[发明专利]一种基于多传感器的隧道施工周围建筑物安全预警方法

说明书

技术领域

本发明属于隧道施工诱发临近建筑物变形的安全风险感知技术领域，具体涉及一种基于多传感器的隧道施工周围建筑物安全预警方法，其能够实时准确的方式监测、分析、评估隧道施工环境下既有建筑物的安全状态。

背景技术

为应对人口增长、空间限制和环境恶化等城市综合病问题，世界各大城市中的地铁、公路、管道和公用事业隧道的机械化施工规模在飞速增长。软土中的隧道开挖不可避免会导致地表沉降，这将造成临近建筑物，尤其是基础较浅的建筑物变形、旋转、扭曲甚至不可逆转的破坏。

目前，国内外评估隧道诱发地面沉降和临近建筑物损坏程度的方法可以大致分为三类：经验法，解析法和数值仿真法。这些方法在预测隧道诱发临近建筑物损伤方面具有各自的优势，但是在应用方面也有各自的局限。例如，Loganathan认为经验法在不同的地面条件和施工技术中的应用是有限的，因而不能得出高精度的结论(参考An innovative method for assessing tunneling induced risks to adjacent structures,PB2009William Barclay Parsons Fellowship Monograph 25,Parsons Brinckerhoff Inc.,New York,USA,2011,pp.1-129)；Chou和Bobet认为解析法未考虑时间和地层蠕变损失，解析法往往会低估土层最大变形或高估最小沉降(参考Predictions of ground deformations in shallow tunnels in clay,Tunnelling and Underground Space Technology 17(1)(2002)3-19.)；和Sumelka认为数值仿真模型的构建和验证需要耗费大量时间，尤其是分析临近建筑群需要耗费大量时间，且数值仿真方法的准确性和有效性对边界条件极为敏感(参考Limitations in application of finite element method in acoustic numerical simulation,Journal of theoretical and applied mechanics 44(4)(2006)849-865.)。除此之外，由于隧道工程的动态变化性和复杂性，其建造过程中存在大量的随机性和不确定性，上述方法很难综合考虑这种随机性和不确定性以及各种误差，容易造成安全管理决策的显著偏差。

因此，为满足现有建筑实际使用安全性方面的要求，以实时准确的方式监测、分析、评估隧道施工环境下既有建筑物的安全状态，可以有效感知和预测隧道施工诱发临近建筑物损伤的安全风险，进而及时有效地采取相应控制措施。

针对上述技术问题，目前还没有看到一套完整、有效、方便的安全预警方法，如何解决上述技术难点，设计一种隧道施工周围建筑物安全预警方法，实现与实际的地面沉降和临近建筑物损坏情况的无限接近，是本发明要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于多传感器的隧道施工周围建筑物安全预警方法，该方法基于云模型、D-S证据理论和蒙特卡洛模拟技术的不确定条件下隧道施工诱发临近建筑物变形的多源信息融合方法以感知安全风险状态，由该方法得出的结果与真实的状况无限接近，能够满足隧道施工前的周围建筑物安全风险预估的准确性要求。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于多传感器的隧道施工周围建筑物安全预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、评价指标体系构建：确定综合评价隧道施工诱发周围建筑物安全风险水平的定性指标和定量指标，根据所述定性指标和定量指标构建隧道施工周围建筑物安全预警的多层次信息融合模型；

S2、风险区间识别：根据标准规范，将隧道施工诱发周围建筑损伤大小划分为若干个风险等级；确定所述定性指标和定量指标的合理区间划分，每一所述定性指标和定量指标均划分为若干个区间，分别对应若干个风险等级；

S3、数据获取：通过硬传感器和软传感器获取分别获取所述定量指标数据和定性指标数据；

S4、基于云模型理论构建基本概率分配：基于云模型计算所述定性指标和定量指标对应于各风险等级的隶属度，作为基本概率分配分布；

S5、基于改进D-S证据理论实现多级融合：基于改进D-S证据理论来对监测点融合、指标融合和整体安全风险状态融合进行三级融合；