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        基于模糊綜合分析的光坑山隧道洞口失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

        2016-11-22 02:48:27陳希茂
        四川建筑 2016年5期
        關(guān)鍵詞:評(píng)價(jià)

        陳希茂

        (中鐵二十四局集團(tuán)福建鐵路建設(shè)有限公司, 福建福州 350013)

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        基于模糊綜合分析的光坑山隧道洞口失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

        陳希茂

        (中鐵二十四局集團(tuán)福建鐵路建設(shè)有限公司, 福建福州 350013)

        文章簡(jiǎn)要介紹了公路隧道安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論,以光坑山隧道進(jìn)口為例,應(yīng)用模糊綜合分析法對(duì)光坑山隧道進(jìn)口段洞口失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估,并提出降低風(fēng)險(xiǎn)的處理措施。

        模糊綜合分析; 洞口失穩(wěn); 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

        隨著我國(guó)公路隧道建設(shè)的快速發(fā)展,隧道斷面、長(zhǎng)度不斷加大,斷層、巖爆、涌突水等不良地質(zhì)災(zāi)害也屢見不鮮,可能遇到的安全風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。目前,公路隧道安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作還處于起步階段,需要對(duì)公路隧道工程建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不斷探索和完善,以期降低安全風(fēng)險(xiǎn),減少工程事故,最終達(dá)到經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保的目標(biāo)。

        1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估基本理論

        1.1 隧道與地下工程的風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生機(jī)理

        關(guān)于隧道與地下工程的風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生機(jī)理有多種理論模型[1],一般可以概括為:孕險(xiǎn)環(huán)境與致險(xiǎn)因子耦合作用,致使風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生,進(jìn)而給承載體造成損失。對(duì)隧道工程風(fēng)險(xiǎn)來(lái)說(shuō),承載體主要包括隧道、周邊環(huán)境、社會(huì)群體和生態(tài)環(huán)境。

        1.2 風(fēng)險(xiǎn)分析步驟

        收集數(shù)據(jù)信息 、建立不確定性分析模型、對(duì)風(fēng)險(xiǎn)影響進(jìn)行評(píng)價(jià)。

        1.3 風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)估的主要方法

        專家打分方法 、故障樹分析法(FTA) 、層次分析法等。

        1.4 風(fēng)險(xiǎn)水平定級(jí)方法

        1.4.1 風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率

        根據(jù)《公路橋梁和隧道工程設(shè)計(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南(試行)》、《公路橋梁和隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南(試行)》[2-3],把風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生概率和對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)后果均劃分為五個(gè)等級(jí)。

        1.4.2 風(fēng)險(xiǎn)損失等級(jí)

        確定風(fēng)險(xiǎn)后果的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),可以從經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡、工期延遲、環(huán)境危害等角度去考量,而經(jīng)濟(jì)損失又可包括建設(shè)方或承包商的經(jīng)濟(jì)損失。

        1.4.3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

        確定了風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生的概率及其后果等級(jí),再對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行劃分,從低到高依次為Ⅰ級(jí)~Ⅳ級(jí)。

        1.4.4 風(fēng)險(xiǎn)處理措施

        公路隧道風(fēng)險(xiǎn)的接受準(zhǔn)則及對(duì)應(yīng)的措施要求見表1。

        1.5 隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與分析的步驟及流程

        其步驟主要包括如下環(huán)節(jié):風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)估測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)控制及應(yīng)急預(yù)案[4]。

        1.5.1 風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)[5]

        (1)盡可能全面了解項(xiàng)目的具體概況。

        表1 風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則

        (2)研究隧道實(shí)施方案,確定其在施工期間和運(yùn)營(yíng)期間可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)事件。

        (3)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的存在狀態(tài)和方式,首先考慮運(yùn)用定性的分析方法。

        (4)創(chuàng)建風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)圖。

        1.5.2 風(fēng)險(xiǎn)影響分析

        對(duì)于主要的風(fēng)險(xiǎn),仔細(xì)分析其發(fā)生的概率,確定由此可能出現(xiàn)的后果,提出風(fēng)險(xiǎn)效益的發(fā)生規(guī)律,據(jù)此確定合適的風(fēng)險(xiǎn)控制標(biāo)準(zhǔn)。

        1.5.3 風(fēng)險(xiǎn)控制及對(duì)策研究

        (1)風(fēng)險(xiǎn)控制標(biāo)準(zhǔn)分析:統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)值分析、理論分析,確定在一定條件約束下的風(fēng)險(xiǎn)控制指標(biāo)。采用定性與定量相結(jié)合的分析方法。

        (2)研究制定風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防措施和控制辦法,降低風(fēng)險(xiǎn)。

        2 光坑山隧道洞口失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)踐

        2.1 光坑山隧道基本情況

        2.1.1 隧道概況

        光坑山隧道為南平市武夷新區(qū)省道303新嶺至將口大道段一級(jí)公路工程,雙向六車道布置,位于福建省南平市,線路基本成南北走向。光坑山隧道左線共1 167 m,其中A1標(biāo)段515 m;右線共1 191 m,其中A1標(biāo)段544 m。設(shè)計(jì)行車速度80 km/h。

        2.1.2 地形地貌

        本隧道場(chǎng)址區(qū)洞身段屬剝蝕丘陵地貌,進(jìn)、出口處屬山間沖洪積洼地與剝蝕丘陵交匯處,進(jìn)、出口兩側(cè)分布有窄長(zhǎng)沖洪積洼地。地形平坦性差,起伏不平,隧道進(jìn)口端山坡的坡度主要在15°~30°之間,隧道出口端的山體坡度主要在20°~30°范圍之內(nèi),溝塹較發(fā)育。澗身段地表植被發(fā)育,進(jìn)口處植被不茂盛,出口處植被不發(fā)育。

        2.1.3 工程地質(zhì)

        隧道洞身段表層為少量的坡積層(Qdl),下伏基巖為上元古界麻源群變粒巖(Pt3my),局部地段見有少量混合花崗巖;進(jìn)洞口路面標(biāo)高位于沖洪積層內(nèi),下伏基巖為上元古界麻源群變粒巖(Pt3my);出洞口路面標(biāo)高高于沖洪積層,出洞口段表層為少量的坡積層(Qdl),下伏基巖為上元古界麻源群變粒巖(Pt3my),巖層產(chǎn)狀較不穩(wěn)定。左、右線進(jìn)洞口位于沖洪積洼地及剝蝕丘陵交匯處,圍巖為第四系可塑狀粉質(zhì)黏土、殘坡積土、殘坡積土、全風(fēng)化巖、散體狀強(qiáng)風(fēng)化巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化巖、局部少量中風(fēng)化巖,巖土結(jié)構(gòu)松散,圍巖級(jí)別為V級(jí)。開挖后邊坡、仰坡高度較大,邊坡、仰坡主要巖性為第四系粉質(zhì)黏土、殘坡積土及全風(fēng)化巖巖體破碎,邊坡總體穩(wěn)定性較差。未發(fā)現(xiàn)滑坡等不良地質(zhì)作用。

        2.1.4 水文地質(zhì)

        該段落隧道區(qū)屬于崇陽(yáng)溪水系,場(chǎng)區(qū)附近地表水發(fā)育一般,洞身地表水較發(fā)育,水量較豐富,地下水水位埋深淺,地下水主要有以下兩種類型:風(fēng)化帶孔隙裂隙水、基巖裂隙水。地表水發(fā)育一般,進(jìn)口兩側(cè)溝谷各發(fā)育一條小溪溝,水面寬度約為0.20 m,深度在0.10~0.20 m之間,流量約450 t/d;出口左側(cè)溝谷發(fā)育一條小溪溝,水面寬度約為0.20 m,深度在0.10~0.20 m之間,流量約530 t/d。小溪溝主要接受地下水或雨季雨水的的補(bǔ)給,常年性流水水源,旱季時(shí)水量不充沛。

        2.2 光坑山隧道風(fēng)險(xiǎn)源辯識(shí)

        通過(guò)對(duì)光坑山隧道地質(zhì)情況、設(shè)計(jì)情況的分析,可判斷光坑山隧道存在的主要風(fēng)險(xiǎn)事件為塌方、洞口失穩(wěn)、大變形、突水涌泥、環(huán)境保護(hù)、營(yíng)運(yùn)安全以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。本文僅以隧道洞口(進(jìn)口)失穩(wěn)的重大風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為例。

        2.2.1 洞口失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)與排序

        隧道進(jìn)口穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)源層次分析見圖1。

        圖1 隧道進(jìn)口穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)源層次分析

        憑借層次分析模型理論,構(gòu)建B層所有元素對(duì)應(yīng)目標(biāo)A的判斷矩陣(表2)。

        表2 B層所有元素對(duì)應(yīng)目標(biāo)A的判斷矩陣

        計(jì)算可得判斷矩陣λmax=8.9099

        w=[0.2164,0.0836,0.1283,0.4081,0.049,0.0243,0.0336,0.0567]

        CR=CI/RI=0.13/1.41=0.0921<0.1,滿足一致性檢驗(yàn)。

        可見洞口失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)源重要度依次為:V級(jí)圍巖>坡體結(jié)構(gòu)松散>雙側(cè)壁導(dǎo)坑法>坡度15°~30°>邊坡高2.5~6.8 m >地表水稍發(fā)育>年降雨量1 736 mm>植被發(fā)育。

        2.2.2 洞口失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

        2.2.2.1 洞口失穩(wěn)模糊綜合評(píng)價(jià)

        根據(jù)專家調(diào)查表,結(jié)合相似工程,經(jīng)敏感性分析淘汰掉對(duì)洞口失穩(wěn)影響極小的因素后,得出洞口失穩(wěn)一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo),進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)(表3、表4)。隸屬函數(shù)部分根據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn)及相似工程案例,其它部分選擇梯形隸屬函數(shù)。

        表3 隧道進(jìn)口穩(wěn)定性判斷矩陣

        一致性比例CR=0.024<0.1,滿足一致性檢驗(yàn)。判斷矩陣λmax=3.025

        (1)一級(jí)評(píng)價(jià)。

        利用一級(jí)評(píng)價(jià)模型,洞口總體評(píng)價(jià)單因素評(píng)價(jià)結(jié)果如下:

        地形地貌A:

        地質(zhì)條件B:

        表4 洞口失穩(wěn)模糊評(píng)價(jià)指標(biāo)

        評(píng)價(jià)指標(biāo)光坑山隧道一級(jí)指標(biāo)二級(jí)指標(biāo)描述地形地貌A坡高坡度7.8m,30°地表水系較發(fā)育坡體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)較松散、有偏壓地質(zhì)條件B地層巖性坡積粉質(zhì)黏土及全-強(qiáng)風(fēng)化變粒巖地質(zhì)構(gòu)造無(wú)影響水文條件基巖裂隙孔隙水為主氣候植被C植被覆蓋植被較發(fā)育降雨強(qiáng)度年降雨量1736mm施工設(shè)計(jì)D施工方法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法勘察精度洞口布孔,相對(duì)準(zhǔn)確支護(hù)措施大管棚、小導(dǎo)管

        氣候植被C:

        施工設(shè)計(jì)D:

        (2)二級(jí)評(píng)價(jià)。

        利用一級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果,構(gòu)建二級(jí)評(píng)價(jià)判斷矩陣R,該段隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)總體二級(jí)評(píng)價(jià)判斷矩陣:

        綜合評(píng)價(jià):

        (3)評(píng)價(jià)結(jié)果分析。

        將洞口段總體評(píng)價(jià)結(jié)果模糊向量單值化隧道總體評(píng)價(jià)等級(jí)見表5。

        表5 隧道總體評(píng)價(jià)等級(jí)

        該段總體評(píng)價(jià)值F=1×0.0617+2×0.2382+3×0.5186+4×0.1816=2.82,由此值可知,光坑山隧道進(jìn)口失穩(wěn)的總體模糊評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

        2.2.2.2 洞口失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

        綜合評(píng)價(jià),光坑山隧道進(jìn)口端失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的整體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為III級(jí)。處于在一定條件下可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平,但必須采取切實(shí)可行的辦法來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn),并需要準(zhǔn)備應(yīng)急預(yù)案。隧道進(jìn)口端失移風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)見表6。

        表6 光坑山隧道洞口(進(jìn)口)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

        3 結(jié)束語(yǔ)

        由于項(xiàng)目對(duì)隧道風(fēng)險(xiǎn)的高度重視,采取了必要的安全控制措施與應(yīng)急預(yù)案,目前該隧道已順利貫通,洞口段施工中沒有發(fā)生塌方、變形等事故。通過(guò)對(duì)光坑山隧道進(jìn)口洞口失穩(wěn)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,說(shuō)明了利用以層次分析法為核心的模糊綜合評(píng)價(jià)法得到的評(píng)價(jià)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符,具有一定的指導(dǎo)意義。該方法簡(jiǎn)單,對(duì)其他公路、鐵路隧道施工安全評(píng)價(jià)也具有借鑒意義,能夠被隧道施工技術(shù)管理人員所接受。

        [1] 吳波.隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理研究與務(wù)實(shí)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2010.

        [2] 中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.公路橋梁和隧道工程設(shè)計(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南[S].2011.

        [3] 中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.公路橋梁和隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南(試行)[S].2011.

        [4] 交通運(yùn)輸部工程質(zhì)量監(jiān)督局.公路橋梁和隧道工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估制度及指南解析[M].北京:人民交通出版社,2011.

        [5] 歐陽(yáng)剛杰.長(zhǎng)沙市營(yíng)盤路湘江水下隧道安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及控制技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2012.

        福建省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“巖溶及含空洞隧道地震破壞機(jī)理及控制對(duì)策研究” (項(xiàng)目編號(hào):2016J01205);中鐵二十四局集團(tuán)福建鐵路建設(shè)有限公司科技項(xiàng)目“城市地下空間工程安全風(fēng)險(xiǎn)管理及信息系統(tǒng)研究與開發(fā)”

        陳希茂(1974~),男,本科,高級(jí)工程師,注冊(cè)一級(jí)建造師(市政、建筑),從事橋梁與隧道工程施工和建設(shè)管理工作。

        U458

        A

        [定稿日期]2016-05-24

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