近年来,随着经济的发展,社会的进步,我国城市基本建设规模逐渐加大,高层建筑、地下建筑、隧道等工程大幅度增加。为了节约地上空间,节省土地,充分利用地下空间的深基坑工程随之增加,这使得深基坑工程施工问题在技术和经济上对整个建筑施工起着举足轻重的影响[1]。城市地铁基坑工程是一个综合性很强的系统工程,其支护方案的优劣直接影响工程造价、施工进度及周围环境的安全,在整个基坑施工工程中占有重要的地位。一项具体的基坑工程中可以有多种支护方案,每种方案均具有各自鲜明的优点,有的工期短,有的总造价低,有的对环境影响小等。基坑支护方案若选择合理,就能做到安全可靠、经济合理、施工便捷、对环境影响小,带来可观的社会和经济效益;否则,轻则造成重大的经济损失,重则可导致人员伤亡重大事故,造成不良的社会影响。因此,采用科学合理的优化方法,在众多可行的备选方案中选择一个最优支护方案显得尤为重要。对基坑支护方案进行优选,符合科学决策的要求,也有利于节约资源,符合可持续发展的要求,实现综合的经济效益、社会效益和环境效益[2]。
2 城市地铁基坑支护方案优选方法及存在的问题
长期以来,确定城市地铁基坑支护方案的方法主要有两种:1)定性分析法; 2)定性分析与定量计算相结合的方法。
第一种定性分析法,主要依靠专家的个人经验及工程实践经验,结合基坑工程特点对各备选方案的优缺点进行对比分析从而确定一个方案。这是传统的确定基坑支护方案的方法。第二种是定性分析和定量计算相结合的方法,近些年来,用此方法对基坑支护方案进行优选,目前,已经取得了一些研究成果。
定性分析法即主要依靠专家的经验,根据设计目标要求及一些约束条件,对照以往类似工程经验,从而确定支护方案。这种方法强调并依赖于专家个人的领域知识、工程经验和判断能力,较大程度上受到个人知识、经验、能力、主观判断的局限和制约,难以做到科学、准确、可靠。采用此法选择方案时往往具有一定的盲目和偏见:有的设计人员为了达到省钱的目的,却造成工程事故;而有的设计人员片面追求安全,却造成了极大浪费。此外,专家们的选择往往因其长期从事研究性质的不同而带有偏见性。
定性和定量结合方法的研究,是近年来研究人员意识到传统的定性分析方法的不足而提出的更为科学合理的确定基坑支护方案的优化方法。从以往的研究发展现状中不难看出,现有的确定基坑支护方案的方法理论基础有模糊数学理论、灰色理论、神经网络理论、物元理论、集对分析、距离判别分析理论以及这些理论的有机结合。但这些方法也存在着一定的不足: 1)考虑的因素太少,不够周全,评价指标属性值及其权重值不能反映影响因素的不确定性; 2)算法过于复杂,可操作性不强,所采用的方法、模型较为单一,并不能确保优选决策结果的高可靠度[4]。城市地铁基坑支护方案的优选决策不仅仅是对基坑周边围护结构形式的优选,还应综合考虑深基坑支撑和开挖方案、降水方案、监测方案以及环保方案等内容;不仅要考虑深基坑的几何尺寸、场地工程地质和水文地质条件、基坑周边环境、施工作业设备、施工季节,在保证基坑本体及周边环境安全的前提下,还要充分考虑工程造价和施工建设工期要求,以使所选择的支护方案满足技术合理性、施工可行性和经济性要求。因此,如何在前人这些研究的基础上,找出科学合理、方便快捷的优选方法,从而提高基坑支护方案优选决策的科学性、准确性、可靠性和智能化程度,同时这也是实践发展的必然要求,也使之成为一个亟待解决的问题[5]。
3 城市地铁基坑支护方案优选的措施建议
3.1 方案初选
方案初选是城市地铁基坑支护方案优选的第一步。它是指从大量备选方案中筛选出少量几个较好的方案,为进一步优选做准备。它包括以下几方面的内容: 1)搜集有关城市地铁支护体系方案选择方面的基础性资料,这包括[6]: a.工程地质和水文资料:主要是做好基坑工程的岩土勘察。b.场地周围环境及地下管线状况:包括调查基坑周围邻近建(构)筑物状况调查;基坑周围地下管线状况调查;基坑邻近地下构筑物及设施状况调查;周围道路状况调查等。c.地下结构资料:包括主体结构地下室的平面布置和形状以及与建筑红线的相对位置;主体结构的桩位布置图;主体结构地下室的层数、各层楼板和底板的布置与标高,以及地面标高等。d.本地区常用支护形式、常见支护结构的特性及适用条件、有关规范规定的条款以及类似工程的基坑支护资料等。2)确定基坑安全等级,结合地区经验,初步选择深基坑支护结构形式和监测方案。3)确定基坑变形控制等级,据此确定支撑形式、开挖方式以及地下水处理方案等。
3.2 城市地铁深基坑支护方案的模糊综合评判优选
评价一个方案优劣的主要依据是安全性、可行性、施工便捷程度、造价以及环境影响等几个方面。因此,城市地铁基坑工程支护方案往往需要多个属性来描述,其方案的优劣评价也相应的需要从多个方面来进行。传统的评价支护方案优劣的定性方法,如专家问卷调查法、加权平均法等,由于包含的主观因素多,评价误差大,可信度不高,因而不能科学、客观、真实地反映深基坑支护方案的优劣程度。我们进行方案优选的实质是实现上述多重目标的最优,由于这些属性中往往具有模糊性,因此,可以用模糊综合评判的方法去评价一个方案的好坏[7]。首先构造了城市地铁基坑支护方案的评价指标体系,然后在采用层次分析法确定各指标因素权重的基础上,运用综合评判法,综合考虑各种因素影响后得到一定量的综合评判结果,用以评价城市地铁基坑支护方案的优劣程度,并从中获得最优的支护方案,流程图见图1。
3.3 城市地铁基坑支护方案成本评价
确定城市地铁基坑支护方案成本系数:方案成本系数C=方案成本/各方案的成本总和[8],即某一方案成本在全部方案成本总和中所占的比重,比重越小,成本耗费越少,方案成本就越优。
3.4 城市地铁基坑支护方案价值系数计算及方案排序
计算各方案的价值系数为:方案价值系数V=方案功能系数F /方案成本系数C,根据价值系数的大小对方案排序,显然,价值系数最大的方案为最优。
4 结语
城市地铁基坑支护方案优化决策是从众多可行的基坑支护方案中优选出最优的方案,需要从多方面对备选方案进行综合考虑,本文在介绍城市地铁基坑支护方案优选重要性的基础上,分析了城市地铁基坑支护优选方法及存在的问题,从而提出了优化城市地铁基坑支护方案的措施建议。通过这个评价指标体系,可以达到对城市地铁基坑支护方案优选决策的目的。
参考文献:
[1] 彭友君.武汉地铁二号线一期工程岩土工程勘察特点分析[J].岩土工程技术, 2006, 4(7): 8-10.
[2] 冯玉国,王渭明.基于集对分析同一度的基坑支护方案综合评价[J].岩土工程学报, 2008, 10(8): 30-31.
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[7] 陆明生.多目标决策中的权系数[J].系统工程理论与实践,1986, 6(4): 77-78.
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