管窺集對分析的隧道設計安全風險范文

本站小編為你精心準備了管窺集對分析的隧道設計安全風險參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

1隧道設計安全風險評估指標體系

隧道初步設計階段安全風險評估的目標是對設計文件中同深度比選的多個方案進行安全風險評估。根據評估結果，視風險等級對初步設計方案進行修改完善，若風險等級極高時，應對初步設計方案重新論證。公路隧道一般采用鉆爆法施工，鉆爆法隧道安全風險事件主要有洞口失穩、塌方、突水涌泥、巖爆、結構風險、營運安全、環境保護等，每個風險事件由若干個導致事件發生的風險源組成，如造成洞口失穩風險事件的風險源有地形地貌、地質條件、進洞方案設計、施工因素等。結合文獻要求及并在總結現有研究成果的基礎上，建立公路隧道初步設計階段安全風險評估指標體系，

2集對分析法確定評估指標的權重

2.1集對分析理論簡介集對分析（setpairanalysis，SPA）理論是一種新型的處理模糊和不確定知識的數學工具，能有效地分析和處理不精確、不一致、不完整等各種不確定性。其核心思想是認為任何系統都是由確定性和不確定性信息構成的，特點是對問題的不確定性“客觀承認、系統描述、定量刻畫、具體分析”。SPA的基礎是集對，關健是聯系度。所謂集對，是由一定聯系的兩個集合所組成的對子。給定2個集合A和B，并設這2個集合組成集對H=（A，B），在具體問題背景W下對集對H的特性展開分析，并用聯系度表示，即：jNPiNFNS（1）式中：μ為集合A和B的聯系度；N為集對H特性的個數；S為2個集合A和B所共同具用特性的個數；P為2個集合相對立特性的個數；F為2個集合既不相互對立，又不共同具有特性的個數，F＝N－P－S。若令NSa，NFb，NPc，則式（1）可簡寫為：abicj（2）式中：μ為聯系度；a、b、c分別為集合A和B的同一度、差異度和對立度；abc1。從式（2）可知，聯系度從2個集合的同一性、差異性和對立性3個方面來確定系統確定關系和不確定關系以及兩種關系的相互作用，能更為全面地刻畫事物的特征與提高信息的利用率，而且能統一處理模糊、隨機和信息不完全導致的各種不確定性。

2.2不確定AHP法的評估指標權重區間計算不確定AHP法在比較判斷矩陣時用區間標度來表示每2個比較因素的相對重要程度，區間標度仍然采用基于1～9比例標度法。顯然，采用區間標度可較好地反映專家對評估指標主觀判斷的不確定性，也符合專家的思維習慣。因此，筆者引入該方法來確定各評估指標的權重區間。

1）確定單個專家的評價指標比較區間數

設某一子指標體系，其評價指標有n個，它構成的集合為nU,12，邀請L位專家基于1～9比例標度法對評價指標進行兩兩比較，并采用區間數表示相互間重要程度，設第k位（k=1，2，L）專家給出的評價指標i與j之間的比較區間數為：kijkijkijAa，b~（3）其中，kija和kijb為該區間的下限和上限值

2）專家權重的確定

由于專家工作經驗、學術背景及對所評估項目的了解程度不同，專家的權重也不盡一樣。專家自身的權重主要考慮職稱、從事隧道工程時間、對工程風險理論及方法的熟悉程度及對本隧道工程了解程度而綜合確定，由于職稱、從事隧道工程時間等幾個指標的重要程度相近，可以認為各指標權重是相同的，將各位專家實際情況對應的分指標相對權值相加，然后進行歸一化處理，則可得專家自身的權重，記為k。

3）構造不確定區間數判斷矩陣

L位專家確定的評價指標權重區間綜合在一起得到各評價指標權重區間的矩陣為：kijLkijkaa1（4）kijLkijkbb1（5）因此，可得到不確定區間數判斷矩陣：111,11,111,1,11,1,,~1122221212121211，abab，ababababAnnnnnnnn（6）

2.3基于SPA的評估指標權重確定方法式（12）給出了評價指標的權重區間，由于0,1~jw，權重區間jw~把區間0，1分成了j0，w、jjw，w、w，1j3部分，這3部分的意義分別表示：“確定能夠達到的程度”、“不能確定是否達到的程度”和“確定不能達到的程度”。引入SPA，將“確定能夠達到的程度”、“不能確定是否達到的程度”和“確定不能達到的程度”分別看成“同一性”、“差異性”、“對立性”，從同、異、反3個角度描述評價指標權重的區間值。因此，權重區間jw~與區間0，1組成集對后的聯系度表達式可表示為：abicjjjjj（13）其中：jjaw，jjjbww，jjc1w，這里i，j為差異度和對立度系數，僅起標記作用。分別從確定性與不確定性兩部分來確定評價指標權重大小[12]。確定性區間的相對權重為：nkkkjjjacacp111（14）不確定性區間的相對權重為：nkkjjbbq111（15）根據式（14）和式（15），得出風險評估指標的綜合權重計算公式，即：nkjjjjjpqpqw1（16）通過式（16）計算，從確定性與不確定性兩個方面來確定評估指標的權重，更具有科學性、合理性。

3工程實例分析

3.1工程概況岐山隧道左洞長8036m、右洞長8040m，左右洞平均長8038m，屬于特長隧道。隧道洞身巖層主要以侏羅紀南園組凝灰熔巖為主，洞身見輝綠巖脈體侵入，屬較硬-堅硬巖，巖體較破碎-較完整，對隧道洞身圍巖的穩定較有利，洞身圍巖級別一般為Ⅴ~Ⅱ級。隧道進出洞口處地形均較陡，斜坡上覆土層主要為殘坡積層、強風化巖層，垂向厚度一般較大，散體結構，濕水易軟化，拱部、側壁穩定性很差，易產生坍塌，成洞條件差。隧道區地下水主要為強-中風化層、構造裂隙中的孔隙潛水及下部基巖裂隙水，地下水位標高高于路面設計高程，隧道單洞最大總涌水量約12423.2m3/d，正常涌水量約8395.5m3/d，巖層富水性中等。

3.2風險事件與風險源辨識根據本項目具體情況及結合文獻的相關規定，采用專家調查法和檢查表法進行風險事件與風險源分辨識。

3.3專家權重的確定邀請5位隧道方面的專家對本隧道進行風險評估，專家權重在表3對應的相對權值基礎上，考慮每位專家實際情況確定對應的權值，然后求和并歸一化處理，得到每位專家實際權重0.221,0.209,0.186,0.209,0.175k，

3.4單一風險事件評估以洞口失穩風險事件為例，說明其具體過程。

3.4.1洞口失穩風險事件各風險源權重的確定

1）構造比較區間數

5位專家對“洞口失穩U1”所對應的第2層指標“地質條件U11”、“地形地貌U12”、“進洞方案設計U13”、“施工因素U14”進行比較，構造的比較區間數為：[1/9,1/7][1/7,1/5][1/4,1/3]11[1/5,1/3][1/3,1]11[3,4][1/3,1]11[1,3][5,7]11[1,3][3,5][7,9]~1Aij[1/8,1/7][1/6,1/5][1/4,1/3]11[1/5,1/3][1/3,1]11[3,4][1/2,1]11[1,3][5,6]11[1,2][3,5][7,8]~2Aij[1/8,1/7][1/6,1/5][1/5,1/3]11[1/4,1/3][1/3,1]11[3,5][1/2,1]11[1,3][5,6]11[1,2][3,4][7,8]~3Aij[1/8,1/7][1/7,1/5][1/4,1/3]11[1/5,1/3][1/3,1]11[3,4][1/3,1]11[1,3][5,7]11[1,3][3,5][7,8]~4Aij[1/9,1/7][1/6,1/5][1/4,1/3]11[1/4,1/3][1/3,1]11[3,4][1/2,1]11[1,3][5,6]11[1,2][3,4][7,9]~5Aij

2）構造不確定區間數判斷矩陣

根據公式（4）和式（5）得到考慮專家權重0.221,0.209,0.186,0.209,0.175k后的評價指標之間的不確定區間數判斷矩陣：[0.1195,0.1429][0.1564,0.2000][0.2407,0.3333]1.00001.0000[0.2181,0.3333][0.3333,1.0000]1.00001.0000[3.0000,4.1860][0.4283,1.0000]1.00001.0000[1.0000,3.0000][5.0000,6.4300]1.00001.0000[1.0000,2.4300][3.0000.4.6390][7.0000,8.3960]~A

3）評估指標權重區間的計算

利用式（7）～式（11）得到評價指標“地質條件U11”、“地形地貌U12”、“進洞方案設計U13”、“施工因素U14”的權重區間：0.4335,0.5763,0.2404,0.3823,0.1396,0.2145,0.0472,0.0579~w4）通過SPA將評價指標的區間權重轉化為精確值，得到各評價指標的權重。將各評價指標權重區間w~分別與區間0，1組成集對，然后根據式（13）將權重區間分別轉化為聯系度：0.43350.1428i0.4237j1；0.24040.1419i0.6177j2；0.13960.0749i0.7855j3；0.04720.0107i0.9421j4根據式（14）、式（15）分別計算評價指標確定性和不確定性區間的權重值，并進行歸一化為：0.4828,0.2977,0.1693,0.0502jp0.2362,0.2364,0.2549,0.2726jq按照式（16）將確定性區間權重與不確定性區間權重組合在一起，求得“地質條件U11”、“地形地貌U12”、“進洞方案設計U13”、“施工因素U14”的綜合權重為w0.4726,0.2918,0.1789,0.0567。

3.4.2洞口失穩風險事件評估結果分析請5位專家分別根據文獻[8]的風險發生概率等級標準、風險損失等級標準、風險等級標準，結合隧道的實際情況，評估隧道洞口失穩風險事件各風險源的風險等級，綜合專家的評估結果得出各風險源的風險等級。最后根據各風險源的風險等級與對應的權重計算風險事件的綜合分值為2.4726，得出洞口失穩風險為Ⅱ級偏上用同樣的方法，可以得到岐山隧道各風險事件的風險情況。其中，各2級指標（風險源）權重的具體計算可根據上述公式用Matlab軟件編制程序完成。由于篇幅的限制，2級指標權重的計算及風險評估過程在此不再贅述，本工程各風險事件評估結果。岐山隧道風險事件評估結果Table6AssessmentresultsofriskeventsofQishantunnel風險事件風險事件評估結果風險事件風險事件評估結果綜合分值等級綜合分值等級洞口失穩2.4726Ⅱ級偏上結構風險2.032Ⅱ級偏上塌方2.482Ⅱ級偏上營運安全1.832Ⅱ級偏下突水涌泥2.212Ⅱ級偏上環境保護1.212Ⅰ級偏上巖爆1.123Ⅰ級偏上。

3.5隧道總體風險評估首先，請5位專家分別用傳統的AHP法確定7個風險事件的權重，結果為“0.21630.21320.15440.09210.10930.11240.10230.22110.21620.15140.08160.11550.10360.11060.18250.23320.14840.09330.12320.11830.10110.17210.25620.14780.08240.12210.11730.10210.16290.25510.14910.09400.11950.11690.1025~uw其次，將上述專家確定的各風險事件權重值分別乘以專家權重值0.221,0.209,0.186,0.209,0.175k并相加，則得風險事件的最終權重:w0.1900，0.2358，0.150，10.0885，0.118，10.1137，0.1038u最后，將風險事件的最終權重值乘以表6對應的風險事件綜合分值并相加，進而得到隧道總體風險分值2.0605,風險等級為Ⅱ級。通過對岐山隧道初步設計階段風險等級的評價，該隧道不存在“IV級、極高”等級的風險，洞口失穩、塌方、突水涌泥、結構風險、營運安全的風險等級為“II級、中度”，巖爆和環境保護的風險等級為“Ⅰ級、低度”。綜合考慮各風險事件，岐山隧道初步設計階段風險等級為“II級、中度”。根據風險接受準則可知,風險水平有條件接受，工程就進一步實施預防措施以提升安全性的必要。

1）進出口的洞口失穩及塌方風險較大，在下階段施工圖設計中予以重視；

2）襯砌結構的合理性需要在施工過程中進一步進行檢驗，因此，在制定監測方案時，應重點考慮對應的風險點進行監測，如對淺埋偏壓段落、全斷面注漿堵水段落襯砌結構內力進行監測，及時反饋，進行變更設計；

3）隧道工程強調動態設計，針對地勘資料不足或不準確的情況，加強施工過程中的超前地質預報，及時變更設計，是控制風險的有效手段。

4結論

1）不確定AHP法在比較判斷矩陣時用區間標度來表示每2個比較因素的相對重要程度，可較好地反映專家對評估指標主觀判斷的不確定性，也符合專家的思維習慣。

2）導致隧道公路隧道發生風險事件的各項風險因素具有復雜性、模糊性、隨機性的特點，專家對這些信息了解程度不確定，用不確定AHP法構造不確定區間數判斷矩陣，考慮專家權重后得到評估指標的權重區間，既符合工程實際，又具有可靠性。

3）不確定AHP法給出的指標權重為區間數，使用并不方便，需要將區間權重轉化為精確權重。評價指標的權重區間在是在一定范圍內變化的確定性與不確定性區間，引入SPA理論，計算評價指標的確定性區間的相對權重與不確定性區間的相對相重，并綜合得到評價指標的精確權重，充分體現了該方法的優越性和科學性。

4）在評估單個風險事件的基礎上，綜合考慮洞口失穩、塌方、突水涌泥等多個風險事件共同影響，對隧道總體安全風險進行評估，符合公路隧道設計階段安全風險評估實際要求。

作者：俞素平李素梅單位：福建船政交通職業學院云南交通職業技術學院