CN111523795A - 含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法，包括如下步骤：S1、选取一级评价指标，并确定每个一级评价指标包含的二级评价指标；S2、获得评价指标分级标准；S3、确定每个二级评价指标的权重值；S4、确定目标隧道的所有二级评价指标的取值，根据目标隧道所有二级评价指标取值和其权重值计算得到目标隧道的浅层天然气危害分级指数；S5、根据目标隧道的浅层天然气危害分级指数确定目标隧道受浅层天然气危害等级。与现有技术相比，本发明提供的危害评价方法通过建立评价指标分级标准，定性、量化浅层天然气对隧道危害评价指标，获得隧道受浅层天然气危害分级指数，评价含油气盆地区浅层天然气对隧道造成的危害大小。
Description
技术领域
本发明涉及隧道工程领域，具体是含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法。
背景技术
一般情况下，在大多数快速沉积的地区普遍都存在浅层气，这是由于地层沉积速度快，地层压力来不及释放，从而形成了浅层气。结合隧道工程特点(埋深一般小于1000m)，把对隧道有危害且埋深小于1500m的有害气体称为浅层天然气。长期以来，隧道内瓦斯(浅层天然气)的燃烧和爆炸一直是困扰着隧道工程施工安全的一大难题，也是隧道工程病害的主要类型之一。由于石油天然气工业的飞速发展，对浅部的工业性油气资源的分布情况已相当清楚，并建成了相应的油气田。所以，基于隧道工程的浅层天然气主要是近地表未能形成工业气藏，但有一定浓度，能对隧道造成危害的天然气。这类浅层天然气源于下伏气藏或储集层，通过断层、裂缝等构造裂隙自下而上的运移至浅部，以游离态和吸附态形式赋存于储集体中。因为有着深部气藏源源不断的补给，所以油气能浸染浅表地层或富集形成气囊，从而对穿越该区域的隧道造成威胁。
四川盆地是我国最大的含油气盆地，已发现的工业油气田有120多个，含油气构造有90余个，平面上分布在各个区块，纵向上则涉及了震旦系至侏罗系中9个工业性产气层和1个产油层。近年来，兰渝铁路、成贵铁路和西成客专等线路在四川盆地内穿越川北、川中、川东、川南等多个油气区，经过的地层主要以侏罗系、白垩系红层为主。在白马庙、洛带等气田及苏码头、渡口河、观音寺等多个浅层含气构造中发现的次生油气藏，直接证实了四川红层中油气藏的存在。这些油气基本是由深部生气层或油气藏沿断裂构造向上运移至浅地表富集形成，从而给隧道施工造成严重威胁。
目前，国内外浅层天然气的研究主要是围绕工业能源行业展开的，很少有针对工程建设的专门性研究。由于浅层天然气的分布特征、涌出机理和运储规律等有较强的随机性，与煤层瓦斯有很大差异，如果继续沿用现行瓦斯隧道的规范和标准来进行设计和施工，就显得不太合理。同时，因缺少相关的理论和标准，以致隧道工程勘察设计时既无章可循也无法可依，加之人们常忽略含油气盆地区浅层天然气的存在，而造成重大财产损失和工程安全事故。所以，急需寻求一种科学的技术手段来解决这一难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺乏针对含油气盆地区的浅层天然气对隧道工程危害评价，造成重大财产损失和工程安全事故的不足，提供了一种含油气盆地浅层天然气对隧道危害评价方法，通过建立评价指标分级标准，定性、量化浅层天然气对隧道危害评价指标，获得隧道受浅层天然气危害分级指数，评价含油气盆地区浅层天然气对隧道造成的危害大小。
本发明的目的主要通过以下技术方案实现：
含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法，包括如下步骤：
S1、选取一级评价指标，并确定每个一级评价指标包含的二级评价指标；
S2、将每个二级评价指标按其对隧道的不同危害影响程度由高到底进行等级划分，并对每个二级评价指标中由高到低的危害影响程度等级依序赋予由高到低的取值范围，获得评价指标分级标准；
S3、确定每个二级评价指标的权重值；
S4、将目标隧道的各个二级评价指标对隧道的危害影响程度与评价指标分级标准中对应二级评价指标的各个等级进行对比，确定目标隧道的所有二级评价指标的取值，根据目标隧道所有二级评价指标取值和其权重值计算得到目标隧道的浅层天然气危害分级指数；
S5、根据目标隧道的浅层天然气危害分级指数确定目标隧道受浅层天然气危害等级。
浅层天然气对隧道的危害受多方面因素的影响，并且各因素的影响程度也不一样，因此在进行的危害评价的过程中，要客观地结合浅层天然气隧道工程的实际情况，构建一个科学可采纳的评价体系，才能对隧道工程施工建设进行指导。本技术方案中发明人在对浅层天然气赋存分布的地质条件分析研究的基础上，考虑各影响因素及影响因素间存在的相互联系和组合对隧道浅层天然气灾害的影响，通过将评价指标分为一级指标和二级指标两层，构建了评价指标层次化体系，再将各指标按其危害影响程度的不同由高到底进行等级划分并赋值，不仅对评价指标定性分类，还对其危害程度进行了定量，能更准确的反应隧道发生浅层天然气灾害的机理，提高了评价结果的可靠程度；在建立评价指标层次化体系和评价指标分级标准后，通过确定目标隧道每个二级评价指标的取值和权重值，量化评价指标，能够计算得到浅层天然气危害分级指数，并依此判断目标隧道受浅层天然气危害等级；现有技术中通常根据绝对瓦斯涌出量将隧道按瓦斯工区进行浅层天然气危害等级划分，但由于浅层天然气隧道中天然气赋存分布条件复杂、涌出时间地点的不确定性，在选线、勘察设计阶段甚至施工期间，其绝对涌出量难以通过常规测量方式、计算方法量化，本技术方案通过对浅层天然气对隧道危害的评价指标量化及权重分析，能够通过量化得到的数值计算判断隧道受浅层天然气危害等级，计算标准统一，结果可靠，评价含油气盆地区的浅层天然气对隧道工程危害大小，预测隧道施工过程中可能出现浅层天然气灾害的最严重程度，为设计施工提供依据。
需要说明的是，本技术方案中的评价指标即为影响浅层天然气危害隧道的影响因素。
进一步的，S1中一级评价指标包括：油气背景、地质背景和隧道特征；所述油气背景包含二级评价指标：隧道与油气区位置关系，所述地质背景包含二级评价指标：地质构造、地层岩性、地下水出露情况；所述隧道特征包含二级评价指标：隧道埋深、隧道长度。
本技术方案中发明人为了满足评价指标的有效性和准确性，在煤层瓦斯隧道评价理论体系的基础上，结合大量已建浅层天然气隧道工程资料，构建了以油气背景、地质背景和隧道特征三大主要影响因素为一级评价指标的评价指标层次化体系，并选取了隧道与油气区位置关系、地质构造、地层岩性、地下水出露情况、隧道埋深、隧道长度作为二级评价指标；其中：隧道与油气区位置关系：油气区浅层天然气的赋存分布与油气源关系紧密，在平面上隧道受浅层天然气危害程度与其距油气区远近呈正相关；地质构造：地质构造对浅层天然气的富集和分布起着控制作用，地质构造的形态类型、构造部位、力学性质、发育程度及封闭状态，形成了有利于浅层天然气的富集和散失的不同条件；地层岩性：对于四川盆地红层区隧道工程来说，其穿越的是无生烃能力的红层，对浅层天然气赋存的影响，主要却决于地层物性，即孔隙度和渗透率；地下水出露情况：地下水与浅层天然气共存于地层中，它们的运移和富集都依赖于岩层中的孔隙和裂缝通道，所以它们在地层中的赋存空间是互补的，地下水与浅层天然气呈负相关；隧道埋深：因浅层天然气的垂向运移、扩散与地层埋深有关，所以在含油气区随着埋深的增加，地层受油气浸染越普遍；隧道长度：隧道长度与浅层天然气浓度有很强的规律性，两者之间存在着正相关关系。隧道受浅层天然气的危害影响因素包括隧道穿越地层岩性组合、地质构造、油气区分布、隧道埋深、地下水状况、隧道长度等，在这些因素中既有定性因素也有定量因素；对于隧道埋深这个影响因素，可以定量的反映其对隧道发生浅层天然气灾害的贡献，隧道埋深越大，发生浅层天然气灾害的可能性越大。而对于地层岩性组合来说，只能定性的反映对浅层天然气灾害的影响。因此，如果单纯的采用一类指标进行危害评价，就不能全面反映隧道发生浅层天然气灾害的机理，评价结果的可靠程度也会下降。本技术方案选取的多种评价指标，起到定性与定量相结合，能更准确的反应含油气盆地区的浅层天然气对隧道工程危害大小，预测隧道施工过程中可能出现浅层天然气灾害的最严重程度，为设计施工提供依据。
进一步的，S2中将所有二级评价指标均按其对隧道的不同危害影响程度由高到底划分为无危害、危害小、危害中等和危害大四个等级。
浅层天然气危害大小主要多种影响因素决定，各影响因素在分级评价中的贡献程度有很大不同，而同一影响因素在不同的条件下，对评价结果的影响作用也会有很大差别，因此本技术方案将各指标按其危害影响程度的不同由高到底进行等级划分，共分为四个等级，便于定量计算，提高评价结果准确性。
进一步的，S2中所述指标分级标准中所有二级评价指标的危害影响程度等级取值范围均为：无危害为0～2.5、危害小为2.5～5.0、危害中等为5.0～7.5和危害大为7.5～10，其中取值最低值为0，最高值为10。
为了更准确、定量的反应各指标的影响因素，本技术方案对二级评价指标的不同等级量化赋值，能更直观、充分的体现出指标信息，能更准确的反应含油气盆地区的浅层天然气对隧道工程危害大小，预测隧道施工过程中可能出现浅层天然气灾害的最严重程度，为设计施工提供依据。需要说明的是，本发明中将目标隧道的各个二级评价指标对隧道的危害影响程度与评价指标分级标准中对应二级评价指标的各个等级进行对比，确定目标隧道的所有二级评价指标的取值，这种方式是先判断目标隧道二级评价指标属于评价指标分级标准的哪个等级，并根据归一化原则在其对应取值范围内的进行取值。。
进一步的，S3中采用线性加权组合法计算每个二级评价指标的权重值，计算公式如下：wj＝k1aj+k2bj，式中，wj为第j个二级评价指标的权重值，aj、bj分别为第j个二级评价指标的主、客观权重系数，k1、k2为待定系数，k1＞0、k2＞0，且k1+k2＝1。
在构建好评价指标分级标准后，确定各指标的权重就成了评价的关键问题，这将直接影响到评价结果的精确度和有效性，指标权重的确定方法包括两类：主观判断法和客观分析法。其中主观判断法的原始数据主要根据专家经验主观判断得到，从而实现定性因素的定量化；客观分析法的原始数据源于分析被评价单位本身所包含的客观信息，从而找出规律确定权重大小，这两类赋权方法各有优缺点，主观判断法的评价结果容易受主观因素的干扰，显得客观性较差；而客观分析法过于依赖客观数据，计算出的权重结果往往与指标的实际重要程度相悖。本技术方案为了提高评价结果准确性、科学性及有效性，采用线性加权组合法综合主、客观权重系数的以得到最符合实际的浅层天然气危害评价指标权重系数，能更准确的反应含油气盆地区的浅层天然气对隧道工程危害大小，预测隧道施工过程中可能出现浅层天然气灾害的最严重程度，为设计施工提供依据。
进一步的，所述aj为采用层次分析法获得第一权重值，bj为采用熵权法获得第二权重值，0.5＜k1＜1。
本技术方案采用层次分析法计算得到第一权重值，即作为主观权重系数，采用熵权法计算得到第二权重值，即作为客观权重系数，同时发明人结合层次分析法和熵权法计算出的权重对指标进行排序，发现主观权重大小确定的指标排序与相对重要程度排序一致，而由客观权重大小确定的排序与相对重要程度排序不一致，因此确定以主观权重为主导来计算组合权重，确定0.5＜k1＜1。本技术方案通过层次分析法和熵权法确定主、客观权重系数，并根据其大小排序与相对重要程度排序的一致性，确定了更优的计算方法，能更准确的反应含油气盆地区的浅层天然气对隧道工程危害大小，预测隧道施工过程中可能出现浅层天然气灾害的最严重程度，为设计施工提供依据。
进一步的，k1＝0.8，k2＝0.2。
本技术方案确定k1＝0.8，k2＝0.2，通过计算发现，隧道与油气区位置关系在浅层天然气危害等级评价中占比最高，其次为地质背景的地质构造和地层岩性，隧道埋深和隧道长度次之且重要程度相当，地下水出露情况影响最小，这与一般的客观性认识相符合；可见，本技术方案中k1和k2的取值，能更准确的反应含油气盆地区的浅层天然气对隧道工程危害大小，预测隧道施工过程中可能出现浅层天然气灾害的最严重程度，为设计施工提供依据。
进一步的，S4中隧道浅层天然气危害分级指数的计算公式如下：SGTC＝∑wm×Um，式中SGTC为隧道浅层天然气危害分级指数，wm为第m个二级评价指标的权重值，Um为第m个二级评价指标的取值，所述评价指标有n个，m＝1,2,...,n，n为正整数。
本技术方案结合影响因素综合判别法，提出了隧道浅层天然气危害分级指数SGTC。根据对浅层天然气对隧道危害等级评价所选取的二级评价指标进行打分，最终由得分判断浅层天然气危害等级，隧道得分越高，说明其受浅层天然气危害越大，越容易发生浅层天然气灾害，反之亦然。
进一步的，S5中将隧道受浅层天然气危害等级划分为四个等级，其危害程度由低到高分别为无危害、危害小、危害中等、危害大；S5中还包括将受浅层天然气危害小～中等的隧道划分为低瓦斯隧道，受浅层天然气危害大的隧道划为高瓦斯隧道。
本技术方案结合现有技术和对各评价指标综合分析评价结果，将浅层天然气对隧道危害划分为四个等级，其危害程度由低到高分别为无危害、危害小、危害中等、危害大；现有技术根据绝对瓦斯涌出量将隧道按瓦斯工区分为微瓦斯隧道、低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道，但由于浅层天然气隧道中天然气赋存分布条件复杂、涌出时间地点的不确定性，在选线、勘察设计阶段甚至施工期间，其绝对涌出量难以通过常规测量方式、计算方法量化。因此，为安全考虑，本技术方案将受浅层天然气危害小～中等的隧道划分为低瓦斯隧道，受浅层天然气危害大的隧道划为高瓦斯隧道。优选的，本技术方案中，将隧道受浅层天然气危害的四个等级赋予取值范围：无危害为0～2.5、危害小为2.5～5.0、危害中等为5.0～7.5和危害大为7.5～10，其中取值最低值为0，最高值为10。
综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明在对浅层天然气赋存分布的地质条件分析研究的基础上，考虑各影响因素及影响因素间存在的相互联系和组合对隧道浅层天然气灾害的影响，通过将评价指标分为一级指标和二级指标两层，构建了评价指标层次化体系，再将将各指标按其危害影响程度的不同由高到底进行等级划分并赋值，不仅对评价指标定性分类，还对其危害程度进行了定量，能更准确的反应隧道发生浅层天然气灾害的机理，提高了评价结果的可靠程度；在建立评价指标层次化体系和评价指标分级标准后，通过确定目标隧道每个二级评价指标的取值和权重值，量化评价指标，能够计算得到浅层天然气危害分级指数，并依此判断目标隧道受浅层天然气危害等级；通过对浅层天然气对隧道危害的评价指标量化及权重分析，能够通过计算判断隧道受浅层天然气危害等级，评价含油气盆地区的浅层天然气对隧道工程危害大小，预测隧道施工过程中可能出现浅层天然气灾害的最严重程度，为设计施工提供依据。
2、本发明为了提高评价结果准确性、科学性及有效性，采用线性加权组合法综合主、客观权重系数的以得到最符合实际的浅层天然气危害评价指标权重系数，通过层次分析法和熵权法确定主、客观权重系数，并根据其大小排序与相对重要程度排序的一致性，确定了以主观权重为主导来计算组合权重，提高了评价方法的准确性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法流程图；
图2为含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法的危害等级评价指标层次结构体系。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示，含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法，包括如下步骤：
S1、选取一级评价指标，并确定每个一级评价指标包含的二级评价指标；
S2、将每个二级评价指标按其对隧道的不同危害影响程度由高到底进行等级划分，并对每个二级评价指标中由高到低的危害影响程度等级依序赋予由高到低的取值范围，获得评价指标分级标准；
S3、确定每个二级评价指标的权重值；
S4、将目标隧道的各个二级评价指标对隧道的危害影响程度与评价指标分级标准中对应二级评价指标的各个等级进行对比，确定目标隧道的所有二级评价指标的取值，根据目标隧道所有二级评价指标取值和其权重值计算得到目标隧道的浅层天然气危害分级指数；
S5、根据目标隧道的浅层天然气危害分级指数确定目标隧道受浅层天然气危害等级。
优选的，S1中一级评价指标包括：油气背景、地质背景和隧道特征；所述油气背景包含二级评价指标：隧道与油气区位置关系，所述地质背景包含二级评价指标：地质构造、地层岩性、地下水出露情况；所述隧道特征包含二级评价指标：隧道埋深、隧道长度。得到评价指标层次化体系如下：
表1评价指标层次化体系
优选的，S2中将所有二级评价指标均按其对隧道的不同危害影响程度由高到底划分为无危害、危害小、危害中等和危害大四个等级，得到所述评价指标分级标准如下：
表2评价指标分级标准
优选的，S2中所述指标分级标准中所有二级评价指标的危害影响程度等级取值范围均为：无危害为0～2.5、危害小为2.5～5.0、危害中等为5.0～7.5和危害大为7.5～10，其中取值最低值为0，最高值为10。
优选的，S4中隧道浅层天然气危害分级指数的计算公式如下：SGTC＝∑wm×Um，式中SGTC为隧道浅层天然气危害分级指数，wm为第m个二级评价指标的权重值，Um为第m个二级评价指标的取值，所述二级评价指标有n个，m＝1,2,...,n，n为正整数。SGTC＝∑wm×Um表示将所有二级评价指标分别乘以其权重值，并将所有的值相加求和得到SGTC。
优选的，S5中将隧道受浅层天然气危害等级划分为四个等级，其危害程度由低到高分别为无危害、危害小、危害中等、危害大；S5中还包括将受浅层天然气危害小～中等的隧道划分为低瓦斯隧道，受浅层天然气危害大的隧道划为高瓦斯隧道。
本实施例通过将评价指标分为一级指标和二级指标两层，构建了评价指标层次化体系，再将各指标按其危害影响程度的不同由高到底进行等级划分并赋值，不仅对评价指标定性分类，还对其危害程度进行了定量，能更准确的反应隧道发生浅层天然气灾害的机理，提高了评价结果的可靠程度；在建立评价指标层次化体系和评价指标分级标准后，通过确定目标隧道每个二级评价指标的取值和权重值，量化评价指标，能够计算得到浅层天然气危害分级指数，并依此判断目标隧道受浅层天然气危害等级；现有技术中通常根据绝对瓦斯涌出量将隧道按瓦斯工区进行浅层天然气危害等级划分，但由于浅层天然气隧道中天然气赋存分布条件复杂、涌出时间地点的不确定性，在选线、勘察设计阶段甚至施工期间，其绝对涌出量难以通过常规测量方式、计算方法量化，本技术方案通过对浅层天然气对隧道危害的评价指标量化及权重分析，能够通过量化得到的数值计算判断隧道受浅层天然气危害等级，计算标准统一，结果可靠，评价含油气盆地区的浅层天然气对隧道工程危害大小，预测隧道施工过程中可能出现浅层天然气灾害的最严重程度，为设计施工提供依据。
实施例2：
如图1和图2所示，本实施例在实施例1的基础上采用层次分析法计算二级评价指标的权重值，具体如下：
S3.1、根据选定的评价指标间的相互关系，构建如图2所示的危害等级评价指标层次结构体系。
在构建了指标层次结构体系后，从顶层开始，以上一层元素为依据，从上往下对本层次各元素之间的重要性进行两两比较，从而建立判断矩阵，其形式如下：
其中，aij表示指标间的相对重要性标度，该值由T.L.Saaty提出的1～9标度法确定，详细含义如表3所示。
表3相对重要性的标度方法
S3.2、采用和积法对判断矩阵进行计算，求解权重向量，具体步骤如下：
Step1将判断矩阵A中的数据按列归一化：
Step2对归一化后的矩阵的按行求和：
Step3将第二步求和得到的向量归一化：
所得到的w＝[w1，w2，w3，…，wn]T为所求权向量。
Step4计算最大特征根：
S3.3、对判断矩阵进行一致性检验。根据矩阵理论，若判断矩阵具有完全一致性时，其最大特征值与矩阵阶数相同，即λmax＝n。当判断矩阵的一致性评价不满足时，即λmax≠n，说明判断矩阵的一致性较差，则需要引入判断矩阵偏离一致性指标CI。
一般来说，当判断矩阵阶数越大，判断矩阵能具有完全一致性的难度也增大，为了标度不同阶数的判断矩阵一致性的好差，引入了随机一致性比率CR。RI则为平均随机一致性指标，其取值如表4所示。
表4 1～10阶矩阵平均随机一致性指标RI查询表
当CR＜0.1，认为判断矩阵具有满意的一致性，反之，则需要调整判断矩阵，直到具有满意的一致性。
S3.4、根据评价指标层次关系，按1～9标度法判断指标间的相对重要性建立一级指标和二级指标判断矩阵(表5～表7)。
表5一级指标判断矩阵
表6地质背景指标判断矩阵
表7隧道特征指标判断矩阵
S3.5、采用和积法计算得到各级指标权重，并进行CR检验，最终得到的权重和CR值，详见表8～表11。
表8一级指标权重及CR值
表9地质背景指标权重及CR值
表10隧道特征指标权重及CR值
表11层次分析法计算指标权重分配综合表
本实施例结合评价指标层次化体系，利用选定的评价指标间的相互关系，构建危害等级评价指标层次结构体系，将复杂的决策问题分解为诸多组成因素，再将各因素按照一定的隶属关系进行分组，以形成一个能反映因素间联系的逐阶层次结构，用两两比较判断的方式逐层确定每个因素的相对重要性，按相应的标度法对其赋值，并写成判断矩阵的形式。然后，计算该判断矩阵的特征向量及其最大特征值，进一步处理后得到各因素的权重值。在得到某一层各因素的权重后，依据其上一层因素的权重进行加权综合，最终得到整个评价层次体系中各指标的权重值，计算方法简单。
实施例3：
本实施例在实施例1的基础上采用熵权法计算二级评价指标的权重值，具体如下：
S3.1、形成判断矩阵
若参与评价的对象有m个，每个评价对象又有n个待评价指标，将第i个评价对象的第j个评价指标记为rij，则原始数据的判断矩阵R＝(rij)m×n(i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n)：
S3.2、标准化判断矩阵
为了消除各待评价指标因量纲不同及数值为负对评价结果带来的影响，需对判断矩阵进行标准化处理，最终形成标准化后的判断矩阵X＝(xij)m×n(i＝1，2，…，m；j＝1，2，…，n)。根据不同指标的性质，采用相应的标准化处理方法为：
越大越优的效益型指标：
越小越优的成本型指标：
式中：xij为rij归一化后的值，0≤xij≤1；max(rj)、min(rj)为第j指标的最大值和最小值。
S3.3、计算对象i的第j项指标的特征比重pij，因0≤xij≤1，所以0≤pij≤1。
S3.4、计算第j项评价指标的熵值ej，当pij＝0或1时，令pijln(pij)＝0。
S3.5、确定指标熵权
式中：dj＝1－ej为指标的差异性系数，其值越大说明该指标提供的信息量越大，应给予较大的权重。
为了消除各指标间不同量纲的影响，便于科学归纳，需对各指标作归一化预处理。对于正向效益型指标U11、U21、U22、U31、U32和反向成本型指标U23分别采用公式4-7、公式4-8进行处理，处理后的各指标取值范围见表12。
表12评价指标归一化处理
在利用熵权法确定指标权重时，可以将已建成的浅层天然气隧道的危害等级作为参考，进而计算出各指标权重。本实施例选取了肖家梁隧道、洛带古镇隧道、青龙咀隧道及王家隧道为例，这四座隧道中有2个高瓦斯隧道、2个低瓦斯隧道，每个隧道等级评价指标归一化处理后的数据见表13。
表13各评价指标归一化处理后的值
将表13中归一化处理后的数据代入公式3和公式4中，得到危害等级评价指标熵值和差异性系数，见表14。
之后，将得到的指标熵值代入公式14，计算得到危害等级评价指标权重值w，见表15。
表14各评价指标熵值
表15各评价指标权重值
本实施例采用熵权法，基于熵的概念来确定评价指标权重，利用熵权法确定指标权重可以有效的避免人为因素的干扰，使评价结果与实际情况相符。同时根据熵值的计算，能直观地反映出指标信息量的大小，提升了指标间权重的区分度。
实施例4：
本实施例与实施例1的区别在于：S3中采用线性加权组合法计算每个二级评价指标的权重值，计算公式如下：wj＝k1aj+k2bj，式中，wj为第j个二级评价指标的权重值，aj、bj分别为第j个二级评价指标的主、客观权重系数，k1、k2为待定系数，k1＞0、k2＞0，且k1+k2＝1。
优选的，所述aj为采用实施例2的层次分析法获得第一权重值，bj为采用采用实施例3的熵权法获得第二权重值，0.5＜k1＜1。
优选的，k1＝0.8，k2＝0.2，得到各评价指标组合权重值如表16。本实施例确定k1＝0.8，k2＝0.2，通过计算发现，隧道与油气区位置关系在浅层天然气危害等级评价中占比最高，其次为地质背景的地质构造和地层岩性，隧道埋深和隧道长度次之且重要程度相当，地下水出露情况影响最小，这与一般的客观性认识相符合；可见，本技术方案中k1和k2的取值，能更准确的反应含油气盆地区的浅层天然气对隧道工程危害大小，预测隧道施工过程中可能出现浅层天然气灾害的最严重程度，为设计施工提供依据。
表16各评价指标组合权重值
优选的，S5中将隧道受浅层天然气危害等级取值范围为：无危害为0～2.5、危害小为2.5～5.0、危害中等为5.0～7.5和危害大为7.5～10，其中取值最低值为0，最高值为10。得到浅层天然气对隧道危害等级划分评价系统如表17：
表17浅层天然气对隧道危害等级划分评价系统
在构建好评价指标分级标准后，确定各指标的权重就成了评价的关键问题，这将直接影响到评价结果的精确度和有效性，指标权重的确定方法包括两类：主观判断法和客观分析法。其中主观判断法的原始数据主要根据专家经验主观判断得到，从而实现定性因素的定量化；客观分析法的原始数据源于分析被评价单位本身所包含的客观信息，从而找出规律确定权重大小，这两类赋权方法各有优缺点，主观判断法(层次分析法)的评价结果容易受主观因素的干扰，显得客观性较差；而客观分析法(熵权法)过于依赖客观数据，计算出的权重结果往往与指标的实际重要程度相悖。本实施例为了提高评价结果准确性、科学性及有效性，采用线性加权组合法综合主、客观权重系数的以得到最符合实际的浅层天然气危害评价指标权重系数，能更准确的反应含油气盆地区的浅层天然气对隧道工程危害大小，预测隧道施工过程中可能出现浅层天然气灾害的最严重程度，为设计施工提供依据。
验证试验：
为了验证本发明评价方法的可靠性，发明人采用实施例4的方法以成-简一级公路龙泉山2#隧道为例进行浅层天然气危害等级评价，对隧道地质环境特征的分析：该隧道位于龙泉山含油气背斜构造上，为油气运移的有利指向区，全长2326m，最大埋深为324m。隧道穿越地层岩性为侏罗系遂宁组(J3s)棕红色砂泥岩，裂缝、节理较为发育，以往的石油勘探资料表明该区域具有良好的油气储存空间。因此，根据表16对各指标取值：U11为9.2，U21为9.4，U22为8.9，U23为6.5，U31为6.0，U32为6.7。
SGTC＝0.49×8.6+0.19×9.3+0.12×8.9+0.03×6.5+0.09×6.0+0.08×6.7＝8.3
由表17浅层天然气对隧道危害等级划分评价系统可知，浅层天然气对成-简一级公路龙泉山2#隧道危害等级为IV级(危害大)。经施工验证该隧道为高瓦斯隧道，天然气浓度最高达3.42％，极易发生浅层天然气事故，与评价结果一致。
此外，发明人采用浅层天然气危害分级指数SGTC计算公式评价四川盆地61座浅层天然气隧道，评价结果及指标取值如表18所示。
根据表18可以看出，此次共评价了61座隧道的浅层天然气危害等级，其浅层天然气危害等级评价结果均与实际施工验证相符，可见，本实施例的含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法准确性、可靠性高，可用于规划选线阶段，评价结果可直接用于线路方案对比选取中，可为设计施工变更方案提供依据。
表18浅层天然气对隧道危害等级评价结果
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、选取一级评价指标，并确定每个一级评价指标包含的二级评价指标；
S2、将每个二级评价指标按其对隧道的不同危害影响程度由高到底进行等级划分，并对每个二级评价指标中由高到低的危害影响程度等级依序赋予由高到低的取值范围，获得评价指标分级标准；
S3、确定每个二级评价指标的权重值；
S4、将目标隧道的各个二级评价指标对隧道的危害影响程度与评价指标分级标准中对应二级评价指标的各个等级进行对比，确定目标隧道的所有二级评价指标的取值，根据目标隧道所有二级评价指标取值和其权重值计算得到目标隧道的浅层天然气危害分级指数；
S5、根据目标隧道的浅层天然气危害分级指数确定目标隧道受浅层天然气危害等级。
2.如权利要求1所述的含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法，其特征在于，S1中一级评价指标包括：油气背景、地质背景和隧道特征；所述油气背景包含二级评价指标：隧道与油气区位置关系，所述地质背景包含二级评价指标：地质构造、地层岩性、地下水出露情况；所述隧道特征包含二级评价指标：隧道埋深、隧道长度。
3.如权利要求1所述的含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法，其特征在于，S2中将所有二级评价指标均按其对隧道的不同危害影响程度由高到底划分为无危害、危害小、危害中等和危害大四个等级。
4.如权利要求3所述的含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法，其特征在于，S2中所述指标分级标准中所有二级评价指标的危害影响程度等级取值范围均为：无危害为0～2.5、危害小为2.5～5.0、危害中等为5.0～7.5和危害大为7.5～10，其中取值最低值为0，最高值为10。
5.如权利要求1所述的含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法，其特征在于，S3中采用线性加权组合法计算每个二级评价指标的权重值，计算公式如下：wj＝k1aj+k2bj，式中，wj为第j个二级评价指标的权重值，aj、bj分别为第j个二级评价指标的主、客观权重系数，k1、k2为待定系数，k1＞0、k2＞0，且k1+k2＝1。
6.如权利要求5所述的含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法，其特征在于，所述aj为采用层次分析法获得第一权重值，bj为采用熵权法获得第二权重值，0.5＜k1＜1。
7.如权利要求6所述的含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法，其特征在于，k1＝0.8，k2＝0.2。
8.如权利要求1所述的含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法，其特征在于，S4中隧道浅层天然气危害分级指数的计算公式如下：SGTC＝∑wm×Um，式中SGTC为隧道浅层天然气危害分级指数，wm为第m个二级评价指标的权重值，Um为第m个二级评价指标的取值，所述二级评价指标有n个，m＝1,2,...,n，n为正整数。
9.如权利要求1～8任一所述的含油气盆地区浅层天然气对隧道危害评价方法，其特征在于，S5中将隧道受浅层天然气危害等级划分为四个等级，其危害程度由低到高分别为无危害、危害小、危害中等、危害大；S5中还包括将受浅层天然气危害小～中等的隧道划分为低瓦斯隧道，受浅层天然气危害大的隧道划为高瓦斯隧道。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113153414A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-07-23 | 西南交通大学 | 瓦斯隧道穿越下伏煤层采空区的处置措施及其施工方法 |
| CN113222461A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-06 | 江苏科技大学 | 基于ahp-critic的海上风电升压站冷却系统评价方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104133985A (zh) * | 2014-07-02 | 2014-11-05 | 山东大学 | 隧道及地下工程地质灾害风险属性区间评价方法 |
| CN109934398A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-06-25 | 山东大学 | 一种钻爆法施工隧道瓦斯危险等级预测方法和装置 |
-
2020
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104133985A (zh) * | 2014-07-02 | 2014-11-05 | 山东大学 | 隧道及地下工程地质灾害风险属性区间评价方法 |
| CN109934398A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-06-25 | 山东大学 | 一种钻爆法施工隧道瓦斯危险等级预测方法和装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 康小兵: "隧道工程瓦斯灾害危险性评价体系研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113153414A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-07-23 | 西南交通大学 | 瓦斯隧道穿越下伏煤层采空区的处置措施及其施工方法 |
| CN113153414B (zh) * | 2021-01-06 | 2023-02-28 | 西南交通大学 | 瓦斯隧道穿越下伏煤层采空区的处置措施及其施工方法 |
| CN113222461A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-08-06 | 江苏科技大学 | 基于ahp-critic的海上风电升压站冷却系统评价方法 |
| CN113222461B (zh) * | 2021-05-31 | 2024-02-06 | 江苏科技大学 | 基于ahp-critic的海上风电升压站冷却系统评价方法 |
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