一种管廊复合式衬砌结构安全评价方法技术

本发明专利技术提供了一种管廊复合式衬砌结构安全评价方法，包括如下步骤：建立管廊复合式衬砌结构安全评估体系；划分管廊复合式衬砌结构安全等级，确定管廊复合式衬砌结构安全评估指标分级标准；确定管廊复合式衬砌结构安全评估指标权重，计算评价目标隶属度；构建管廊复合式衬砌结构安全状态综合评价模型，对管廊复合式衬砌结构进行模糊综合评价，得到安全状态值；将安全状态值同管廊复合式衬砌结构安全状态分值划分进行对比，得出管廊复合式衬砌结构的实际安全状态。本发明专利技术解决了管廊复合式衬砌结构易受多种复杂不确定因素影响安全性的问题，为管廊的安全评估、安全等级的确定，指导工程实际运营，提供了一种新的参考方法。提供了一种新的参考方法。提供了一种新的参考方法。

【技术实现步骤摘要】
一种管廊复合式衬砌结构安全评价方法


[0001]本专利技术涉及土木工程管廊工程
，尤其涉及一种管廊复合式衬砌结构安全评价方法。

技术介绍

[0002]我国目前处于大规模建设综合管廊的时期，随着运营管廊数量的不断增长，管廊的运营维护及安全评价将越来越受到人们的广泛关注。复合式衬砌结构是维护围岩稳定性、防止隧道坍塌的重要结构，管廊服役运营期间，复合式衬砌结构易受恶劣复杂的内外部环境影响，例如渗漏水、酸碱腐蚀、多变荷载、材料本身劣化等，造成不同种类的复合式衬砌结构病害。衬砌病害影响着管廊的安全运营，如何解决管廊复合式衬砌结构易受多种复杂不确定因素影响安全性的问题，实现管廊复合式衬砌结构安全评估、确定安全系数，进而指导工程实际运营，具有重要的现实意义。目前对于管廊结构安全的评价方法例如现场调查与理论分析相结合、专家系统法和可靠性理论评估法等。
[0003]现场调查与理论分析相结合的方法，由于管廊结构复杂，没有直接的规范及标准用于管廊的理论研究中，管廊复合式衬砌结构易受多种因素的影响，在对管廊现场调查时不能及时抓住复合式衬砌结构的主要病害，造成分析问题有偏差，不能准确获得管廊复合式衬砌结构安全状态。
[0004]专家系统法和可靠性理论评估法由于计算属半概率范畴、结果主观性较强、安全状态评估结果无法量化科学评估等原因，难免存在误差。由于管廊结构的复杂性，受多种因素影响，其安全状态是模糊不定的。
[0005]因此，有必要提出一种新的更具可适性与科学性的管廊复合式衬砌结构安全评价方法。
专利技术内容
[0006]鉴于现有技术的不足，本专利技术的主要目的在于提供一种管廊复合式衬砌结构安全评价方法，以解决现有技术中的一个或多个问题。
[0007]本专利技术的技术方案如下：一种管廊复合式衬砌结构安全评价方法，包括如下步骤：步骤一：建立管廊复合式衬砌结构安全评估体系；步骤二：划分管廊复合式衬砌结构安全等级，确定管廊复合式衬砌结构安全评估指标分级标准；步骤三：确定管廊复合式衬砌结构安全评估指标权重；步骤四：确定评价目标隶属函数，得到评价目标隶属度；步骤五：构建管廊复合式衬砌结构安全状态综合评价模型，对管廊复合式衬砌结构进行模糊综合评价，得到管廊复合式衬砌结构的安全状态值；步骤六：将安全状态值同管廊复合式衬砌结构安全状态分值划分进行对比，得出
管廊复合式衬砌结构的实际安全状态。
[0008]优选的，步骤一中，将影响管廊复合式衬砌结构安全状态的评价指标分为：目标层、准则层、指标层，其中：目标层由评价目标构成，为管廊复合式衬砌结构安全状态V；准则层由影响管廊复合式衬砌结构安全状态V的五类病害组成，包括：渗漏病害x1、衬砌变形裂缝x2、衬砌结构裂损x3、衬砌结构缺陷x4、衬砌材料劣化x5；指标层由影响五类病害的各项指标组成，渗漏病害x1对应指标包括：渗漏水状态x
11
、冻害x
12
；衬砌变形裂缝x2对应指标包括：裂缝发展x
21
、结构变形x
22
；衬砌结构裂损x3对应指标包括：衬砌裂损情况x
31
、压溃剥落剥离x
32
、衬砌空洞x
33
；衬砌结构缺陷x4对应指标包括：衬砌强度x
41
、衬砌厚度x
42
；衬砌材料劣化x5对应指标包括：材料劣化情况x
51
、钢筋锈蚀x
52
。
[0009]优选的，步骤二中，管廊复合式衬砌结构安全等级划分采用五级划分法，严重程度由轻到重分为一级、二级、三级、四级和五级，每一级评定因素包括病害程度、病害发展趋势、病害对运营安全的影响、病害对管廊结构安全的影响；所述安全等级划分建立的安全状态等级集合为：式中，v
i
为管廊复合式衬砌结构安全状态评语，i=1,2,3,4,5，I,II,III,IV,V为安全等级。
[0010]优选的，根据现有公路、铁路、隧道交通安全等级指标和管廊复合式衬砌结构特点，建立管廊复合式衬砌结构安全评估指标分级标准表。
[0011]优选的，步骤三中，采用层次分析法构造比较矩阵，确定管廊复合式衬砌结构安全评估指标权重，层次分析法中采用1
‑
9比例标度进行赋值，具体为：（1）构造准则层对目标层的比较矩阵A：得到一级指标权重为W=(0.228，0.364，0.132，0.078，0.198)；（2）构造指标层对准则层的比较矩阵：比较矩阵A1：得到二级权重为W1=(0.8，0.2)；比较矩阵A2：
得到二级权重为W2=(0.667，0.333)；比较矩阵A3：得到二级权重为W3=(0.612，0.134，0.254)；比较矩阵A4：得到二级权重为W4=(0.833，0.167)；比较矩阵A5：得到二级权重为W5=(0.667，0.333)。
[0012]优选的，步骤四中，确定评价目标隶属函数时，渗漏水状态、裂缝发展、衬砌裂损情况和材料劣化情况为定性指标，定性指标隶属函数采用矩阵型分布，隶属函数为：，，，，冻害、结构变形、压溃剥落剥离、衬砌空洞、衬砌强度、衬砌厚度和钢筋锈蚀为定量指标，定量指标隶属函数采用降半梯形分布，隶属函数为：，，，，式中，μ
i
为隶属度，i=I,II,III,IV,V；χ为输入值；a、b、c、d、e为各指标分级的标准值。
[0013]优选的，步骤五中，管廊复合式衬砌结构安全状态综合评价为二级评价模型，包括
一级指标层模糊综合评价和二级准则层模糊综合评价，其中：（1）一级指标层模糊综合评价为：C1=W1×
R1，C2=W2×
R2，C3=W3×
R3，C4=W4×
R4，C5=W5×
R5其中，C
i
为一级指标层评价向量，W
i
为指标层指标的权重向量，R
i
为指标层指标评价矩阵，由各指标的隶属向量构成，i=1,2,3,4,5；（2）二级准则层模糊综合评价为：其中，C为二级准则层评价向量，W为准则层指标的权重向量，C
i
为一级指标层评价向量，i=1,2,3,4,5。
[0014]优选的，对管廊复合式衬砌结构进行模糊综合评价时，对综合评价向量进行单值化处理，单值化处理按下式计算，得到管廊复合式衬砌结构的安全状态值：式中，F为管廊复合式衬砌结构的安全状态值，v
i
为管廊复合式衬砌结构安全状态评语，c
i
为二级准则层评价向量C中的取值，i=1,2,3,4,5。
[0015]优选的，对管廊复合式衬砌结构安全状态评语集合进行赋值，v1、v2、v3、v4、v5分别赋值5、4、3、2、1。
[0016]优选的，步骤六中，根据现有规范确定管廊复合式衬砌结构安全状态分值划分，安全等级I,II,III,IV,V分别对应安全状态分值4.2~5.0,3.4~4.2,2.6~3.4,1.8~2.6,1.0~1.8。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管廊复合式衬砌结构安全评价方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：建立管廊复合式衬砌结构安全评估体系；步骤二：划分管廊复合式衬砌结构安全等级，确定管廊复合式衬砌结构安全评估指标分级标准；步骤三：确定管廊复合式衬砌结构安全评估指标权重；步骤四：确定评价目标隶属函数，得到评价目标隶属度；步骤五：构建管廊复合式衬砌结构安全状态综合评价模型，对管廊复合式衬砌结构进行模糊综合评价，得到管廊复合式衬砌结构的安全状态值；步骤六：将安全状态值同管廊复合式衬砌结构安全状态分值划分进行对比，得出管廊复合式衬砌结构的实际安全状态。2.根据权利要求1所述的管廊复合式衬砌结构安全评价方法，其特征在于：步骤一中，将影响管廊复合式衬砌结构安全状态的评价指标分为：目标层、准则层、指标层，其中：目标层由评价目标构成，为管廊复合式衬砌结构安全状态V；准则层由影响管廊复合式衬砌结构安全状态V的五类病害组成，包括：渗漏病害x1、衬砌变形裂缝x2、衬砌结构裂损x3、衬砌结构缺陷x4、衬砌材料劣化x5；指标层由影响五类病害的各项指标组成，渗漏病害x1对应指标包括：渗漏水状态x
11
、冻害x
12
；衬砌变形裂缝x2对应指标包括：裂缝发展x
21
、结构变形x
22
；衬砌结构裂损x3对应指标包括：衬砌裂损情况x
31
、压溃剥落剥离x
32
、衬砌空洞x
33
；衬砌结构缺陷x4对应指标包括：衬砌强度x
41
、衬砌厚度x
42
；衬砌材料劣化x5对应指标包括：材料劣化情况x
51
、钢筋锈蚀x
52
。3.根据权利要求2所述的管廊复合式衬砌结构安全评价方法，其特征在于：步骤二中，管廊复合式衬砌结构安全等级划分采用五级划分法，严重程度由轻到重分为一级、二级、三级、四级和五级，每一级评定因素包括病害程度、病害发展趋势、病害对运营安全的影响、病害对管廊结构安全的影响；所述安全等级划分建立的安全状态等级集合为：式中，v
i
为管廊复合式衬砌结构安全状态评语，i=1,2,3,4,5，I,II,III,IV,V为安全等级。4.根据权利要求3所述的管廊复合式衬砌结构安全评价方法，其特征在于：根据现有公路、铁路、隧道交通安全等级指标和管廊复合式衬砌结构特点，建立管廊复合式衬砌结构安全评估指标分级标准表。5.根据权利要求2所述的管廊复合式衬砌结构安全评价方法，其特征在于：步骤三中，采用层次分析法构造比较矩阵，确定管廊复合式衬砌结构安全评估指标权重，层次分析法中采用1
‑
9比例标度进行赋值，具体为：（1）构造准则层对目标层的比较矩阵A：
得到一级指标权重为W=(0.228，0.364，...

【专利技术属性】
技术研发人员：江华，张传庆，韩宝江，张小燕，孟令丰，张建海，余刚，王冰，王磊，胡珉，周阳，禹韶阳，刘佳宁，
申请(专利权)人：北京京投城市管廊投资有限公司中铁电气化局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：