一种基坑隧道工程安全风险预警测判方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于工程监测数据及其预警指标的基坑隧道工程安全风险预警 的智能测判方法，具体涉及一种城市轨道基坑隧道工程建设期间围支护结构安全状态及其 预警的分级响应、处置与预控管理的智能测判方法。
【背景技术】
[0002] 当前，我国城市轨道交通规划建设进入蓬勃发展时期。城市轨道交通地处复杂的 城市环境条件、地质岩土条件之下，工程建设风险突出，因设计、施工不当或信息化管理不 足引发的新建轨道交通工程围支护结构开裂、倾斜、滑移、倒塌失稳及周边地层变形和地表 沉降（隆起）等，可危及工程自身和周边环境安全，易带来严重的经济损失、不良的社会影 响甚至人员伤亡。
[0003] 工程监测及其预警作为信息化施工和施工安全风险管控的"眼睛"，在全国城市轨 道交通工程安全风险状态评价和预警管控中逐步得到重视，在施工安全风险判定、预警预 报和应急处置中发挥越来越大的作用。但以基坑隧道为主的城市轨道交通工程，因地下工 程的复杂性和不可预见性，多年来主要根据监测数据及其制定的针对某一类监测项目的预 警指标，并结合专家经验和现场会商、核查等后期工作，进行该类监测项目的预警和处置， 未综合考虑各类监测项目的同时预警及其共同作用，以及对基坑隧道工程的安全性构成的 总体影响状况和真正预警指标。也就是说，当前缺乏对海量监测数据及其内在相互关系的 挖掘分析，针对监测数据及其预警指标的判定和指导实际工作的依据单一、随意性大，其科 学性、合理性和及时性有待加强。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基坑隧道施工期间综合 各类工程监测数据及其安全风险预警的智能测判方法，根据基坑隧道施工期间影响围支护 结构及其安全保护的各类监测数据及其影响因素，根据各项因素在工程结构安全风险中所 占的影响权重和安全预警的判定指标参数，通过层次分析、模数综合评判等方法和计算机 技术，建立各类各级风险因素综合评判矩阵，计算评判多种因素组合下的工程安全预警状 况，及时指导信息化施工、工程安全风险动态控制与预警、响应及处置，减少工程安全预警 等级判定的主观性、延迟性，实现了基坑隧道施工中工程安全预警的科学性、合理性和标准 化，提高了基坑隧道施工的安全风险预控及管理水平。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] -种基坑隧道工程安全风险预警测判方法，
[0007] (一）包括以下步骤：
[0008] 1)步骤一：分析并确立影响基坑隧道工程安全预警的多层级影响因素或监测项 目的预警指标，包括一、二、三、四级，预设各级影响因素或监测项目预警指标所属上一级安 全预警指标的权重值或隶属度值；
[0009] 2)步骤二：根据基坑隧道工程安全监测方案和实测数据，获取待评判的第四级或 第三级影响因素或监测项目的实际预警值，以及第三级影响因素或监测项目预警指标的实 际发生数量；
[0010] 3)步骤三：将步骤二获取的各个第三级影响因素或监测项目的预警指标值，代入 步骤一预设的所在级别的隶属度函数，进行权重计算和归一化处理，判定得到该级各预警 指标的权重矩阵值（U 333);
[0011] 4)步骤四：将步骤三判定得到的各三级单因素预警指标权重矩阵值（U333)、步骤 二获取的各三级单因素预警指标的实际发生数量，代入步骤一预设的二级隶属度函数，进 行模糊综合评判计算和归一化处理，根据最大隶属度原则，分别判定得到各二级各预警指 标权重矩阵值（U 22);同样地，在对各二级预警指标权重矩阵值（U22)进行模糊综合评判的基 础上，得到相应各一级预警指标权重矩阵值（U 1);
[0012] 5)步骤五：根据步骤四的模糊评判计算结果，即该基坑隧道工程监测预警的各一 级权重矩阵值（U 1)，再进行一个级别的模糊综合评判，得到基于基坑隧道工程监测数据及 预警项目的最终综合性预警指标（W)，并根据预定设计好的预警分级响应、处理程序，实施 分层级的安全风险管控。
[0013] (二）进一步，所述步骤一中，基坑隧道工程安全预警指标的一级指标包括：结构 自身监测预警指标（Wl)和周围岩土体监测预警指标（W2);
[0014] 对于结构自身监测预警指标（W1)，包括的二级指标为：空间形态变化类监测项目 预警（Wll)和力学形态变化类监测项目预警（W12);
[0015] 其中，空间形态变化类监测项目预警指标（Wll)包括的三级指标为：水平位移预 警（Will)和竖向位移预警（W112);其中，水平位移预警（Will)和竖向位移预警（W112)均 包括四级指标：累计变化量预警（Wllll)和变化速率预警（W1112);
[0016] 其中，力学形态变化类监测项目预警指标（W12)包括的三级指标为：压应力或拉 应力预警（W121)，如支护粧墙结构应力、支撑轴力、锚杆拉力、初支结构应力等；
[0017] 对于周围岩土体监测预警指标（W2)，包括的二级指标为：空间形态变化类监测项 目预警（W21)和力学形态变化类监测项目预警（W22);
[0018] 其中，空间形态变化类监测项目预警（W21)包括的三级指标为：竖向位移预警 (W211);其中，竖向位移预警（W211)包括的四级指标为：累计变化量预警（W2111)和变化 速率预警（W2112);
[0019] 其中，力学形态变化类监测项目预警（W22)包括的三级指标有：周围岩土体压力 变化值预警（W221)和孔隙水压力变化值预警（W222)。
[0020] 上述这些第四级、第三级影响因素或预警指标的预警值及其所属第三级影响因素 或监测预警指标的实际发生数量，是根据基坑隧道工程安全监测方案，利用经炜仪、全站仪 等工程测量仪器工具进行人工实测和数据整理，并结合前述给定的预警指标范围确定的。 如：针对空间形态变化类监测项目（如支护结构竖向位移、顶层水平位移、周边地表竖向变 形等）一般采用几何测量监测方法，如水准仪、水准尺或全站仪等；对力学形态变化类监测 项目，一般是采用仪器测试方法，如钢筋应力计或应变计、频率仪或应变仪、孔隙水压力计、 测斜仪等；对存在重大安全风险的工程及其监测对象，可采用自动实时化监测、三维激光扫 描测量等新监测技术方法。
[0021] (三）根据《城市轨道交通工程监测技术规范》GB 50911、《地铁工程监控量测技 术规程》DB 11/490等规范标准和近些年来工程经验，第三级或第四级影响因素或监测项目 均须给定相应的控制值，由设计单位根据规范、工程经验或专项评估或专家论证确定，并在 设计文件中体现，如对支护粧（墙）体水平位移预警Will (以一级基坑、钻孔灌注粧为例） 的累计变化量预警Wllll的控制范围值在20-30mm，变化速率预警W1112的控制范围值在 2-3_/d;支护粧（墙）顶竖向位移预警W112(以一级基坑、钻孔灌注粧为例）的累计变化 量预警W1121的控制范围值在10-25_，变化速率预警W1122的控制范围值在2-3_/d ;地 表位移预警W211的累计变化量预警W2111的控制范围值在20-30mm，变化速率预警W2112 控制范围值在2-4_/d等。然后以监测项目控制值为基础，制定相应的预警指标，一般分 为黄、橙、红三色级，并规定为：单一监测对象及项目的工程监测实测值达到控制值的70% (含）以上时，为黄色预警；监测