基于ISM和模糊故障树的铁路黄土隧道塌方风险分析

研究如何对铁路黄土隧道塌方风险事故进行管理控制,先从地质因素、施工方法因素、监控量测因素和施工管理因素分析了黄土隧道塌方事故的成因。接着依据铁路行业隧道风险评估指南矿山法隧道施工风险因素列表,识别影响兰渝铁路某黄土隧道项目塌方的18项主要风险因素。然后运用系统工程解释结构模型方法(ISM)分析项目各风险因素间的相互关系,得出影响该隧道项目塌方的直接原因为施工扰动过大、支护不及时、拱脚悬空时间过长和信息反馈处理不及时。底层原因则为开挖方式、特殊地质条件。在上述基础上建立项目塌方事件模糊故障树模型,进行模糊定量分析,得到项目塌方事件发生的模糊概率和关键风险因素的模糊重要度。结果表明,实例黄土隧道项目塌方事故风险概率很大,地质因素、开挖方法等对塌方事故影响最大。解释结构模型方法能揭示各风险要素间的不确定性因果关系,有利于把握事故发生机理,模糊数能客观地描述风险事件的发生概率,增强故障树诊断方法的可靠性。     

山岭隧道施工中塌方风险评估模型研究及应用

为评估隧道施工中塌方风险,以确定其可能性及严重程度作为2条主线。由文献调研并结合待评估隧道风险特征、施工现状、工程概况等建立塌方可能性评估指标体系,运用层次分析法(AHP)与多层次模糊综合决策确定塌方风险事件可能性等级,定性指标由专家评判确定对各可能性等级的隶属度,定量指标的隶属度以正态分布作为隶属函数求出;综合考虑多种事故后果类型,选用当量估计法确定塌方风险事件严重程度;最后基于风险矩阵法确定隧道塌方风险等级。将本模型应用于兴隆隧道1号斜井,经评估该斜井塌方风险等级为Ⅲ级,即较大风险,后续施工中须采取有效措施降低风险,减少风险可能导致的损失。     

基于云模型的隧道塌方风险等级评价

针对造成隧道塌方事故影响因子的复杂性和模糊性,基于云模型理论,选取影响隧道塌方风险的10项因子,建立了4个风险等级的隧道塌方风险评价模型。根据云模型的数字特征计算规则计算各因子隶属于不同风险等级的云模型数字特征,结合正向正态云发生器和各项评价因子的权重,获得云模型的综合确定度,最终由最大综合确定度确定隧道塌方风险等级。工程实例样本应用中,构建的隧道塌方风险评价云模型和模糊综合评价模型的评价结果相符,同时与相应的设计施工方案和施工安全风险评估报告的结果相吻合,表明该模型的可行性与有效性,体现出云模型中定性语言描述和定量数值间不确定转换的优点,且结果便于工程应用。     

软岩隧道塌方事故致灾因素耦合分析*

为减少专家主观判断对软岩隧道塌方事故评估的影响,提出1种从事故出发逆推分析事故致灾因素耦合机制的方法。基于142个隧道施工塌方事故案例,系统总结隧道塌方事故致灾因素,对塌方事故的致灾因素出现频率进行排序;从致灾因素之间关联耦合关系出发,结合隧道施工塌方事故的多因素耦合致灾机理,研究隧道塌方事故产生过程的多因素耦合路径和耦合过程;采用N-K耦合模型开展隧道塌方事故多因素耦合路径下的耦合关联值评估,并对耦合关联值进行排序从而找到控制塌方事故发生的致灾因素组合。结果表明:除4个主要致灾因素的全耦合外,围岩岩性-降雨-地下水的耦合关联值是洞身段中最大值,为17.79%,围岩岩性-偏压-地下水的耦合关联值是洞口段中最大值,为24.02%;洞身段的围岩岩性-地下水因素和洞口段的围岩岩性-偏压因素分别对耦合关联值大小起决定影响;耦合关联值不具备叠加效应,2因素耦合关联值可能比3因素耦合关联值更大。研究结果可为提高隧道事故分析与安全防控提供科学依据。     

基于熵权的隧道塌方风险非线性模糊评判方法

隧道塌方风险分析是隧道设计和安全施工的重要环节。首先选取隧道塌方风险评价指标并建立评价指标风险分级标准,在深入分析新奥法隧道施工风险影响因素的基础上,根据隧道塌方风险影响因素具有模糊不确定性和层次性的特点建立隧道塌方风险的模糊综合评判模型。其次,通过研究各因素评价指标取值方法及隶属度函数选取原则,建立评价指标隶属度确定方法。然后针对不同专家工程经验及认知的不同,引入群组决策的思想,基于信息熵理论建立评价指标的权重计算方法。考虑到影响因素对隧道塌方风险影响具有非线性特征,引入非线性模糊运算方法,从而最终建立基于熵权的隧道塌方风险非线性模糊评判方法。最后通过工程实例分析表明了方法的可行性与合理性。     

基于熵权物元可拓理论的隧道塌方风险评估

为了准确评价隧道塌方风险等级,降低隧道施工过程中塌方事故的风险,基于熵权物元可拓理论建立了隧道塌方风险分级的评估模型。在统计及综合分析隧道塌方影响因素的基础上,选取围岩级别、跨度、偏压角度、埋深、地下水影响、断层破碎带、施工管理与技术水平7个主要因素作为隧道塌方等级评价指标。借鉴可拓学原理,将熵权法引入可拓学理论中,建立了熵权物元可拓评估模型,对隧道塌方风险进行评估。在熵权物元可拓评估模型中,对定性的指标进行量化,并对各指标进行归一化处理,构建隧道塌方等级评估的经典域、节域和待评物元;为客观、合理地确定指标权重,提出用熵权法计算指标权重;对隧道塌方风险进行关联函数值和关联度分析,确定隧道塌方风险等级及其变量特征值。在工程应用中,对某隧道1#横洞的数据进行统计分析,通过构建的熵权物元可拓评估模型得到某隧道1#横洞的待评物元,从而应用熵权物元可拓理论对某隧道1#横洞进行隧道塌方风险评估,评估结果与实际开挖中毛开挖面围岩不稳定、且时有掉块现象发生的情况一致。研究表明,将熵权物元可拓理论应用于山岭隧道塌方风险评估是可行的,应用该模型得到的隧道塌方等级与实际开挖情况相吻合,很好地预测了隧道施工的安全状态。     

倾斜岩层大断面隧道塌方机制的数值模拟

塌方是隧道施工中出现的主要安全事故,研究隧道塌方产生的机制对于保证隧道施工安全具有重要意义。以穿越倾斜岩层段某隧道塌方事故为工程背景,基于围岩的工程力学特性,采用数值分析和现场监测方法研究隧道塌方的力学机制。结果表明:在开挖爆破振动荷载作用下,隧道断面拱部左侧节理岩层极易出现超挖,隧道左侧拱腰处的塑性区显著大于右侧,使左侧拱腰处内侧出现拉应力;左侧拱腰处围岩压力显著大于右侧,造成支护结构的受力不均,初支喷层极易开裂,随着松动区范围逐渐增大,围岩压力逐渐增大,隧道变形迅速增大,极易造成围岩失稳而导致隧道坍塌。     

浅埋公路隧道施工塌方事故的预防与整治技术研究

塌方事故经常发生在浅埋隧道施工过程中,这就成为造成工期延误和生命财产损失的一个重要安全隐患。随着我国公路工程建设的的迅速发展,公路隧道的建设规模越来越大,隧道施工过程中围岩稳定性问题也更加突出。笔者根据深圳盐田到坝岗高速公路段大梅沙隧道开挖的工程实例,对隧道塌方的原因进行了深入研究,结合实际与理论分析,取得了一些成果:得出隧道仰拱封闭距离的合理范围;将塌方类型分为未塌穿型和塌穿型两类,分别探讨了它们的治理与防治技术措施,并提出可行的处理比选方案;研究了管棚支护在防治塌方中的重要作用,就其力学效应分为梁拱效应、环槽效应、强化岩体效应3个方面加以阐释;最后提出了综合超前处置的重要思路和途径。     

基于正交试验、组合赋权-灰色关联度法研究隧道施工最优方案

为保证浅埋暗挖大断面隧道施工稳定性,提出正交试验、组合赋权-灰色关联度法研究隧道施工最优方案,确保隧道顺利竣工。依托北京地铁17号线天通苑站出入段线大断面浅埋暗挖渐变隧道工程,首先根据影响隧道施工稳定性的因素,构建L16（5×4）正交表进行正交试验,建立三维模型,然后采用组合赋权-灰色关联度法对试验数据进行处理,关联度越高说明隧道稳定性越好,通过各水平平均关联度选择最优方案,将最优方案运用于天通苑站浅埋暗挖隧道。研究结果表明:最优方案的各项数据均比原始方案小,而且施工现场地面未出现明显裂缝,隧道稳定性较好,说明组合赋权-灰色关联度法在实际工程中有较高的实用性,对于类似复杂隧道工程也有借鉴意义。     

西安消防救出地铁坍塌埋压人员

5月6日2时48分,西安地铁3号线东二环金泰社区门口施工工地发生塌方事故,有人员被困。西安消防调派金花北路中队、华清东路中队、特勤一中队及搜到现场救援。经消防人员现场侦查了解,事故现场是胡家庙至通化门区间始发井左北隧道发生塌方事故,造成施工人员被埋,塌方翻大概有300余立方米。事故现场情况复杂,救援作业面狭小,且随时有     

Investigating the uniqueness of crash injury severity in freeway tunnels: A comparative study in Guizhou,China

Introduction: With the rapid development of transportation infrastructures in precipitous areas, the mileage of freeway tunnels in China has been mounting during the past decade. Provided the semi-constrained space and the monotonous driving environment of freeway tunnels, safety concerns still remain. This study aims to investigate the uniqueness of the relationships between crash severity in freeway tunnels and various contributory factors. Method: The information of 10,081 crashes in the entire freeway network of Guizhou Province, China in 2018 is adopted, from which a subset of 591 crashes in tunnels is extracted. To address spatial variations across various road segments, a two-level binary logistic approach is applied to model crash severity in freeway tunnels. A similar model is also established for crash severity on general freeways as a benchmark. Results: The uniqueness of crash severity in tunnels mainly includes three aspects: (a) the road-segment-level effects are quantifiable with the environmental factors for crash severity in tunnels, but only exist in the random effects for general freeways; (b) tunnel has a significantly higher propensity to cause severe injury in a crash than other locations of a freeway; and (c) different influential factors and levels of contributions are found to crash severity in tunnels compared with on general freeways. Factors including speed limit, tunnel length, truck involvement, rear-end crash, rainy and foggy weather and sequential crash have positive contributions to crash severity in freeway tunnels. Practical applications: Policy implications for traffic control and management are advised to improve traffic safety level in freeway tunnels.     

地铁隧道穿越江河地质稳定性及渗流特性数值分析

无论是国内还是国外,在地铁修建过程中,都会不可避免的遇到地铁下穿河流或者其他地下水丰富的区域。土层内丰富的含水量必定会给地铁区间隧道的施工带来较大影响,甚至会造成渗水、流砂等施工事故。以南京地铁二号线工程莫愁湖-汉中门区间为例,分析比较3种不同施工方案下隧道地质的稳定性及渗流特性,研究结论可为地铁设计及施工给予一定的指导。     

基于主成分分析的公路隧道消防安全系统评价研究

基于系统安全分析方法并结合数理统计理论,建立了隧道消防安全系统原理图及评估指标体系,运用多元统计理论中的主成分分析法,构造了一种基于统计基础上的综合评估函数,对近年来的典型火灾隧道的防火安全系统进行了合理评估,针对评估结果构造了分级标准,提出了公路隧道消防安全等级评估的新思路.以雪峰山隧道的实例计算表明,该评估模型具有简便性、可操作性和准确性,能全面地反映隧道消防安全系统状况,以便及时发现隐患,减少火灾的潜在危险.     

城市地下交通联系隧道火灾人员安全疏散研究

城市地下交通联系隧道是一种新型城市地下公共交通系统,交通流量大、火灾危险性高、人员安全疏散相对困难,目前国内外尚无此类专业防火设计规范。以四川大源商业核心区地下交通联系隧道为研究对象,提出隧道主出入口、下沉庭院、防烟楼梯间及分车道、防火隔间相结合的人员安全疏散方式,出口共计61处;在此基础上运用Building Exodus数值模拟并予以对比分析,最终定量确定了火灾情况下人员安全疏散路径,进而为国内外相关工程的人员疏散设计及运营提供理论依据,并为UTLT相关防火规范的制定提供理论基础及建设性意见。     

铁路隧道地下水环境动态监测体系的探讨与实践

铁路隧道排放地下水对隧道区域生态环境和人居环境的影响日益受到重视。在阐述监测等级、监测范围、监测对象和方法等的基础上,探讨了铁路隧道地下水环境动态监测体系,并在国内某货运铁路进行了系统实践。通过对48座隧道143处监控点位近3个水文年的系统监测,发现了34处隧道施工造成的失水水源点位;以典型隧道为例,总结说明黄土丘陵地区、基岩山区和岩溶地区监测结果,并讨论监测体系应用效果。     

高速铁路发展对隧道衬砌形式的影响

选取不同的隧道衬砌形式,可促使高速列车通过时产生的压力波迅速衰减,进而有效缓解高速列车通过隧道产生的空气动力学效应。从分析高速铁路隧道中的空气动力学问题及其影响因素入手,综述现有减缓措施及其弊端,提出从衬砌形式方面消减隧道中压力波的可行性;最后,对高铁隧道衬砌形式的发展方向做出合理设想,对未来高铁隧道衬砌形式的选取具有参考价值。     

Explosions of gasoline–air mixture in the tunnels containing branch configuration

In order to investigate the effects of branch tunnels on explosion propagation, experiments were performed in five different configuration tunnels (straight configuration and configurations with 1 branch, 2 branches, 3 branches and 4 branches). Pressure and flame transducers were used to record the history of the pressure development and track the velocity of the flame front. It was shown that the branch tunnels had ability to enhance the maximum overpressure, rate of overpressure rise, and deflagration index (K_G) of the gasoline–air mixture explosion due to the turbulence induced by the branch tunnels. The overpressure rise rate and K_G of the explosion increased as a function of the number of branch tunnels. Experiments also showed that the maximum flame speed increased as the branch number increasing from 0 to 3 due to the enlargement of turbulence induced by the branch tunnels. However, an increase of branch number did not always lead to an enhancement of flame speed because the heat loss was intensified resulting from the increase of flame surface caused by the branch tunnels. When the number of branch tunnels exceeded 3, the maximum flame speed dropped.     

区间盾构隧道联络道施工对隧道结构和周围地层安全性影响的研究

在建成的区间盾构隧道基础上,采用矿山法构筑联络通道是地铁工程施工的难点。由于盾构隧道联络通道的施工需要拆除区间隧道的部分管片,极易导致盾构管片发生过大的变形,使得隧道结构受损。笔者采用3DFLAC数值分析软件对区间盾构隧道之间的联络道施工进行了三维弹塑性仿真分析,分析了联络道施工对盾构隧道变形、盾构管片受力及联络通道地表沉降的影响,数值模拟得出的结论为制定施工辅助安全措施提供了依据。     

铁路特长隧道火灾应急救援问题研究

以长27.53km的向莆铁路戴云山隧道为研究对象,提出特长隧道的火灾防灾救援总原则,并从其结构、设计、安全管理等方面论述,重点针对火灾防灾救援隧道"定点"设置问题,从设置定点的必要性、定点位置、长度、定点的引导通道、引导通道与主洞的联络横通道、定点处的渡线设置等几方面进行研究,确定了戴云山特长隧道定点设置方案以及定点内的固定消防设施、通风排烟、紧急警报、诱导避难等设备设置,对促进完善我国铁路特长隧道的火灾防灾救援和安全疏散规划管理等具有重要的实践意义。     

细水雾灭火系统作用下特大断面公路隧道火灾特性数值模拟研究

细水雾灭火系统在公路隧道中的应用引发了较多关注,但是针对特大断面公路隧道的研究仍然不足。以2种大断面及4种特大断面公路隧道为研究对象,选取额定流量35 L/min、额定压力10 MPa的高压细水雾喷头,选择4种喷头布置形式,考虑火源功率、位置、遮挡物等影响因素,以隧道顶棚达到耐火极限的临界温度和相邻车辆被引燃的临界热辐射强度为判据,利用FDS模拟软件分析得到适用于隧道的细水雾喷头布置方案。结果表明对于特大断面隧道,细水雾单排顶喷布置不能有效抑制30 MW的大货车火灾,应采用增加顶喷或侧喷喷头的布置形式,从而保护隧道结构安全,防止相邻车辆被引燃。