基于变权重模糊综合评价的偏压隧道施工安全评价方法技术

本发明专利技术涉及一种基于变权重模糊综合评价的偏压隧道施工安全评价方法，包括：步骤一，确定偏压隧道施工安全评价指标体系，第一层为目标层，第二层为准则层，第三层为指标层；其中准则层选取偏压程度、围岩特征、隧道特征和水文特征4个评价指标；确定评价指标的分级标准；步骤二，采用层次分析法获得指标初始权重，根据动态指标数据对指标初始权重进行变权重调整；步骤三，基于模糊综合评价对变权重调整后的安全评价指标体系进行等级评价；步骤四，根据评价等级综合判定偏压隧道施工安全等级。该方法将模糊变权层次分析法应用到偏压隧道施工安全评价中，以更加客观有效的方式进行偏压隧道施工安全评价，从而得到更加安全的施工方法。

【技术实现步骤摘要】
基于变权重模糊综合评价的偏压隧道施工安全评价方法
本专利技术属于偏压隧道施工安全评价领域，具体涉及一种基于变权重模糊综合评价的偏压隧道施工安全评价方法。
技术介绍
我国是个多山的国家，山岭众多，不可避免的会需要在丘陵山区的斜坡地段修建公路、铁路。随着山区高速公路的快速大规模修建，以及城市地下空间开发，浅埋隧道工程成为一种重要的交通构筑物形式。在山区修建道路，无论是铁路还是公路，很多线路受自然地理环境及其它因素的限制和影响，往往需要穿越山体斜坡地段，而且线路大多以隧道形式贯通山体，在隧道洞口大多存在偏压情况，埋深较洞身段前围岩风化破碎严重，若施工措施选取不当，容易引发坍塌、冒顶等工程事故。作为具有复杂力学特性的地下工程，隧道本身所处的底层条件和赋存状态千变万化，其力学行为因围岩特性、施工条件、开挖方法及支护形式等的不同而存在较大差异，且受到众多及其复杂的因素影响。采用层次分析法来表征偏压隧道的施工安全稳定性，层次分析法是将定量分析与定性分析结合起来，用决策者的经验判断各衡量目标之间能否实现的标准之间的相对重要程度，并合理地给出每个决策方案的每个标准的权数，利用权数求出各方案的优劣次序，比较有效地应用于那些难以用定量方法解决的课题。但由于偏压隧道其赋存环境的变化等方面包含了众多的不确定性因素，特别是岩土自身固有的空间变异性使得隧道工程稳定性分析应考虑的不确定性因素更加复杂。因此，采用层次分析法进行偏压隧道施工稳定性分析评价将存在较高程度的风险。目前基于常权重的评价方法不能突出处于较差等级的评价指标对评价结果的影响，因此需要考虑随着指标朝不利方向发展而在常权重的基础上修正其评价的权重，避免关键性恶化指标被平均化，从而使评价结果更趋合理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种基于变权重模糊综合评价的偏压隧道施工安全评价方法，将模糊变权层次分析法应用到偏压隧道施工安全评价中，以更加客观、有效的方式进行偏压隧道施工安全评价，从而得到更加安全的施工方法，更好的为偏压隧道施工提供支持。本专利技术的技术方案是：基于变权重模糊综合评价的偏压隧道施工安全评价方法，包括如下步骤：步骤一，考虑各指标监测的可操作性以及对隧道结构安全描述的综合周密性，基于影响偏压隧道施工的因素，确定偏压隧道施工安全评价指标体系；评价指标体系分为三层：第一层为目标层，第二层为准则层，第三层为指标层；其中目标层为偏压隧道施工安全，准则层选取偏压程度、围岩特征、隧道特征和水文特征4个评价指标，指标层包括偏转角度、偏压角度、围岩岩性、围岩节理、围岩裂隙、岩体结构面、隧道埋深、隧道洞室跨度、隧区间水井位高度以及地下水出水状态；指标的选取遵循以下原则：科学性原则、相对完备性原则、简洁性原则、相对独立性原则、可操作性原则以及层次性原则；根据现有的安全等级划分方法、相关规范以及隧道受力和变形控制标准确定评价指标的分级标准；步骤二，采用层次分析法获得准则层和指标层中各单项评价指标的指标初始权重，各单项评价指标的判断标准为：基于理论分析、专家评分来确定各单项评价指标；在偏压隧道发生变化时，采用测量、监测方式获取偏压隧道施工安全评价指标体系的动态指标数据；根据动态指标数据对指标初始权重进行变权重调整；步骤三，基于模糊综合评价的方法对变权重调整后的安全评价指标体系进行等级评价，获得评价等级；步骤四，根据评价等级综合判定偏压隧道施工安全等级。层次分析法是将一个复杂的多目标决策问题作为一个系统，将目标分解为多个目标或准则，进而分解为多准则的若干层，通过定性指标模糊量化方法算出层次排序和总排序，以作为目标、多方案优化决策的系统方法。步骤一的偏压隧道施工安全评价指标体系分为三层：第一层为目标层，第二层为准则层，第三层为指标层；所述目标层为偏压隧道施工安全；所述准则层包括偏压程度、围岩特征、隧道特征以及水文特征；所述指标层包括偏转角度、偏压角度、围岩岩性、围岩节理、围岩裂隙、岩体结构面、隧道埋深、隧道洞室跨度、地下水出水状态以及隧区间水井位高度。进一步的，所述指标层的偏转角度和偏压角度隶属于所述准则层的偏压程度；所述指标层的围岩岩性、围岩节理、围岩裂隙及岩体结构面隶属于所述准则层的围岩特征；所述指标层的隧道埋深以及隧道洞室跨度隶属于所述准则层的隧道特征；所述指标层的地下水出水状态以及隧区间水井位高度隶属于所述准则层的水文特征。进一步的，所述偏转角度为测量地层与水平方向的偏转角度，所述偏转角度由测量和监测直接获得；所述偏压角度由以下公式推导计算得出：其中，μ为地层侧压力系数；h为隧道埋深；β为偏转角度；α为偏压角度。进一步的，所述水文特征的调查分为地表水调查和地下水调查两部分，地表水调查即隧区地表水系分布、水系特征；地下水调查即通过抽水试验、隧区间水井位高度调查隧区地下水水位线及渗透系数。进一步的，所述步骤二根据动态指标数据对指标初始权重进行变权重调整的过程包括：为减少确定评价指标权重时的主观因素，依据层次分析法对指标层的各指标权重进行初步确定，对因素常权变量做一致化处理，并使用变权理论对各指标权重进行修正，以突显各指标在评价中的均衡性；同时，利用评价指标的实测数据来确定状态变权向量，以体现评价对象在综合评价中的动态参与；根据因素空间理论，设因素状态变量X＝(x1,x2,......,xn)，因素常权变量状态变权向量Si(X)＝(S1(x),S2(x),......,Sn(x))，则变权向量wi(x1，x2，....xn)，由因素常权向量和状态变权向量Si(X)的Hadamard乘积确定，变权向量wi(x)公式为：其中，由层次分析法计算得出的常权量，β为否定水平，0<β≤1；α为惩罚水平，α和β的取值在计算过程中根据具体情况设定，xij为每个指标层因素；根据常权向量计算得出状态变权向量矩阵；将调整后的权重向量进行归一化处理，得到新的权重向量。进一步的，根据具体特征设定，α和β的取值为：α＝0.5，β＝0.3。进一步的，所述步骤三采用二级模糊综合评价，对变权重调整后的安全评价指标体系进行等级评价，获得评价等级。进一步的，所述步骤四将偏压隧道施工安全等级划分为四个等级，分别为Ⅰ级安全(3.0<G≤4.0)、Ⅱ级较安全(2.0<G≤3.0)、Ⅲ级较不安全(1.0<G≤2.0)、Ⅳ级不安全(0<G≤1.0)。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术所提供的一种基于变权重模糊综合评价的偏压隧道施工安全评价方法，是基于常权重的评价方法不能突出处于较差等级的评价指标对评价结果的影响，采用一种变权重的方法，为了突出处于较差等级的评价指标对最终评价结果的影响，随着评价指标朝不利方向发展而在变权重的基础上修正其权值，避免关键性恶化指标被平均化，从而使评价结果更趋合理。(2)本专利技术在偏压隧道施工安全评价体系中加入偏压程度和水位特征的评价，使偏压隧道安全评价指标体系更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于变权重模糊综合评价的偏压隧道施工安全评价方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一，确定偏压隧道施工安全评价指标体系，评价指标体系分为三层：第一层为目标层，第二层为准则层，第三层为指标层；其中目标层为偏压隧道施工安全，准则层选取偏压程度、围岩特征、隧道特征和水文特征4个评价指标，指标层包括偏转角度、偏压角度、围岩岩性、围岩节理、围岩裂隙、岩体结构面、隧道埋深、隧道洞室跨度、隧区间水井位高度以及地下水出水状态；确定评价指标的分级标准；/n步骤二，采用层次分析法获得准则层和指标层中各单项评价指标的指标初始权重，在偏压隧道发生变化时，获取偏压隧道施工安全评价指标体系的动态指标数据；根据动态指标数据对指标初始权重进行变权重调整；/n步骤三，基于模糊综合评价的方法对变权重调整后的安全评价指标体系进行等级评价，获得评价等级；/n步骤四，根据评价等级综合判定偏压隧道施工安全等级。/n

【技术特征摘要】
1.基于变权重模糊综合评价的偏压隧道施工安全评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，确定偏压隧道施工安全评价指标体系，评价指标体系分为三层：第一层为目标层，第二层为准则层，第三层为指标层；其中目标层为偏压隧道施工安全，准则层选取偏压程度、围岩特征、隧道特征和水文特征4个评价指标，指标层包括偏转角度、偏压角度、围岩岩性、围岩节理、围岩裂隙、岩体结构面、隧道埋深、隧道洞室跨度、隧区间水井位高度以及地下水出水状态；确定评价指标的分级标准；
步骤二，采用层次分析法获得准则层和指标层中各单项评价指标的指标初始权重，在偏压隧道发生变化时，获取偏压隧道施工安全评价指标体系的动态指标数据；根据动态指标数据对指标初始权重进行变权重调整；
步骤三，基于模糊综合评价的方法对变权重调整后的安全评价指标体系进行等级评价，获得评价等级；
步骤四，根据评价等级综合判定偏压隧道施工安全等级。


2.根据权利要求1所述的基于变权重模糊综合评价的偏压隧道施工安全评价方法，其特征在于，所述偏转角度为测量地层与水平方向的偏转角度，所述偏转角度由测量和监测直接获得；所述偏压角度由以下公式推导计算得出：



其中，μ为地层侧压力系数；h为隧道埋深；β为偏转角度；α为偏压角度。


3.根据权利要求1所述的基于变权重模糊综合评价的偏压隧道施工安全评价方法，其特征在于，所述水文特征的调查分为地表水调查和地下水调查两部分，地表水调查即隧区地表水系分布、水系特征；地下水调查即通过抽水试验、隧区间水井位高度调查隧区地下水水位线及渗透系数。


4.根据权利要求1所述的基于变权重模糊综合评价的偏压隧道施工安全评价方法，其特征在于，所述步骤二根据动态指标数据对指标初始权重进行变权重调整...

【专利技术属性】
技术研发人员：张拥军，南博文，聂闻，唐世斌，刘思佳，刘德金，宋宸，王盛，马强强，高明，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37