一种沉管隧道运营阶段健康状态的评估方法技术

本发明专利技术提供了一种沉管隧道运营阶段健康状态的评估方法，步骤为：对国内外已建沉管隧道的历史病害资料进行归纳分析，构建健康状态评价指标体系；利用层次分析法构建被评估沉管隧道的健康状态评估模型；采用改进的层次分析法确定各因素的相对于权重以及各因素包含的各评价指标在该因素中的相对权重；集成模糊综合评价的理念，基于预设的隧道健康状态评估标准，对建立的沉管隧道健康评估模型进行分级综合评价。本发明专利技术的综合考虑沉管隧道所处环境因素、结构应力、应变、裂缝等多方面因素，对沉管隧道运营过程中的健康状态进行定量的全面评估，为隧道的运营维护、决策提供了有力支持。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了，步骤为：对国内外已建沉管隧道的历史病害资料进行归纳分析，构建健康状态评价指标体系；利用层次分析法构建被评估沉管隧道的健康状态评估模型；采用改进的层次分析法确定各因素的相对于权重以及各因素包含的各评价指标在该因素中的相对权重；集成模糊综合评价的理念，基于预设的隧道健康状态评估标准，对建立的沉管隧道健康评估模型进行分级综合评价。本专利技术的综合考虑沉管隧道所处环境因素、结构应力、应变、裂缝等多方面因素，对沉管隧道运营过程中的健康状态进行定量的全面评估，为隧道的运营维护、决策提供了有力支持。【专利说明】
本专利技术涉及一种沉管隧道运营期间隧道结构健康状态评估的方法。
技术介绍
近年来，随着我国经济不断发展的需要，沉管隧道以其施工速度快、周期短、对基 础强度要求不高、埋深浅、建成后不影响航道通航、水底隧道部分与岸上部分对接距离更短 等优点，在国内外的越江隧道方案中被更多的采用，全世界己经修建了一百多条沉管隧道。 研究调查发现，在长期的自然环境和使用环境的双重作用下，已建隧道会随着使 用不同程度地出现衬砌裂缝、变形以及渗漏水等病害。这些运营期间隧道出现的病害不仅 危及到高速行车的安全与畅通，而且影响了隧道的使用寿命。对病害如不进行及时处治，会 造成进一步损坏，甚至使隧道破坏，导致巨大的经济损失和不良的社会影响。 传统的结构劣化评定标准可以实现半定量半定性的结构劣化评估，现有的结构健 康评估技术可以实现机构健康状态的定量评估，更多应用于大型桥梁、高层建筑中，盾构隧 道及公路隧道中亦有一些学者进行过研究，但在沉管隧道结构中的应用尚未见文献发表。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有评估技术的缺陷以及沉管隧道健康状态评估方面存在的空 缺，本专利技术提供了一种基于改进层次分析、模糊综合评判集成的评估方法，以解决以上问 题。 技术方案:为实现上述目的，本专利技术的一种沉管隧道运营阶段健康状态的评估方 法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一：确定影响沉管隧道运营期安全的因素以及每个因素各自包含的评价指 标； 步骤二:利用层次分析法对步骤一中确定的因素和评价指标进行归纳分析，构建 沉管隧道健康状态评估模型，所述沉管隧道健康状态评估模型具有目标层、因素层以及指 标层，所述目标层是对沉管隧道总体健康状态的评估目标，所述因素层是步骤一中所确定 的所有因素，所述指标层包含步骤一中所确定的每个因素各自包含的评价指标； 步骤三:确定所述沉管隧道健康状态评估模型中因素层中各因素的相对权重、以 及每个因素各自包含的指标层中的评价指标在该因素中的相对权重，构建权重矩阵； 步骤四：建立沉管隧道健康状态评价等级及各评判因素单因素评价标准； 步骤五:根据各评判因素单因素评价标准，确定评判过程中指标层各评价指标的 隶属函数和模糊算子； 步骤六:利用各评价指标的隶属函数进行各因素的模糊评价，构建各评价指标的 模糊关系矩阵； 步骤七：以各因素的评价指标的模糊关系矩阵和相对权重作为因素层健康评估的 输入值，计算得到因素层各因素的健康评估数值；以因素层各因素的健康评估数值和相对 权重作为沉管隧道总体健康评估的输入值，计算得到沉管隧道综合健康评估数值;根据沉 管隧道综合健康评估数值对照预设的沉管隧道健康状态评价等级得到隧道综合健康等级。 进一步地，步骤一所确定的影响沉管隧道运营期安全的因素包括环境作用、结构 应力、结构变形、结构裂缝、渗漏水五个因素;其中环境作用因素包含水位、覆盖层厚度两项 评价指标，结构应力因素包含钢筋应力、混凝土应力、剪切键应力、锚索应力四项评价指标， 结构变形因素包括隧道不均匀沉降、管段接头张开和变位、管段倾斜三项评价指标，结构裂 缝因素包含裂缝长度，裂缝宽度两项评价指标，渗漏水因素包含渗漏速率，渗漏面积，渗漏 水PH值三项评价指标。 进一步地，步骤三确定权重的方法为改进乘积标度法，该法在评价指标层中评价 指标的重要性时，设置"相同"与"稍微大"两个评价等级，以此作为基础进行递进乘积分析 确定因素层中各因素的相对权重、以及每个因素各自包含的指标层中的评价指标在该因素 中的相对权重;如评价指标A比B "稍微大"时的权重比为a: b，则A比B为η个"稍微大"时，其权 重比为a · (l+a)n-1Zb · (l+b)n-、 进一步地，步骤四中建立的评价等级分为m级，m为正整数，确定健康评价标准集V ={vi，V2, '"Vm}，分别对应1，2···Π1级健康状态，其中VI对应（VI上，VrF)评价值区间，V2对应 (V2上，V2下)评价值区间，以此类推，Vm对应(Vm上，Vm下)评价值区间。进一步地，步骤五中确定隶属函数的方法为模糊统计法或三分法或五点法或模糊 分布法。 进一步地，步骤五中确定的模糊算子为主因素决定型或主因素突出型或不均衡平 均型或加权平均型。 进一步地，步骤三中因素层中各因素的相对权重值的总和为1，每个因素各自包含 的指标层中的评价指标在该因素中的相对权重的总和也为1。 有益效果:本专利技术提供的沉管隧道运营阶段健康状态的评估方法突破了目前规范 中评判方法不能进行完全定量的瓶颈，也是首次给出对沉管隧道运营健康状态的系统化的 评价方法，该方法的评价内容涵盖了沉管隧道的运营环境影响、结构内部应力、结构变形、 裂缝、渗漏水等工程所关心的因素，为沉管隧道的运营安全、管理养护等工作提供了评价指 导。【附图说明】附图1为本专利技术方法的流程示意图； 附图2为本专利技术方法中评估模型层次结构图； 附图3为本专利技术方法的隶属函数确定示意图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示，其步骤包括： (1)通过监测取得现场原始数据。 (2)本专利技术实施例以红谷隧道区间段为例，具体监测数据如下：表1某沉管隧道区间监测参数 (3)根据国内外工程实践和沉管隧道常见病害成因的理论分析，归纳总结出影响 沉管隧道运营期安全的不利因素。 (4)利用层次分析法对选取的诸多评价指标和因素进行归纳分析，构建沉管隧道 健康状态评估模型，如附图2所示，明确各指标和因素的隶属关系;模型从顶层至底层依次 为目标层、因素层和指标层；目标层即是对沉管隧道总体健康状态的评估目标，因素层是对 沉管隧道运营安全产生影响的五大因素，指标层包括了因素层中所包括的各个健康评价指 标。因素层主要包括环境作用、结构应力、结构变形、结构裂缝、渗漏水五个因素，五个因素 又包含指标层内的:水位、覆盖层厚度、钢筋应力、混凝土应力、剪力键应力、锚索应力、隧道 不均匀沉降、管端接头张开、变位、管段倾斜、裂缝长度、裂缝宽度、渗漏速率、渗漏面积、渗 漏水PH值等评价指标。其中，剪力键应力包括水平剪力键应力、竖向剪力键应力;管段接头张开和变位包 括接头张开、接头闭合、接头水平错动和接头竖向错动。 (5)利用改进的层次分析法-乘积标度法确定模型各层中相关指标的相对权重； 该法在评价指标重要性的两两比较时，不先划分过多的等级，而只设置两个等级， 即评价指标A与评价指标B的重要性"相同"或"稍微大"，然后以此作为基础进行乘积分析。 即如果A比B重要性"稍微大"，则ω Α: ωΒ=1.354:1，Α与B重要性相同，则ωΑ: ωΒ=1:1，Α比B 重要性"稍微大"还要"稍微大"，则 ω本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沉管隧道运营阶段健康状态的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：确定影响沉管隧道运营期安全的因素以及每个因素各自包含的评价指标；步骤二：利用层次分析法对步骤一中确定的因素和评价指标进行归纳分析，构建沉管隧道健康状态评估模型，所述沉管隧道健康状态评估模型具有目标层、因素层以及指标层，所述目标层是对沉管隧道总体健康状态的评估目标，所述因素层是步骤一中所确定的所有因素，所述指标层包含步骤一中所确定的每个因素各自包含的评价指标；步骤三：确定所述沉管隧道健康状态评估模型中因素层中各因素的相对权重、以及每个因素各自包含的指标层中的评价指标在该因素中的相对权重，构建权重矩阵；步骤四：建立沉管隧道健康状态评价等级及各评判因素单因素评价标准；步骤五：根据各评判因素单因素评价标准，确定评判过程中指标层各评价指标的隶属函数和模糊算子；步骤六：利用各评价指标的隶属函数进行各因素的模糊评价，构建各评价指标的模糊关系矩阵；步骤七：以各因素的评价指标的模糊关系矩阵和相对权重作为因素层健康评估的输入值，计算得到因素层各因素的健康评估数值；以因素层各因素的健康评估数值和相对权重作为沉管隧道总体健康评估的输入值，计算得到沉管隧道综合健康评估数值；根据沉管隧道综合健康评估数值对照预设的沉管隧道健康状态评价等级得到隧道综合健康等级。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐向春，蔡建中，刘松玉，郭俊，童立元，张国柱，刘睿，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32