孫 飛,吳德興,李偉平,謝雄耀,李長(zhǎng)俊

(1.浙江數(shù)智交院科技股份有限公司,杭州 310000； 2.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院,上海 200092)

引言

考慮到影響盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的指標(biāo)較多，且各單項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果往往不同，直接采用就高原則進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)缺乏合理性和實(shí)用性，因此該問題屬于典型的綜合評(píng)價(jià)問題[1]。

在綜合評(píng)價(jià)方法方面，許多學(xué)者相繼提出模糊數(shù)學(xué)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、支持向量機(jī)法、可拓法等，使盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)健康綜合評(píng)價(jià)方法更趨于科學(xué)合理。葉耀東[2]考慮盾構(gòu)隧道的正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)兩種條件，使用了模糊綜合評(píng)價(jià)方法，建立了盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)健康評(píng)價(jià)的各類指標(biāo)體系，并在此基礎(chǔ)上劃分了健康度等級(jí)；李長(zhǎng)俊[3]采用層次分析法及三標(biāo)度法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，通過規(guī)定各級(jí)預(yù)警值的固定比例關(guān)系進(jìn)行預(yù)警區(qū)間劃分，提出基于正態(tài)分布型隸屬度函數(shù)的模糊綜合評(píng)價(jià)方法，開展隧道結(jié)構(gòu)健康狀況綜合評(píng)價(jià)；孫可等[4]依托南京長(zhǎng)江隧道工程，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)隧道結(jié)構(gòu)傳感器分布特點(diǎn)，基于層次分析法和模糊綜合評(píng)判等理論基礎(chǔ)，建立了適用于該依托工程的隧道結(jié)構(gòu)健康多級(jí)評(píng)價(jià)模型，該模型可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)指標(biāo)、單個(gè)斷面、整體隧道的結(jié)構(gòu)健康分級(jí)評(píng)價(jià)；胥犇等[5]針對(duì)既有層次分析法中存在的權(quán)重計(jì)算問題，研究了評(píng)價(jià)體系中各單指標(biāo)的分級(jí)方法，并基于乘積標(biāo)度法改進(jìn)了評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算方法。

指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算方法是影響整體評(píng)價(jià)體系的關(guān)鍵，在指標(biāo)權(quán)重的確定方法方面主要包括3種，即主觀法、客觀法和綜合法[6]。常見的主觀權(quán)重計(jì)算法涵蓋了層次分析法、特爾菲法等，主觀法主要吸取了專家的經(jīng)驗(yàn)判斷，但未考慮指標(biāo)值的波動(dòng)性對(duì)指標(biāo)權(quán)重的影響。常見的客觀權(quán)重計(jì)算法涵蓋了主成分分析法、熵權(quán)重法、變系數(shù)法等，客觀法主要根據(jù)指標(biāo)數(shù)據(jù)不同方面的波動(dòng)特征來計(jì)算指標(biāo)權(quán)重。而綜合法則是主觀法和客觀法的綜合和互補(bǔ)，在基于實(shí)際數(shù)據(jù)表現(xiàn)的同時(shí)也參考了專家的經(jīng)驗(yàn)判斷。

針對(duì)以上方法局限性，將對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)健康綜合評(píng)價(jià)中指標(biāo)權(quán)重的合理確定方法進(jìn)行新的嘗試，提出一種基于改進(jìn)變權(quán)物元可拓模型的盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)健康綜合評(píng)價(jià)方法，該模型采用綜合權(quán)重法，基于變權(quán)理論對(duì)傳統(tǒng)固定權(quán)重法進(jìn)行改進(jìn)和修正，從而糾正由于指標(biāo)值波動(dòng)造成的評(píng)價(jià)失真問題；最后進(jìn)行敏感性分析，指出對(duì)隧道結(jié)構(gòu)健康存在顯著威脅的幾項(xiàng)重點(diǎn)指標(biāo)，從而進(jìn)一步提高模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

1 變權(quán)物元可拓模型

1.1 基本物元可拓模型

物元可拓模型[7-9]最早是基于一種數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型發(fā)展起來的，該模型以物元理論和可拓集合論作為基礎(chǔ)，在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上構(gòu)造經(jīng)典域、節(jié)域、指標(biāo)等級(jí)和待評(píng)物元，確定權(quán)重并計(jì)算待評(píng)物元關(guān)于各評(píng)級(jí)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度，最終獲得待評(píng)物元的綜合評(píng)級(jí)。在物元可拓模型誕生后，學(xué)者們?cè)谘芯窟^程中不斷對(duì)其進(jìn)行完善，如通過規(guī)格化處理解決待評(píng)物元單一指標(biāo)值超限的問題；通過引入貼近度準(zhǔn)則替代最大隸屬度準(zhǔn)則，提升評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性并減少信息損失等。

但在指標(biāo)權(quán)重的確定方法上該模型還存在不足。目前，物元可拓模型的指標(biāo)權(quán)重確定方法仍廣泛采用固定權(quán)重，采用固定權(quán)重進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)可能會(huì)造成極端指標(biāo)信息的嚴(yán)重?fù)p失，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果的失真。例如，針對(duì)隧道結(jié)構(gòu)健康綜合評(píng)價(jià)，若有3項(xiàng)評(píng)定指標(biāo)c1，c2，c3，其權(quán)重分別為w1，w2，w3=(0.6，0.3，0.1)，指標(biāo)值分別為0.95，0.95，0.15，若采用加權(quán)綜合進(jìn)行評(píng)估，綜合評(píng)價(jià)值為0.87，屬于較好水平。但注意到指標(biāo)c3處于極端指標(biāo)值0.15時(shí)，表明指標(biāo)c3健康狀態(tài)非常惡劣，其對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定的威脅程度也將增加，此時(shí)若仍采用0.1的固定權(quán)重進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)明顯是不科學(xué)的。

上述問題發(fā)生的關(guān)鍵在于，固定權(quán)重僅考慮了各評(píng)價(jià)指標(biāo)在相同水平下的重要程度，但實(shí)際情況中可能其他指標(biāo)變動(dòng)不大，而某幾個(gè)指標(biāo)處于極端惡劣狀態(tài)下，此時(shí)應(yīng)考慮指標(biāo)值波動(dòng)對(duì)指標(biāo)權(quán)重的影響，即提高極端惡劣狀態(tài)下指標(biāo)的權(quán)重。采用變權(quán)均衡函數(shù)對(duì)固定權(quán)重進(jìn)行修正和改進(jìn)，以獲得更加合理準(zhǔn)確的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

1.2 改進(jìn)變權(quán)物元可拓評(píng)價(jià)模型的基本思路

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)規(guī)范，將所有評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分為j個(gè)級(jí)別；然后，在傳統(tǒng)固定權(quán)重基礎(chǔ)上，基于變權(quán)理論根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)值的波動(dòng)對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行調(diào)整；最后，計(jì)算待評(píng)物元對(duì)應(yīng)于各等級(jí)的貼近度值及等級(jí)變量特征值，將最大貼近度值所對(duì)應(yīng)的等級(jí)作為待評(píng)物元的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)，以等級(jí)變量特征值衡量待評(píng)物元偏向相鄰等級(jí)的程度。

物元的定義是：把事物用“事物，特征，量值”(分別用P，C，V表示)的三要素形式來描述的基本元，也是物元可拓模型中的基本邏輯運(yùn)算單元。改進(jìn)變權(quán)物元可拓評(píng)價(jià)模型的實(shí)施方法如下。

(1)建立經(jīng)典域、節(jié)域和待評(píng)物元

令

Rj=(Pj，Ci，Vij)=

(1)

式中，Pj為第j個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)；c1，c2，…，cn為Pj的n個(gè)不同特征；v1j，v2j，…，vnj分別為Pj對(duì)應(yīng)于c1，c2，…，cn的取值范圍，即經(jīng)典域；aij和bij為vij的取值邊界。

令

Rp=(P，Ci，Vpi)=

(2)

式中，P為評(píng)價(jià)對(duì)象等級(jí)的全體；vp1，vp2，…，vpn分別為P對(duì)應(yīng)于c1，c2，…，cn的取值范圍，即節(jié)域。

(3)

式中，R0為待評(píng)物元；v1，v2，…，vn分別為P0關(guān)于c1，c2，…，cn的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

(2)規(guī)格化處理

規(guī)格化處理可解決待評(píng)物元單一指標(biāo)值超限的問題，對(duì)經(jīng)典域物元Rj進(jìn)行規(guī)格化處理，得到

(4)

同樣的，也需對(duì)待評(píng)物元R0進(jìn)行規(guī)格化，得到

(5)

(3)運(yùn)用變權(quán)理論計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

通過引入變權(quán)理論，在傳統(tǒng)固定權(quán)重的基礎(chǔ)上增加了對(duì)指標(biāo)值波動(dòng)性影響的考慮，實(shí)現(xiàn)了指標(biāo)變權(quán)重動(dòng)態(tài)計(jì)算方法的改進(jìn)。變權(quán)理論[10-11]是基于因素空間理論提出的，變權(quán)理論的基本表述包括：設(shè)X=(x1，x2，…，xn)為因素狀態(tài)向量；W=(w1，w2，…，wn)為因素常權(quán)向量，S(X)=(S1(X)，S2(X)，…，Sn(X))為狀態(tài)變權(quán)向量，則變權(quán)向量W(X)=(w1(X)，w2(X)，…，wn(X))可用W和S(X)的歸一化Hadamard乘積表示，即

(6)

式中，Si(X)為均衡函數(shù)，通常是以自然常數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù)。

為體現(xiàn)主客觀評(píng)價(jià)方法的結(jié)合，一方面，采用層次分析法確定各因素指標(biāo)的常權(quán)重。另一方面，為考慮評(píng)價(jià)指標(biāo)值的波動(dòng)對(duì)指標(biāo)權(quán)重的影響，狀態(tài)變權(quán)向量由均衡函數(shù)和實(shí)測(cè)指標(biāo)值來確定。由此，構(gòu)建了評(píng)價(jià)指標(biāo)變權(quán)權(quán)重的計(jì)算公式

(7)

(8)

式中，α為變權(quán)因子(取1.0)；L為指標(biāo)vi所在的評(píng)分等級(jí)；L*為評(píng)價(jià)體系的總評(píng)級(jí)數(shù)；aij和bij分別為指標(biāo)值vi規(guī)格化所在等級(jí)的取值邊界；c為均衡函數(shù)的激勵(lì)-懲罰狀態(tài)的界限值。

圖1 均衡函數(shù)Si(X)的函數(shù)圖像及調(diào)權(quán)區(qū)間

(4)計(jì)算貼近度函數(shù)值

文獻(xiàn)[12]對(duì)貼近度準(zhǔn)則代替最大隸屬度準(zhǔn)則進(jìn)行了理論分析，對(duì)其提出的非對(duì)稱貼近度公式(p=1)整理可得

(9)

式中，N為貼近度；D為距離；W為權(quán)重。

進(jìn)一步的，可得待評(píng)物元對(duì)應(yīng)于各等級(jí)的貼近度為

(10)

(5)等級(jí)評(píng)定

由Nj′(p0)=max{Nj(p0)}可得，待評(píng)物元屬于j′等級(jí)。其中

(11)

可得

(12)

式中，j*為待評(píng)物元R0的等級(jí)變量特征值。通過j*可以判斷待評(píng)物元R0偏向相鄰等級(jí)的程度。

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

以杭州某地鐵區(qū)間隧道工程作為典型案例分析。該區(qū)間上行線于2011年11月貫通，2012年11月開通，至今已運(yùn)營(yíng)8年多。該區(qū)間長(zhǎng)630 m，管片外徑6.2 m，管片厚35 cm，環(huán)寬1.2 m，區(qū)間穿越杭州市中心繁華地區(qū)，自西向東依次穿越杭州中心大廈、主干道環(huán)城北路、京杭大運(yùn)河、中山北路，主要穿越淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土地層。

結(jié)合區(qū)間隧道現(xiàn)場(chǎng)巡查、定期檢查、健康監(jiān)測(cè)等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，該區(qū)間收斂變形較大(圖2)，局部沉降明顯(圖3)，且分布有滲漏水、錯(cuò)臺(tái)等多種病害(圖4)。取該區(qū)間上行線第412環(huán)斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康綜合評(píng)價(jià)。

圖2 各環(huán)最大收斂徑長(zhǎng)與標(biāo)準(zhǔn)圓差值統(tǒng)計(jì)曲線

圖3 各環(huán)沉降量變化曲線

圖4 管片滲漏水、錯(cuò)臺(tái)等病害

2.2 盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)程及相關(guān)規(guī)范規(guī)定[13-14]，參考當(dāng)前上海、武漢、南京等地盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)普遍適用的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)[15-17]，可將盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為完好狀態(tài)、輕微損害狀態(tài)、較嚴(yán)重狀態(tài)、嚴(yán)重狀態(tài)以及極嚴(yán)重狀態(tài)5個(gè)等級(jí)，從而建立對(duì)應(yīng)的隧道結(jié)構(gòu)健康綜合評(píng)價(jià)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

表1 隧道結(jié)構(gòu)健康綜合評(píng)價(jià)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前，我國(guó)各類標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范中針對(duì)盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)安全評(píng)判的相關(guān)指標(biāo)均有涉及，相關(guān)文獻(xiàn)[18-25]也通過研究針對(duì)隧道結(jié)構(gòu)滲漏速率、曲率變形限值、裂縫張開度、襯砌強(qiáng)度判定標(biāo)準(zhǔn)、錯(cuò)臺(tái)、空洞、道床情況等給出了相應(yīng)參考指標(biāo)及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。其中，定性指標(biāo)則通過十分制打分法來確定，結(jié)合隧道巡查、檢測(cè)及監(jiān)測(cè)等多源數(shù)據(jù)，選取隧道結(jié)構(gòu)縱橫向變形、耐久性、典型病害狀態(tài)等共計(jì)13個(gè)代表性指標(biāo)，由點(diǎn)及面實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的全面評(píng)估，并建立盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)整體安全性分級(jí)評(píng)判的指標(biāo)體系，如圖5及表2所示。上行線第412環(huán)斷面巡查、檢查及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表3所示。

圖5 盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表2 盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)各單因素健康指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表3 上行線第412環(huán)斷面巡查、檢查及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.3 構(gòu)造經(jīng)典域、節(jié)域和待評(píng)物元

根據(jù)表2、表3，可以構(gòu)造各評(píng)價(jià)等級(jí)的經(jīng)典域。

式中，P1、P2、P3、P4和P5分別表示結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)為完好狀態(tài)、輕微損害狀態(tài)、較嚴(yán)重狀態(tài)、嚴(yán)重狀態(tài)和極嚴(yán)重狀態(tài)。各評(píng)價(jià)指標(biāo)的節(jié)域Rp為其對(duì)應(yīng)的經(jīng)典域之和。

建立待評(píng)物元，根據(jù)盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)各指標(biāo)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可建立待評(píng)物元R0。

2.4 規(guī)格化處理

經(jīng)典域和待評(píng)物元規(guī)格化處理后的結(jié)果如下。

2.5 變權(quán)權(quán)重確定

運(yùn)用層次分析法中的指數(shù)9標(biāo)度法，確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的常權(quán)重，然后依據(jù)式(8)可計(jì)算得到各指標(biāo)的變權(quán)權(quán)重，其中，變權(quán)因子α=1.0，L*=5，c=0.2，即當(dāng)指標(biāo)值所在等級(jí)為1級(jí)時(shí)對(duì)其權(quán)重值進(jìn)行懲罰，反之進(jìn)行激勵(lì)。

例如，對(duì)于指標(biāo)c1，可將常權(quán)權(quán)重和相關(guān)系數(shù)代入式(8)計(jì)算出變權(quán)權(quán)重值，如式(13)所示。各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的完整計(jì)算結(jié)果如表4及圖6所示。

(13)

表4 盾構(gòu)結(jié)構(gòu)健康綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

圖6 各評(píng)價(jià)指標(biāo)經(jīng)過變權(quán)處理前后的權(quán)重值對(duì)比

圖6比較分析了變權(quán)理論和傳統(tǒng)常權(quán)理論兩種方法計(jì)算得到各指標(biāo)權(quán)重的不同之處。由圖6可知，指標(biāo)值c1，c2，c3，c4，c5用變權(quán)理論求得的權(quán)重較大，c6，c7，c8，c9，c10用變權(quán)理論求得的權(quán)重較小，這是由于變權(quán)理論計(jì)算權(quán)重時(shí)與指標(biāo)實(shí)測(cè)值的大小有關(guān)。以c2和c10為例，沉降速率c2的指標(biāo)值為6.94 mm/a，沉降速率較大，單指標(biāo)評(píng)級(jí)為4級(jí)嚴(yán)重狀態(tài)，故按照變權(quán)理論對(duì)其進(jìn)行激勵(lì)，使計(jì)算得到的指標(biāo)權(quán)重值比常權(quán)權(quán)重明顯增大；而管片背后空洞面積c10的指標(biāo)值為0，取值很小，單指標(biāo)評(píng)級(jí)為1級(jí)完好狀態(tài)，變權(quán)理論對(duì)該指標(biāo)的敏感性不強(qiáng)，故對(duì)其進(jìn)行懲罰減小其權(quán)重。以上表明，與傳統(tǒng)常權(quán)權(quán)重相比，變權(quán)理論能夠有效地考慮指標(biāo)值的波動(dòng)性對(duì)指標(biāo)權(quán)重的影響。

2.6 計(jì)算貼近度并評(píng)定等級(jí)

表5 待評(píng)物元R0的等級(jí)貼近度計(jì)算結(jié)果

采用變權(quán)理論計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，然后計(jì)算待評(píng)物元R0與各等級(jí)的貼近度值，可以判斷N4(p0)=max{Nj(p0)}=0.953 265，進(jìn)而由式(12)可算得j*=3.057 7<4.0，故該區(qū)間上行線第412環(huán)斷面的結(jié)構(gòu)健康綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為4級(jí)嚴(yán)重狀態(tài)，偏向于3級(jí)較嚴(yán)重狀態(tài)的程度較大。

若采用傳統(tǒng)常權(quán)理論進(jìn)行評(píng)價(jià)，則結(jié)果為N3(p0)=max{Nj(p0)}=0.949 077，然后可算得2.5

與傳統(tǒng)常權(quán)理論相比，采用變權(quán)理論計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重能夠?qū)︼L(fēng)險(xiǎn)較大的指標(biāo)予以激勵(lì)，提高其指標(biāo)權(quán)重，從而使得最終的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果更加符合工程實(shí)際。

2.7 敏感性分析

敏感性分析是通過控制其他指標(biāo)值不變，觀察某一個(gè)指標(biāo)值變動(dòng)對(duì)各指標(biāo)權(quán)重和綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，若影響程度顯著，表明該指標(biāo)對(duì)于綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)來說是敏感指標(biāo)，反之則亦然。當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值變化時(shí)，其權(quán)重和等級(jí)變量特征值j*也會(huì)做出相應(yīng)的變化。將每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值按照規(guī)格化處理后作為橫坐標(biāo)，每變化0.1計(jì)算1次j*，此時(shí)其余指標(biāo)值均為0.2不變，其中，除混凝土強(qiáng)度指標(biāo)c7之外，其他指標(biāo)值的增大代表該項(xiàng)指標(biāo)劣化程度更大，混凝土強(qiáng)度c7的指標(biāo)值增大代表該項(xiàng)指標(biāo)更加安全。各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重和等級(jí)變量特征值的變化分別如圖7、圖8所示。

圖7 各指標(biāo)權(quán)重值隨指標(biāo)值變化曲線

圖8 等級(jí)指數(shù)特征值j*隨指標(biāo)值變化曲線

由圖7可知，除混凝土強(qiáng)度指標(biāo)c7之外，其他各指標(biāo)的權(quán)重值均隨著指標(biāo)實(shí)測(cè)值變大而增大，這是由于考慮了指標(biāo)值的波動(dòng)對(duì)指標(biāo)權(quán)重的影響。觀察圖7中各指標(biāo)權(quán)重值變動(dòng)幅度并排序，c3>c1=c2>c4>c9>c5>c6>c10>c7>c8；權(quán)重變動(dòng)幅值從大到小依次為，0.31>0.287=0.287>0.284>0.263>0.237>0.237>0.194>0.159>0.159?？梢钥闯?，在變權(quán)理論下，各指標(biāo)權(quán)重值會(huì)隨著實(shí)測(cè)值的變化而有所變化，且不同指標(biāo)的權(quán)重變動(dòng)幅度不同，這是因?yàn)槟Ｐ椭锌紤]了各評(píng)價(jià)指標(biāo)值的客觀波動(dòng)性對(duì)指標(biāo)權(quán)重的影響。進(jìn)一步觀察可知，其中，錯(cuò)臺(tái)量c3、凈空收斂量c1、沉降速率c2、滲漏水情況c4這4項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重變動(dòng)幅度很接近且都明顯較大，碳化深度c8的變動(dòng)幅度最小，表明在該模型中這4項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的持續(xù)惡化對(duì)隧道結(jié)構(gòu)健康綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的威脅程度增長(zhǎng)較快。

由圖8可知，等級(jí)指數(shù)特征值j*的變動(dòng)幅度在1.819～3.422之間，幅值為1.603，其中，c2，c9，c4，c3這4項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)特征值變動(dòng)幅度較大，若除去這4項(xiàng)敏感指標(biāo)，則等級(jí)指數(shù)特征值j*的整體變動(dòng)幅度在1.819～2.436之間，幅值減小至0.617，這表明當(dāng)其他指標(biāo)處于較好狀態(tài)時(shí)，c2，c9，c4，c3這4項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的嚴(yán)重劣化會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)健康綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的下降，從而造成顯著不利影響。進(jìn)一步觀察圖8可知，當(dāng)指標(biāo)c2，c9，c4，c3的規(guī)格化指標(biāo)值較大(≥0.8)時(shí)，其對(duì)等級(jí)指數(shù)特征值j*的變動(dòng)影響最為明顯，會(huì)導(dǎo)致j*值明顯升高，敏感性排序?yàn)閏2>c9>c4>c3。

綜上所述，結(jié)合各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重變化情況和等級(jí)特征值變化情況，對(duì)該依托工程而言，“沉降速率c2、管片錯(cuò)臺(tái)量c3、滲漏水情況c4、豎曲線半徑變化量c9”該4項(xiàng)指標(biāo)是影響該盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)健康綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的高風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，后期隧道養(yǎng)護(hù)工作中應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注上述指標(biāo)的變化趨勢(shì)。

3 結(jié)論

為進(jìn)一步提高盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，基于變權(quán)理論對(duì)傳統(tǒng)固定權(quán)重法進(jìn)行改進(jìn)和修正，從而糾正由于指標(biāo)值波動(dòng)造成的評(píng)價(jià)失真問題，并通過敏感性分析指出對(duì)隧道結(jié)構(gòu)健康存在顯著威脅的幾項(xiàng)重點(diǎn)指標(biāo)，主要得出以下結(jié)論。

(1)該方法在物元可拓模型基礎(chǔ)上運(yùn)用變權(quán)理論，綜合了層次分析法和指標(biāo)波動(dòng)性這兩種主、客觀評(píng)價(jià)因素，在傳統(tǒng)固定權(quán)重基礎(chǔ)上考慮了指標(biāo)值的波動(dòng)性對(duì)指標(biāo)權(quán)重的影響。運(yùn)用該模型對(duì)杭州某地鐵區(qū)間隧道上行線第412環(huán)斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康綜合評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)結(jié)果比使用固定權(quán)重的傳統(tǒng)方法更加準(zhǔn)確。

(2)該方法在給出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的同時(shí)還可以分辨出高敏感性、高危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)，體現(xiàn)了該模型的實(shí)用性。以依托工程為例，通過敏感性分析得出，在10項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，“沉降速率c2、管片錯(cuò)臺(tái)量c3、滲漏水情況c4、豎曲線半徑變化量c9”這4項(xiàng)指標(biāo)是對(duì)盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)健康存在顯著威脅的重點(diǎn)指標(biāo)。

(3)本案例分析是以斷面為單位進(jìn)行的盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)健康綜合評(píng)價(jià)，事實(shí)上，在實(shí)際工程中，可遵循“斷面-區(qū)段-整體”的順序?qū)φ麄€(gè)隧道工程進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)健康綜合評(píng)價(jià)，從而應(yīng)用在隧道結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)、大中修前的隧道結(jié)構(gòu)服役性能評(píng)價(jià)等方面，研究成果可為類似工程問題提供相關(guān)參考。