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        基于層次分析法的隧道工程設(shè)計(jì)階段施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

        2021-03-05 02:21:40唐中華汪浙民程運(yùn)信廖雅杰繆燕兵
        中國(guó)公路 2021年3期
        關(guān)鍵詞:主洞權(quán)重隧道

        唐中華 汪浙民 程運(yùn)信 廖雅杰 繆燕兵

        (1.浙江交投高速公路建設(shè)管理有限公司,浙江 杭州 310016;2.浙江交工集團(tuán)股份有限公司,浙江 杭州 310052;3.北京中交華安科技有限公司,北京 100088;4.重慶交大交通安全科技研究院有限公司杭州分公司,浙江 杭州 311215)

        責(zé)任編輯/曹晶磊 美術(shù)編輯/王德本

        一、隧道基本情況

        (一)隧道基本設(shè)計(jì)參數(shù)

        某隧道類(lèi)型為單洞(A型),起訖樁號(hào)k9+485~k13+225,隧道長(zhǎng)度為3785m,隧道凈寬10m,凈高5m,進(jìn)出口洞門(mén)形式均為偏壓式。

        (二)地形地貌

        項(xiàng)目所在區(qū)域?qū)贅?gòu)造侵蝕剝蝕中低山地貌,地勢(shì)總體西高東低,河谷和山脈多呈北東及北西向發(fā)育,山體高程以400m~1000m為主。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)海拔高程約1216m,最低點(diǎn)位于北西側(cè)的沖洪積平原,海拔高程約160m,相對(duì)高差約1050m。地形坡度一般為15°~40°,局部達(dá)45°以上。地表植被發(fā)育以雜木為主。

        根據(jù)地貌成因、地質(zhì)巖性特征、外力作用等特點(diǎn)可將區(qū)域地貌形態(tài)分成堆積平原區(qū)(Ⅰ)、侵蝕剝蝕中低山丘陵區(qū)(Ⅱ)兩大地貌分區(qū)和沖洪積平原(Ⅰ1)、坡洪積平原(Ⅰ2),侵蝕低山亞區(qū)(Ⅱ1)及剝蝕丘陵亞區(qū)(Ⅱ2)4個(gè)亞區(qū)。

        隧道所在區(qū)域?qū)俚蜕叫逼碌孛?,地形起伏大,地表植被發(fā)育,多為灌木、松木、杉木等,地表覆蓋層較薄,基巖露頭條件較好。

        (三)工程地質(zhì)

        隧道起訖樁號(hào)為k9+485~k13+270,位于線路k0+000~k13+325段,該段多在侵蝕中低山區(qū)上行進(jìn),跨越的地貌單元主要為侵蝕中低山間夾沖洪積平原、坡洪積溝谷及斜地等地貌單元。其中k6+455~k13+225段山高坡陡,坡度一般在30?!?0。,山脊較尖棱,溝谷深切,殘坡積層較薄,多見(jiàn)基巖出露,巖性以凝灰?guī)r為主,巖石受構(gòu)造影響程度較低,總體地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育,巖質(zhì)堅(jiān)硬,山脊風(fēng)化一般較強(qiáng),工程地質(zhì)條件較好。

        隧道圍巖為下白堊統(tǒng)大爽組晶屑凝灰?guī)r、變粒巖,燕山晚期霏細(xì)斑巖。地表第四系覆蓋層薄,強(qiáng)風(fēng)化巖出露。出洞口上覆殘坡積含黏性土角礫,厚3m~4m,下伏全風(fēng)化變粒巖??傮w場(chǎng)地工程地質(zhì)條件較好,水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單,可自然排水,圍巖質(zhì)量較好,洞身為Ⅱ級(jí)~Ⅳ級(jí),進(jìn)出洞口以Ⅴ級(jí)為主。

        (四)氣象

        隧址內(nèi)低海拔的河谷地帶年均氣溫為17.6℃,月平均氣溫最高(7月)28.4℃,最低(1月)6.6℃,日極端最高40.7℃;而海拔千米以上的山區(qū)(草魚(yú)塘等),年平局氣溫12.8℃,月平均氣溫最高(7月)22.6℃,最低(1月)2.8℃,日極端低溫零下14℃。由于海拔、坡向差異懸殊,氣候垂直差異明顯,一般海拔每升高100m,氣溫下降0.5℃。

        境內(nèi)降水充沛,但時(shí)空分布不均。在空間分布上,由于地形變化懸殊,各地多年平均降水量差異較大,一般隨海拔增高逐漸增多,全縣多年平均降水量在1600mm~2100mm之間;在年際分配上,降水主要集中在4月~6月的梅汛期和8月~10月的臺(tái)汛期,降雨量約占全年的七成,11月至下一年3月雨水較少。

        (五)水文

        隧址區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候,植被覆蓋較好,森林覆蓋率達(dá)85%以上,其水文性質(zhì)也較好。一是水位漲落迅速;二是徑流量季節(jié)分配不均;三是徑流量年際變化大。勘察區(qū)地下水根據(jù)含水組地層巖性、地下水的賦存條件、地下水的水動(dòng)力性質(zhì),可分為松散巖類(lèi)孔隙水、基巖裂隙水。

        (六)不良地質(zhì)現(xiàn)象

        據(jù)高密度電法成果揭露,隧址區(qū)發(fā)育5條斷裂破碎帶,對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性均有一定影響。

        (七)隧道主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

        1.線形:隧道幾何線形與凈空按60km/h設(shè)計(jì)。隧道照明設(shè)計(jì)速度按60km/h設(shè)計(jì)。

        2.隧道建筑限界:根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D70-2004)及《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01-2014)規(guī)定確定二車(chē)道建筑限界基本寬度。

        3.隧道設(shè)計(jì)使用年限:主體結(jié)構(gòu)(襯砌、洞門(mén)):100年;可更換、修復(fù)構(gòu)件(水溝、電纜溝槽、蓋板等):30年。

        二、層次分析模型

        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),本文主要采用專(zhuān)家調(diào)查法、層次分析法、模糊綜合評(píng)判法確定風(fēng)險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),如圖1所示。

        圖1 隧道整體風(fēng)險(xiǎn)層次分析模型

        三、坍塌風(fēng)險(xiǎn)分析

        根據(jù)坍塌風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)構(gòu)建塌方風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系,評(píng)估小組利用層次分析法確定各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重。

        1.建立判斷矩陣A

        表1 判斷矩陣

        表1 判斷矩陣

        2.利用方根法計(jì)算判斷矩陣A的特征向量W

        3.計(jì)算判斷矩陣A的最大特征根

        λmax=6.172

        4.判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)

        當(dāng)n=6時(shí),RI=1.24,則:CR=CI/RI=0.028<0.1

        該矩陣通過(guò)一致性檢驗(yàn),判斷矩陣A的特征向量W為所求得的權(quán)重系數(shù)。RI為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo),當(dāng)CR<0.1時(shí),符合一致性檢驗(yàn),判斷矩陣合理。

        分別構(gòu)建第三層指標(biāo)地形地貌、地質(zhì)、不良地質(zhì)、周邊環(huán)境、設(shè)計(jì)方案、施工方案的判斷矩陣,求得第三層指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)三級(jí)指標(biāo)權(quán)重系數(shù),如表2所示。

        四、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

        涌水突泥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估采用層次分析軟件,構(gòu)建層次分析法模型,如圖2所示。經(jīng)過(guò)比對(duì),確定各級(jí)指標(biāo)權(quán)重系數(shù),如表3所示。

        隧道設(shè)計(jì)階段環(huán)境保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。綜合該隧道的各風(fēng)險(xiǎn)事件,結(jié)合已有的工程實(shí)例,根據(jù)專(zhuān)家調(diào)查結(jié)果,對(duì)該隧道發(fā)生環(huán)境保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)事故的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估成果,如表4所示。

        隧道設(shè)計(jì)階段整體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。根據(jù)以上建立的隧道主洞整體風(fēng)險(xiǎn)層次分析模型,計(jì)算隧道設(shè)計(jì)施工風(fēng)險(xiǎn),如表5所示。經(jīng)過(guò)評(píng)估小組討論,結(jié)合層次分析法風(fēng)險(xiǎn)分級(jí),確定該隧道整體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)中度風(fēng)險(xiǎn),屬于可接受風(fēng)險(xiǎn)。

        表2 坍塌風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí)三級(jí)指標(biāo)權(quán)重

        表2 坍塌風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí)三級(jí)指標(biāo)權(quán)重

        表3 涌水突泥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)三級(jí)指標(biāo)權(quán)重

        表3 涌水突泥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)三級(jí)指標(biāo)權(quán)重

        圖2 層次分析矩陣

        表4 環(huán)境保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

        表4 環(huán)境保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

        表5 隧道主洞整體風(fēng)險(xiǎn)各級(jí)指標(biāo)權(quán)重及賦值

        表5 隧道主洞整體風(fēng)險(xiǎn)各級(jí)指標(biāo)權(quán)重及賦值

        表6 隧道主洞設(shè)計(jì)階段整體風(fēng)險(xiǎn)

        表6 隧道主洞設(shè)計(jì)階段整體風(fēng)險(xiǎn)

        五、結(jié)語(yǔ)

        本文采用層次分析法、指標(biāo)體系法相結(jié)合的方法,對(duì)隧道進(jìn)行施工圖階段設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并得出結(jié)論:隧道施工圖設(shè)計(jì)整體風(fēng)險(xiǎn)為Ⅱ級(jí),中度風(fēng)險(xiǎn),屬于可接受風(fēng)險(xiǎn);隧道主要施工風(fēng)險(xiǎn)在于穿越斷層破碎帶期間;防止斷層破碎帶并富存基巖裂隙水的情況,加大斷層區(qū)物探范圍,確保施工安全。

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