一种隧道大变形灾害的风险量化及支护决策方法技术

本发明专利技术属于隧道工程技术领域，公开了一种隧道大变形灾害的风险量化及支护决策方法，包括如下步骤：S1：进行隧道施工期大变形灾害量化风险分析，获取风险分析结果，即各种支护措施在不同大变形烈度作用下的隧道大变形灾害损失的累积分布；S2：根据风险分析结果，使用决策树分析方法进行支护决策分析，获取施工过程中的支护决策方案；本发明专利技术解决了现有技术存在的没能建立起一套能够反映映实际工程情况的后果损失量化模型导致现有技术存在局限性以及没能针对隧道大变形灾害的风险合理进行支护方案的动态决策导致现有技术缺少实用性的问题。

A Method of Risk Quantification and Support Decision-making for Large Deformation Disaster of Tunnel

【技术实现步骤摘要】
一种隧道大变形灾害的风险量化及支护决策方法
本专利技术属于隧道工程
，具体涉及一种隧道大变形灾害的风险量化及支护决策方法。
技术介绍
随着隧道工程向深埋长大方向发展，工程灾害问题日益凸显。尤其在地质环境复杂的西部山区，当隧道穿越高地应力、软岩(如千枚岩、泥岩等)、断层破碎带等不良地质组合区段时，围岩所产生的显著塑性变形会导致支护破坏，工期延误，带来巨大损失。鉴于隧道工程的地质条件与施工过程都具有显著的不确定性，如何合理的预测评估大变形的风险，从而进行有效的管理与防控，成为了保证隧道安全施工的关键。目前，对大变形的成因机理与预测理论方面研究较多，而大变形灾害风险评估与防控等研究仍处在探索发展阶段，基本停留在定性、半定量阶段。如何在大变形致灾条件，孕灾环境研究的基础之上，提出可靠，稳健，准确的量化模型实现隧道大变形灾害风险的合理评估有待进一步深入研究。并且，大部分的风险评估往往停留在设计期，然而施工阶段对隧道进行合理风险分析非常必要，尤其对于新奥法(NATM)施工的山岭隧道。随着施工不断的开挖揭露，不仅可以弥补前期勘察设计阶段中的不足，并且可以进一步为灾害的预测、评估与控制提供必要的围岩响应信息、支护作用信息等，为实现灾害风险的动态评估及工程决策提供有效的支持。现有技术存在的问题和缺点：国内外研究人员针对隧道大变形灾害的成因机理、隧道总体施工风险的定性与半定量研究、常规风险的量化研究做了大量的研究工作，在大变形灾害的预测研究方面也取得了诸多的成果。但是针对施工期隧道信息施工特点，重点突出动态化、定量化得的研究成果报道较少，这也是目前风险评估结果难以指导实际工程的主要原因，目前存在问题具体包括以下几个方面：(1)还没有针对隧道大变形灾害“小概率，大损失”风险事件的量化风险体系，目前的评估仅仅停留在定性或半定量阶段；目前仍没能建立起一套能够反映映实际工程情况的后果损失量化模型，现有技术存在局限性；(2)还没能针对隧道大变形灾害的风险合理进行支护方案的动态决策，从而对实际隧道工程安全开展起到指导意义，现有技术缺少实用性。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术目的在于提供一种隧道大变形灾害的风险量化及支护决策方法，用于解决现有技术存在的没能建立起一套能够反映映实际工程情况的后果损失量化模型导致现有技术存在局限性以及没能针对隧道大变形灾害的风险合理进行支护方案的动态决策导致现有技术缺少实用性的问题。本专利技术所采用的技术方案为：一种隧道大变形灾害的风险量化及支护决策方法，包括如下步骤：S1：进行隧道施工期大变形灾害量化风险分析，获取风险分析结果，即各种支护措施在不同大变形烈度作用下的隧道大变形灾害损失的累积分布；S2：根据风险分析结果，使用决策树分析方法进行支护决策分析，获取施工过程中的支护决策方案。进一步地，步骤S1包括如下步骤：S1-1：进行隧道大变形灾害损失量化分析，隧道大变形灾害损失包括经济损失和工期延误；S1-2：根据隧道围岩大变形支护原则和历史资料，获取隧道大变形的支护措施及其参数；S1-3：根据量化分析后的大变形灾害损失和支护措施及其参数，使用计划评审技术PERT的MCSMCS方法，进行考虑不确定性的大变形灾害损失的概率分析，获取各种支护措施在不同大变形烈度作用下的隧道大变形灾害损失的累积分布，即风险分析结果。进一步地，步骤S1-1中，进行经济损失的量化分析，其公式为：E＝Ere+Eex+E0式中，E为经济损失总费用；Eex为扩挖费用；Ere为重新支护费用；E0为初支护维修费用。进一步地，步骤S1-1中，进行工期延误的量化分析，其公式为：t＝tre+tex+tdelay式中，t为工期延误总时间；tex为扩挖时间；tre为重新支护时间；tdelay为停工整顿时间。进一步地，步骤S1-2中，根据隧道围岩大变形支护原则和历史资料，综合提出常规5级围岩支护参数以及3种对应大变形烈度等级的支护方案，获取4种针对不同大变形烈度等级的支护措施及其参数；大变形烈度等级包括轻微、中等以及强烈，不考虑不发生大变形的情况。进一步地，步骤S1-3中，PERT的公式为：式中，Eij为期望；Dij为方差；μ为时间均值；m为最可能时间；a为最乐观时间；b为最悲观时间；σ为标准差。进一步地，最乐观时间的公式为：μ-3σ＝a最悲观时间的公式为：μ+3σ＝b进一步地，步骤S2包括如下步骤：S2-1：将大变形烈度进行概率分类；S2-2：根据步骤S1-2获得的隧道大变形的支护措施，使用决策树分析法，建立选择模型；S2-3：根据选择模型和风险分析结果，基于风险最小化原则，选择最优化路径，获取施工过程中的支护决策方案。进一步地，步骤S2-1中，大变形烈度等级包括不发生、轻微、中等以及强烈。进一步地，步骤S2-2中，决策树分析法的公式为：式中，u(ai)为选择ai路径的效用函数值，表达隧道工程中不同等级支护方案的成本及损失；ai为当前选择路径；pj为结果θj出现的概率；θj为当前路径结果；i和j分别为指示量。本专利技术的有益效果为：(1)本方法通过计划评审技术PERT结合蒙特卡洛模拟MCS的方法，基于隧道工程的不确定性对大变形灾害所导致的后果进行了计算，充分考虑了价格波动，人员变动，施工效率等不确定因素对后果损失的影响，提高了结果的准确度；(2)目前对于大变形损失的后果分析研究，现行规范以及大多数研究者还停留在定性估计阶段，本方法提出的定量计算方法易于操作，并且能提供定量化的结果，对软岩隧道工程的造价预算分析，工期风险分析均有较大的实际意义，提高了实用性；(3)本方法基于不同烈度大变形的发生概率，计算各种支护措施在不同大变形烈度作用下的延误时间与经济损失的累积分布，在此基础上，基于风险最小化原则，通过决策树分析法选取最优化的支护方案，从而实现定量化的大变形风险评估与支护决策，解决了局限性。附图说明图1是隧道大变形灾害的风险量化及支护决策方法流程图；图2是典型正态分布概率密度曲线图；图3是轻微大变形导致的扩挖费用分布形式图；图4是决策树概念示意图；图5是大变形支护决策图；图6是决策效用值的累积分布图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步阐释。实施例1：如图1所示，一种隧道大变形灾害的风险量化及支护决策方法，包括如下步骤：S1：进行隧道施工期大变形灾害量化风险分析，获取风险分析结果，即各种支护措施在不同大变形烈度作用下的隧道大变形灾害损失的累积分布进行隧道施工期大变形灾害量化风险分析，包括如下步骤：S1-1：进行隧道大变形灾害损失量化分析，隧道大变形灾害损失量化分析避免了传统风险评估手段停留在定性阶段，更多依靠专家或施工者的经验对大变形发生的可能性，所导致的损失进行估计，但主观的估计往往会带来较大的误差以及不同的从业者之间很难达成共识的问题，本方法通过一种客观的、可复制的建模过程将所研究问题模型化、公式化，以量化的表达式进行计算，使得不同衡量体系之间的结果得以相互比较，隧道大变形灾害损失包括经济损失和工期延误，如表1大变形灾害损失具体项目所示：表1经济损失工期延误(原)初支护损坏事故导致停工整顿侵界导致扩挖侵界导致扩挖重新支护及其他工程治理重新支护进行经济损失的量化分析，对于直接经济损失的分析主要考虑了由于显著的挤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道大变形灾害的风险量化及支护决策方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：进行隧道施工期大变形灾害量化风险分析，获取风险分析结果，即各种支护措施在不同大变形烈度作用下的隧道大变形灾害损失的累积分布；S2：根据风险分析结果，使用决策树分析方法进行支护决策分析，获取施工过程中的支护决策方案。

【技术特征摘要】
1.一种隧道大变形灾害的风险量化及支护决策方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：进行隧道施工期大变形灾害量化风险分析，获取风险分析结果，即各种支护措施在不同大变形烈度作用下的隧道大变形灾害损失的累积分布；S2：根据风险分析结果，使用决策树分析方法进行支护决策分析，获取施工过程中的支护决策方案。2.根据权利要求1所述的隧道大变形灾害的风险量化及支护决策方法，其特征在于：所述步骤S1包括如下步骤：S1-1：进行隧道大变形灾害损失量化分析，所述隧道大变形灾害损失包括经济损失和工期延误；S1-2：根据隧道围岩大变形支护原则和历史资料，获取隧道大变形的支护措施及其参数；S1-3：根据量化分析后的大变形灾害损失和支护措施及其参数，使用PERT的MCS方法，进行考虑不确定性的大变形灾害损失的概率分析，获取各种支护措施在不同大变形烈度作用下的隧道大变形灾害损失的累积分布，即风险分析结果。3.根据权利要求2所述的隧道大变形灾害的风险量化及支护决策方法，其特征在于：所述步骤S1-1中，进行经济损失的量化分析，其公式为：E＝Ere+Eex+E0式中，E为经济损失总费用；Eex为扩挖费用；Ere为重新支护费用；E0为初支护维修费用。4.根据权利要求3所述的隧道大变形灾害的风险量化及支护决策方法，其特征在于：所述步骤S1-1中，进行工期延误的量化分析，其公式为：t＝tre+tex+tdelay式中，t为工期延误总时间；tex为扩挖时间；tre为重新支护时间；tdelay为停工整顿时间。5.根据权利要求4所述的隧道大变形灾害的风险量化及支护决策方法，其特征在于：所述步骤S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李天斌，曾鹏，陈语，聂宇，刘威军，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川,51