山岭隧道施工期安全风险评价方法研究

来源 :武汉大学 | 被引量 : 14次 | 上传用户:baihe8302
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在山岭隧道施工过程中实施安全风险管理十分重要,然而现有的研究水平严重滞后于工程应用。对于待开挖隧道的风险评估,由于影响因素众多,权重确定过于主观,确定、精确、完备的评价指标很难获得等制约,导致风险评价结果的可靠性低、准确性差和实用性不强,远达不到隧道施工的标准化、信息化和安全管理的要求。为此,本论文采用案例推理、超前地质预报、粗糙集理论相结合的方法,探索建立新的评价方法,并将其应用于工程实践,验证了此方法的可行性。
  考虑到论文的篇幅和研究周期,本文并不涉及风险事故可能造成的损失评估、风险控制等方面的内容,仅针对隧道的典型风险事件发生的概率开展相关的研究。在回顾总结国内外研究现状基础上,全文总体上分四部分进行论述,第一部分研究了传统的粗糙集理论应用于隧道风险评估中存在的问题和基于条件信息熵的属性约简改进方法;第二部分构建了基于案例推理技术的评价指标体系;第三部分研究了超前地质预报成果对典型地质单元的指示效应,并将典型物探成果应用于评价指标中;第四部分建立了基于上述粗糙集、案例推理和超前地质预报相结合的风险评价方法。
  在粗糙集理论研究方面,针对实际隧道坍塌的案例样本集,应用属性依赖度原理计算约简前后的属性重要度和权重,发现由于受知识描述粒度和决策信息表的规模制约,基于属性依赖度的约简方法应用于隧道风险评价中存在条件属性的过度约简,约简结果的可靠性低;或约简结果过多而致无法取舍,甚至无法确定属性重要度和权重等问题。基于此,本论文提出了基于信息熵的属性重要度和权重确定方法,建立了新的属性约简方法并编制了相关软件,应用于相同的隧道坍塌案例工程实验,取得很好的计算结果。此方法能够实现风险影响因素的筛选,去掉不重要或冗余的因素,解决影响因素众多的问题;能够计算得到各因素的客观权重,解决权重完全依赖主观赋值的问题。
  在指标体系构建方面,依托项目建设中参与的隧道风险事例,并结合国内外的技术规程,应用层次分析法建立隧道坍塌、突涌等典型风险事件的的孕险环境和致险因子。然后,对坍塌、突涌等风险事件的孕险环境和致险因子进行整合、归纳,构建了典型风险事件的评价指标体系,为相似案例的选取和粗糙集的相关处理奠定基础。
  在超前地质预报研究方面,建立基于已开挖段地质调查及试验、未开挖段综合物探的地质预测、预报体系。研究地震波反射法和电磁波反射法物探成果的动态响应参数特征,通过对探测成果与实际开挖揭示围岩的比对分析和验证,揭示预报成果的敏感动态响应参数对典型地质体的指示效应,将其引入到风险评价指标中,并建立满足隧道评估和粗糙集理论的量化指标,实现对掌子面前方一定距离内待开挖隧道风险的超前预测。
  在评价方法方面,针对待评价的隧道对象,对其主要孕险环境和超前地质预报成果进行分析,通过与已有案例比对,选取属性特征相似的经验案例。然后,基于粗糙集的属性重要度、权重理论,对这些相似的经验案例的孕险环境和致险因子开展属性重要度、权重计算和属性约简,间接实现对待评价隧道对象的评价指标的优选。最后,将优选后的评价指标和权重应用于模糊综合评价模型,实现待评价隧道风险事件的综合评价。
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