[发明专利]一种隧道施工中邻近建筑物安全性定量评价方法

说明书

技术领域

本发明属于工程风险评价领域，具体为一种隧道施工中邻近建筑物安全性定量评价方法。

背景技术

隧道施工必然会对周围土体产生一定的扰动，从而引起土体变形和地表沉降，尤其是对邻近建筑物的安全影响表现较为明显。当地层移动和地表变形超过一定的限度时就会造成地面沉陷及周边建筑物损害等事故，造成严重经济损失和不良的社会影响。尤其对于城市地下隧道工程，一般都穿越城市中心地带，因建筑物密集、施工场地狭小、地质情况复杂、地下管网密布、交通繁忙受到限制，更需要严格控制隧道施工对邻近建筑物的损害。因此，开展隧道施工对邻近建筑物的安全性分析及其评价对于邻近建筑物的保护控制具有十分重要的意义。

现有的综合评价方法大体上可以归纳为以下三类：基于模糊数学理论的方法，如模糊层次分析法；基于概率统计学原理的方法，如密切值法、事故树分析法等；基于人工智能算法的评价方法，如神经网络、支持向量机、遗传算法及粗糙集方法等。概括而言，这些评价方法各具特色，对隧道施工环境中邻近建筑物的安全分析与评价起到了重要的参考借鉴作用。但是，受历史综计数据的不完整性、专家知识的局限性、经验评判与表达的不确定性等因素影响，评价指标的分级划分具有较大的模糊性与随机性，现有研究成果大多未能给出其有效合理的表示，在一定程度上降低了评价结果的可信度。

云模型是一种定性知识描述与定量数值之间不确定性的转换模型，它把模糊性和随机性有机结合起来，实现了定性概念与其定量表示之间的不确定性转换，能够有效表达人类知识中关于定性概念的模糊性和随机性，在知识表示、数据挖掘及智能控制领域已经得到了有效运用。云模型的知识表达和不确定性推理为隧道施工环境中邻近建筑物的安全分析与评价提供了新的思路。与此同时，可拓理论将模糊集合的[0,1]区间拓展到(-∞,+∞)的实数轴上，评价客观，计算简便，且能够直接利用原始数据，省去了数据的归一化处理过程，避免了可能出现的信息丢失。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种隧道施工中邻近建筑物安全性定量评价方法，其结合了云模型与可拓理论的优点，为不同安全等级的邻近建筑物的保护控制提供有效决策支持建议。

为实现上述技术目的，本发明提供的方案是：一种隧道施工中邻近建筑物安全性定量评价方法，包括如下步骤。

步骤一，构建评价指标体系。融合地铁隧道施工标准规范、设计施工手册及科技文献等先验知识及工程实践经验，总结归纳隧道施工对周围环境（尤其是邻近建筑物）的安全影响规律，构建包含代表隧道相关参数、水文地质因素、建筑物因素及管理因素四个准则层的综合评价指标体系。

所述隧道参数包括隧道埋深、覆跨比及地层损失率；所述水文地质因素包括摩擦角、压缩模量、粘聚力及泊松比；所述建筑物因素包括建筑结构、历史价值、建筑物完好现状及邻近关系；所述管理因素包括施工难度、管理水平及监控量测水平。

步骤二，构建评价指标的标准可拓云模型。根据评估指标的数据来源与性质不同，利用可拓理论对各评估指标的原始数据进行等级划分；同时结合云模型全面考虑评估指标分级界限的随机性和模糊性，引入熵E_n和超熵H_e构建各指标的标准可拓云模型。

步骤三，通过主客观赋权法计算得到评价指标的权重矩阵。集成主观的层次分析法和客观的熵权法，利用公式求得评估指标的综合权重。其中，表示通过层次分析法得到各项评估指标的权重值，表示通过熵权法得到各项评估指标的权重值。

步骤四，通过云关联度计算待评对象的关联度矩阵，并结合评价指标权重值通过加权平均法得出待评对象的安全评价等级。利用云关联度公式，计算待评对象的关联度矩阵，并结合评估指标的权重值采用加权平均法得出待评对象的综合安全评价等级K。其中，为待评价对象的实际值，和分别表示匹配云模型的期望值和标准差为的正态随机数，是待评对象值属于该云模型的关联度。

步骤五，衡量安全评价等级的可靠性。为消除计算过程中存在的随机不确定性，通过m次重复运算后求出待评对象的综合安全等级多个结果（K₁, K₂, ..., K_m），计算求得综合安全评价等级的期望值E_x(K )与熵值E_n(K )，提出采用安全可信度因子衡量评价结果的可靠性。

本发明具有如下优点。