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。     

未确知测度理论在盾构下穿既有隧道安全风险评价中的应用

盾构下穿既有隧道工程施工通常存在较大风险,为了对风险等级做出准确有效的评价,提出了基于未确知测度理论的盾构下穿既有隧道安全风险评价模型。首先,通过对相关规范和现有文献的研究,并结合盾构下穿隧道施工的特点,构建了盾构下穿既有隧道安全风险评价指标体系,包括盾构掘进参数、新建隧道条件、既有隧道条件、地质条件和施工管理条件5个一级指标,以及掘进速度、掘进推力、注浆压力等19个二级指标;其次,将综合安全风险划分为5个等级,并明确了各指标的等级划分标准;然后基于熵权-未确知测度理论构建盾构下穿既有隧道安全风险评价模型,采用熵权法确定指标权重,根据未确知测度理论构建各指标的单指标未确知测度函数,将各指标数据值代入单指标未确知测度函数中得到单指标测度评价矩阵,结合指标权重和单指标测度评价矩阵计算得到多指标测度评价向量,依照置信度准则确定安全风险等级;最后,将提出的模型应用于实际盾构下穿既有隧道工程中,对其进行安全风险等级评价。结果表明,模型评价结果与实际风险等级一致,并通过与模糊层析分析法对比验证了所提模型应用于工程实践的有效性,研究结果可为实际施工安全管理提供决策支持。     

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。     

深埋长隧道施工地质灾害风险模糊层次评价

地质灾害是影响深埋长隧道安全施工的重要因素,将综合超前地质预报和模糊层次评价相结合,建立深埋长隧道地质灾害风险预测体系。首先对超前地质预报进行了研究并建立综合超前地质预报体系,以该体系为指导对隧道进行地质预报,了解掌子面前方的地质信息。其次在地质预报基础上作隧道施工地质灾害风险模糊层次评价,对隧道施工中可能遇到的地质灾害及整体风险程度进行评估。最后以米仓山隧道为工程背景,对建立的地质灾害风险预测体系进行了实践,得到里程段内发生涌水突泥、塌方、大变形及岩爆等地质灾害的风险等级,以及地质灾害整体综合评价风险等级。     

基于SPA法的盾构隧道施工邻近桥梁安全评价

为实现盾构隧道施工邻近桥梁安全评价,基于大量的文献研究和工程实践,从地质水文条件、盾构施工参数、隧道工程条件、桥梁自身条件和组织管理风险5方面构建涵盖16个因素的评价指标体系,并确定各指标的分级标准,提出1套基于集对分析理论(SPA)的安全评价方法;通过构建各指标等级间的联系度隶属函数,基于G1-CRITIC法确定综合...     

铁路隧道TBM施工风险评估

采用基于熵权的模糊综合评估模型对西秦岭特长铁路隧道TBM施工风险进行分析,识别关键风险因素并提出施工应对策略。首先结合西秦岭隧道项目工程特点,参照《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》进行TBM施工风险识别,将其归结为设备风险、掘进风险、辅助工序风险三大方面,对每个方面细分出4项一级风险因素。接着确定各层次风险因素权重:借助专家调查确定一级风险发生的概率等级,运用熵权法确定底层风险权重;运用层次分析法确定三大方面风险权重。最后建立二级模糊综合评判模型,评估西秦岭铁路隧道右线的施工风险等级。通过现场专家调查得到的一级风险因素后果损失等级表建立一级评判隶属度矩阵,进行一级模糊评判;并将结果作为二级评判因素的评价集,进行第二级综合评判,评定该项目为2级风险。同时借助熵权反映底层各风险因素的重要程度,确定关键风险因素并判断其风险等级,提出施工应对措施。     

基于SEM-MC的地铁车站深基坑施工危险性测度研究*

为提高地铁车站深基坑施工危险性测度的准确性,考虑多风险因素耦合作用和危险性测度主观性对传统风险评测结果的影响,提出基于结构方程（SEM）与蒙特卡洛模拟（MC）相结合的地铁车站深基坑施工危险性测度方法。首先,从基坑支护、基坑开挖、降水排水以及周边环境4个维度建立危险性测度指标体系,利用SEM确定指标权重,并确定关键因素;然后,根据指标的数据分布特征,利用MC法模拟出潜变量值并与风险损失程度、指标权重相结合得出危险度;最后,将该危险性测度方法运用于南昌地铁双港站。研究结果表明:该地铁车站深基坑风险等级为4级,基坑开挖为该地铁车站深基坑施工主要风险影响因素,其直接影响因素为开挖技术参数设置。项目实施结果表明该方法对地铁车站深基坑施工危险性评测适用可信。     

基于层次分析-模糊综合评价的油库衍生灾害分级研究

为科学合理地评估油库对公共体系的潜在危害,提高储运设施安全管理水平,基于现有灾害及风险评价理论,构建了油库衍生灾害分级指标体系并建立了油库衍生灾害等级评定模型。油库衍生灾害分级指标体系综合考虑了衍生灾害发生的可能性水平、衍生灾害后果的严重性、企业隐患控制与应急能力、油库所在地区承灾体敏感性与脆弱性4个方面,包括6个一级指标及18个二级指标。油库衍生灾害等级评定模型以模糊综合评价的基本理论为基础,将油库衍生灾害划分为5个等级。该分级模型采用层次分析法计算各级指标权重,并依据现行法律法规计算一级模糊综合评价中各单项指标隶属度。将该模型应用于我国某原油库,根据模型计算结果,该原油库衍生灾害等级为四级,验证了该模型的可行性。     

小直径深层排水隧道盾构施工安全风险评价

为识别小直径深层排水隧道盾构施工安全风险,准确评价施工安全风险等级,提出基于危险与可操作性分析(HAZOP)的风险识别方法和基于粗糙集和云模型的风险评价方法。基于HAZOP方法全面识别施工安全风险,并根据粗糙集属性约简理论构建评价指标体系;将粗糙集与云模型结合,构建小直径深层排水隧道盾构施工安全风险评价模型;以东湖深隧工程为例,验证该模型的有效性。结果表明:该模型评价结果与实际情况基本吻合;掘进参数未及时调整、培训及考核不到位、注浆管堵塞、吊装下井设备及其零部件坠落、工程地质和水文地质情况调查不详细是小直径深层排水隧道盾构施工安全风险等级较高的因素,应重点关注并规避。     

城市轨道交通隧道火灾风险的多级可拓综合评价

在构建城市轨道交通隧道火灾评价指标体系的基础上,建立了多级可拓综合评价模型,通过关联度的计算,判定各风险评价指标与风险等级的距离。以长沙市某隧道为例,通过评价权值、待评物元、关联度的计算,确定该隧道火灾风险的等级。结果表明,该火灾风险等级为2级,风险水平可接受,但需要整改。     

软弱围岩隧道洞口浅埋段变形特征及控制措施研究*

为解决洞口浅埋段软弱围岩隧道大变形控制难、施工风险高的问题。依托在建隧道工程,对洞口浅埋段初支变形及破坏特征进行分析,提出适合该隧道的变形控制措施。结果表明:洞口浅埋段围岩松散破碎受开挖扰动和地表水影响显著,隧道破坏形式多样,围岩纵向变形不规律,随埋深增大,局部渗水严重段存在拱腰挤出现象;开挖初期围岩变形速率高,最高达到86.8 mm/d,累计变形量大,其中上、中台阶围岩变形量占比为80%~90%,变形主要分为“加速增长—缓慢增长—再次增长—趋于稳定”4个变化阶段,再增长阶段持续时间较短,约6~10 d。根据围岩预留变形量建立各施工阶段的变形控制基准及超限应对处置措施,并提出工法优化,通过数值模拟验证该优化工法有利于支护结构及时封闭,可控制前期围岩变形,保证施工安全和进度。     

基于博弈-可拓理论的隧道围岩稳定性评价

针对隧道围岩稳定性评价的模糊性和主观影响问题，建立基于博弈-可拓理论的隧道围岩稳定性评价模型。该模型采用岩石单轴抗压强度、岩体质量指标、完整性系数、体积节理数、声波纵波波速值、地下水渗水量作为隧道围岩稳定性评价指标，运用关联函数法、熵权法和改进层次分析法单独计算各个指标的权系数，利用博弈论组合赋权确定所得3个权系数的最优组合权系数，以此计算出待评隧道围岩关于各稳定性等级的加权关联度，根据计算结果判定待评隧道围岩稳定性等级。实例计算表明:运用博弈-可拓理论评价隧道围岩稳定性等级，综合了主客观因素，使评价结果更为合理可靠，为隧道风险控制与安全管理提供了新的依据。     

基于反赋权与MBCT-SR多维云模型算法岩爆预测研究

基于岩爆事故的模糊性与随机性特征,为解决在当前岩爆烈度等级预测研究中,通过正向云发生器经验式计算多维云模型特征值进而导致预测结果主观性较强的问题.本文选取应力比Ts=σθ/σt、岩石脆性指数B=σc/σt以及弹性应变储能指数Wet作为评价指标,结合机器学习理论,采用多维逆向MBCT-SR云发生器算法对岩爆等级进行预测,...     

软岩大断面隧道二次衬砌支护时机的选择研究

为探明软岩大断面隧道开挖后围岩的变形与支护时机的相关关系,利用监控测量数据反演分析中获得的蠕变参数,校正ABAQUS的D-P蠕变模型;在此基础上建立数值计算模型,对具有代表性的围岩进口浅埋段、出口浅埋段和洞身段进行了相关的数值分析,研究软岩大断面隧道岩体的变形规律和支护时机之间的关系;通过埋设现场监控量测点对二衬支护时机的结果进行了验证。研究结果表明:出口和进口浅埋段的V级围岩,开挖后岩体的变形速率大、时间短,选择以最终位移量的80%为最佳支护时机,二衬的最佳支护时机为隧道开挖支护后的15 d左右;洞身段IV级围岩具有变形速率小、时间长,以最终位移量的90%为最佳支护时机,洞身段二衬的最佳支护时机为隧道开挖支护后的30 d左右。现场验证表明,选择的二次衬砌支护的时机是可行的。     

油气田瓦斯隧道开挖掌子面围岩安全厚度研究

为降低油气田区隧道施工风险，以龙泉山隧道为依托，采用数值模拟方法对隧道开挖掌子面前方围岩安全厚度进行分析，并结合现场监测数据对所得结论进行验证。研究结果表明:隧道施工使隧址区围岩应力重分布，且应力变化与围岩距掌子面距离L有关，当L≤0.75D（D为隧道净高）时，围岩处于应力释放区；当0.75D相似文献   

交通荷载作用下超浅埋隧道洞口段变形及控制研究

为研究交通荷载作用下超浅埋隧道施工的安全性及其控制方法,利用功效系数法分析隧道施工时的风险程度,结合有限元软件模拟交通荷载作用下隧道的变形特征,并探究不同开挖方法及支护条件下隧道变形情况,最后与现场实际监测数据进行对比。研究结果表明：交通荷载对隧道施工影响较大,施工时应采取管制措施;隧道下穿段施工风险较大,应采用双侧壁导坑法开挖;单层大管棚加小导管注浆的超前支护措施可以保证隧道施工安全进行。     

基于不同指标无量纲化方法的岩爆预测模型优选

为研究不同指标无量纲化方法对岩爆等级预测模型精度的影响,提高岩爆预测准确率,选取应力系数、脆性系数和弹性能量指数作为预测指标。基于104组岩爆实例大样本数据,采用统一极差处理法、差异化极差处理法、平均化处理法和归一化处理法4种指标无量钢化方法,对预测指标的原始数据进行处理,建立不同的岩爆预测距离判别模型并进行工程实例应用。研究结果表明:基于平均化处理法的岩爆预测模型的回判准确率高达97.1%;对不同矿山、隧道和水电站的6个工程实例的预测结果符合实际情况,说明其是一种准确率高、方便实用的岩爆预测模型。     

岩质高边坡运营安全风险评估指标体系研究

为建立高速公路岩质高边坡风险评估指标体系,针对指标选取代表性不足、指标分级阈值缺少定量判据、指标获取困难等问题,采用逐坡普查与重点调查、工程地质类比与复核、现场监测与数值计算相结合的方法,提出了岩质高边坡运营安全风险评估指标体系。包括边坡断面几何特征、水的影响、边坡岩体结构、支挡加固设施及边坡破坏模式等5个一级指标与坡高、坡度等15个二级指标,并确定了量化分级标准与取值方法。评估结果表明:指标体系适用性较强,为后续评估运营安全风险奠定了基础。     

协同通风影响全断面隧道掘进机工作面岩尘分布规律研究

针对全断面掘进机施工过程中,产生大量岩尘影响施工人员工作环境的问题,采用理论分析、数值模拟与现场测定相结合的方法,以青岛地铁2号线全断面隧道掘进机工作面为对象,对协同通风影响全断面隧道掘进机工作面风流运移与岩尘污染分布规律进行研究。结果表明:在复合式通风模式和一定条件下,在隧道中段会形成由主通风与回风主导的耦合风场;当协同通风量(Qcv)从6 m3/s增大至12 m3/s时,产生的岩尘可控制在距掌子面77.2 m的范围内;当Qcv=8 m3/s时,岩尘最小扩散距离为44.7 m,工作区周围岩尘浓度约为30.1 mg/m3。