程2012年10月7日～10月14日(基坑南岸支护措施设置不及时，造成节制闸管理所部分房子产生裂缝险情)的监测数据进行基坑体系单因素指标整理，见表4。

表4 10月7日～10月14日监测数据单因素指标

1)第三层评判矩阵及评判模型。

2)第二层评判矩阵及评判模型。

基坑本体的评判模型:

周围环境的评判模型:

3)最顶层评判矩阵及评判模型。

基坑本体的评判模型归一化得模糊子集为:

最后得分为:

周围环境的评判模型归一化得模糊子集为:

最后得分为:

综上，可以得到基坑的安全评价如表5所示。

表5 10月7日～10月14日基坑体系安全状态评价

从结果来看，按照最大隶属度原则，10月7日～10月14日的基坑本体处于报警状态，临近危险状态;周围环境处于报警状态，临近关注状态，现场应对基坑本体和周围环境均采取一定的抢救措施;按照模型得分原则，基坑本体更为严峻，风险更大，应采取优先抢救措施。

4 结语

本文采用层次分析法构造的评价指标体系能够比较全面的反映船闸基坑安全状态的实际状况，运用模糊综合评判法能够比较客观、真实的对船闸基坑安全风险等级作出定量评估和判断，使各风险因素更为直观。本文结果显示，结合层次分析法和模糊综合评判法分析基坑安全监测数据，是基坑安全监控的一个较好的发展方向。

［1］许树柏．使用决策方法——层次分析原理［M］．天津:天津大学出版社，1988．

［2］廖 瑛，夏海力．深基坑支护系统的模糊综合评判［J］．科技通报，2004，20(4):334-338．

［3］刘 春．深基坑支护效果的两级模糊综合评判研究［J］．岩石力学与工程学报，2004，23(S1):4606-4609．

［4］何锡兴，周红波，姚 浩．上海某深基坑工程风险识别与模糊综合评估［J］．岩土工程学报，2006，28(sup):1912-1915．

［5］陈神龙，陈龙珠，宋春雨．基于模糊综合评判法的地铁车站施工风险评估［J］．地下空间与工程学报，2006，2(1):32-41．

［6］冯 虎，王 蓉，刘国彬．基于实测数据的地铁基坑施工安全评判方法［J］．中国科技论文在线，2011，11(6):815-821．

［7］Shao R Q．A multi-level fuzzy synthetic evaluation on investment programs in shipping［J］．Transportation Engineering，2004，144(93):497-502．

［8］张 瑾．基于实测数据的深基坑施工安全评估研究［D］．上海:同济大学硕士学位论文，2008．