[发明专利]一种基于监控量测的隧道施工动态风险评估方法

摘要

本发明属于地下空间工程的安全控制领域，涉及一种基于监控量测的隧道施工动态风险评估方法，根据隧道监控量测规范对各风险评估指标施工状态进行定量化分析，建立各风险评估指标施工状态等级评判标准，根据《公路隧道设计规范》对各风险评估指标施工状态等级采用百分制赋分模式，建立隧道施工安全动态风险评估指标施工状态赋分区间，将各指标处理后的数据分别同各风险评估指标施工状态等级评判标准与隧道施工安全动态风险评估指标施工状态赋分区间对比得到各风险评估指标的施工状态值，将各评估指标的施工状态值代入状态变权公式确定各指标的状态权重值，对隧道施工安全风险进行动态分析，实时掌控和动态跟踪隧道施工安全风险。

主权项

1.一种基于监控量测的隧道施工动态风险评估方法，其特征在于具体工艺过程包括建立体系、建立等级与标准、描述赋分值和计算权重值共四个步骤：(1)建立体系：根据隧道新奥法监控量测的特点建立隧道施工安全动态风险评估指标体系，如下表：(2)建立等级与标准：根据隧道监控量测规范对各风险评估指标施工状态进行定量化分析，建立各风险评估指标施工状态等级和施工风险状态评判标准，如下表：(3)描述赋分值：根据《公路隧道设计规范》基于监控量测手段，对各风险评估指标进行实时数据采集、分析和处理，监控量测的变量包括各风险评估指标的位移、应力及位移和应力的变化速率，通过分别对监控量测位移采用线性回归分析，对监控量测应力采用移动平均回归分析实现对监控量测数据的回归分析；对监控量测位移进行线性回归分析的具体步骤如下：①建立以时间t为横坐标，以位移或应力为纵坐标的坐标系，标出监控量测数据对应的实测点，得到散点图，②根据实测点绘制出光滑的曲线(一般不会通过所有实测点)，使曲线尽量接近所有实测点，并使实测点分布在曲线的两边；③隧道施工中各风险评估指标的监控量测位移随开挖面的向前推进及时间的推移逐渐增大，后趋于平稳且变形速率逐渐下降并接近于零，根据步骤②中监控量测位移绘制出光滑的曲线的形状，选择下列位移时态曲线的拟合方程之一的选择回归函数：μ(t)＝A(1‑e^‑Bt)、和μ(t)＝A(e^‑Bt/2‑e^‑Bt)，其中，t为量测时间，μ(t)为黏性位移，是与时间t有关的函数，e为自然对数函数的底数，A、B为待定系数，根据监控量测数据，通过最小二乘法求得，A、B确定后，根据公式：计算回归精度，对时态曲线进行修正，监控量测时间和对应的位移值为：t₁，t₂，t₃，...，t_i，...，t_n，u₁，u₂，u₃，...，u_i，...，u_n，其中，t_i为监控量测的时刻，u_i为t_i时刻时对应的监控量测位移值，S为位移时态曲线的回归精度，n为监控量测的频数，对监控量测应力进行移动平均回归分析的具体步骤为：隧道监控量测应力绘制的曲线呈现上下波动的形状，假定对应力连续测量n天得到应力随时间变化的数据如下：t₁，t₂，t₃，...，t_i，...，t_n，σ₁，σ₂，σ₃，...，σ_i，...，σ_n，其中，t_i为监控量测的时刻，σ_i为t_i时刻时对应的监控量测应力值，从t₂时刻的应力起，对其进行移动平均回归分析，依此对监控量测应力进行移动平均回归分析；将各风险评估指标监控量测数据处理结果分别与步骤(2)和步骤(3)的表对比，判定出各风险评估指标的施工状态归一化值，对各风险评估指标施工状态采用百分制赋分模式进行赋分值描述，如下表：监控量测数据存在离散型，不存在线性关系，根据监控量测数据绘制出的曲线图没有规律性可言，不利于对各风险评估指标的变化规律分析，为了更好地分析各评估指标的变化规律，了解围岩和支护结构的稳定状况，需要对各风险评估指标监控量测数据进行回归分析；(4)计算权重值：根据状态权重公式：计算权重值，其中W_j(X)为各风险评估指标对应的状态权重值，w_j为静态评估下各风险评估指标的权重值，x_j为风险评估指标的施工状态归一化值，α为状态变权均衡系数，当α为1/2时，状态变权效果最明显，此时状态权重公式为：