CN113793038B - 一种多因素耦合下岩溶山区地铁隧道工程灾害分区方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多因素耦合下岩溶山区地铁隧道工程灾害分区方法,包括:(1)收集地铁隧道工程详勘阶段的勘察报告;(2)按照地层岩土分界面与隧道拱顶的距离对隧道进行分段;(3)对隧道工程中的涌水涌泥坍塌灾害进行灾害风险评价及分区图绘制;(4)对地面脱空塌陷灾害进行灾害风险评价及分区图绘制;(5)对地面脱空塌陷灾害进行灾害风险评价及分区图绘制。本发明对多因素耦合作用下岩溶山区地铁隧道工程进行灾害风险评价和分区,提前采取预防措施能降低岩溶地区地铁区间隧道施工过程中事故发生的概率和带来的损失,对减少类似工程事故发生数量有一定帮助。
Description
技术领域
本发明涉及一种多因素耦合下岩溶山区地铁隧道工程灾害分区方法,属于灾害风险评估技术领域。
背景技术
岩溶山区城市地铁施工过程复杂,面临的工程地质条件、水文地质条件、环境条件复杂,施工过程面临涌水、突泥,岩溶塌陷、地面变形及管道破损风险极高,极易导致风险事故。现有的城市地铁风险评估方法主要为专家打分法结合层次分析法、模糊数学等方法,受人为主观因素影响较大。本发明通过贵阳轨道交通2号线一期工程26个区间隧道事故灾害分布规律与地层情况的分析,通过反演的方式得出岩溶山区城市地铁各类型灾害的灾害风险评价因子分级标准和权重,在一定程度上减少了人为主观因素的影响,使灾害风险等级分区结果更加客观,对类似工程具有指导意义。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种多因素耦合下岩溶山区地铁隧道工程灾害分区方法。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种多因素耦合下岩溶山区地铁隧道工程灾害分区方法,包括以下步骤:
步骤一:收集地铁隧道工程详勘阶段的勘察报告;
步骤二:按照地层岩土分界面与隧道拱顶的距离对隧道进行分段,分段原则为:岩土分界面高于拱顶0-4m划分为一段、岩土分界面高于拱顶4-8m划分为一段、岩土分界面高于拱顶超过8m划分为一段、岩土分界面低于拱顶0-4m划分为一段、岩土分界面低于拱顶超过4m划分为一段,划分出若干区段X1、X2、X3、…、Xi、…、Xn;
步骤三:对隧道工程中的涌水涌泥坍塌灾害进行灾害风险评价及分区,该灾害风险评价因子包括地层岩土分界面与隧道拱顶平均距离、地下水与隧道拱顶平均距离、岩溶发育等级三种评价因子;三种评价因子的取分原则和涌水涌泥坍塌灾害的分级标准如下:
(1)地层岩土分界面与隧道拱顶平均距离:对于平均距离高于拱顶0-4m和4-8m的区段,按照平均距离与分值之和为10分进行取分;对于平均距离高于拱顶超过8m的区段,取0分;对于平均距离低于拱顶超过4m的区段,取0分;该灾害风险评价因子的权重为0.5;
(2)地下水与隧道拱顶平均距离:平均距离高于拱顶0-8m,按照平均距离与分值之和为10分进行取分;平均距离低于拱顶0-4m,按照平均距离与分值之和为5分进行取分;平均距离高于拱顶超过8m或低于拱顶超过4m,取0分;岩土分界面与隧道拱顶平均距离高于隧道拱顶超过8m或低于拱顶超过4m,取0分;该灾害风险评价因子的权重为0.35;
(3)岩溶发育等级:岩溶强发育取8.3分,岩溶中发育取5.1分,岩溶弱发育取1.8分;该灾害风险评价因子的权重为0.15;
通过上述取分原则,根据下列公式计算出各区段涌水涌泥坍塌灾害的综合分值,风险等级分级按照综合分值划分为三级:一级5.1-10分;二级1.6-5.0分;三级0-1.5分;将分级结果绘制在地质剖面图上,形成涌水涌泥坍塌灾害风险等级分区图;
式中,Ai为第i个区段涌水涌泥坍塌灾害的风险等级综合分值;xi为第i个区段地层岩土分界面与隧道拱顶平均距离评价因子的分值;yi为第i个区段地下水与隧道拱顶平均距离评价因子的分值;zi为第i个区段岩溶发育等级评价因子的分值;
步骤四:对地面脱空塌陷灾害进行灾害风险评价及分区,该灾害风险评价因子包括:岩溶发育等级、涌水涌泥坍塌灾害综合分值两种评价因子;两种评价因子的取分原则和地面脱空塌陷灾害的分级标准如下:
(1)岩溶发育等级:岩溶强发育取8.3分,岩溶中发育取5.1分,岩溶弱发育取1.8分;该灾害风险评价因子的权重为0.55;
(2)涌水涌泥坍塌灾害综合分值;该灾害风险评价因子的权重为0.45;
通过上述取分原则,根据下列公式计算出各区段地面脱空塌陷灾害的综合分值,风险等级分级按照综合分值划分为三级:一级6.6-10分,二级3.6-6.5分,三级0-3.5分;将分级结果绘制在地质剖面图上,形成涌水涌泥坍塌灾害风险等级分区图;
式中,Bi为第i个区段地面塌陷脱空灾害的风险等级综合分值,其余字母同上;
步骤五:对管道破损灾害进行灾害风险评价及分区,评价及分区标准为:当区段i的地面塌陷脱空灾害风险等级为一级,且区段i的长度大于100m,管道破损灾害风险等级为一级;当不满足上述条件时管道破损灾害风险等级为三级;根据上述原则将分级结果绘制在地质剖面图上,形成管道破损灾害风险等级分区图。
适用于岩溶山区矿山法施工的地铁区间隧道工程。
本发明的有益效果在于:对多因素耦合作用下岩溶山区地铁隧道工程进行灾害风险评价和分区,提前采取预防措施能降低岩溶地区地铁区间隧道施工过程中事故发生的概率和带来的损失,对减少类似工程事故发生数量有一定帮助。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的流程示意图;
图2是图1的一种实施结果示意图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案,但要求保护的范围并不局限于所述。
实施例1
如图1所示的一种多因素耦合下岩溶山区地铁隧道工程灾害分区方法,其实施过程如下:
步骤一:收集地铁隧道工程详勘阶段的勘察报告;
步骤二:按照地层岩土分界面与隧道拱顶的距离对隧道进行分段,分段原则为:岩土分界面高于拱顶0-4m划分为一段、岩土分界面高于拱顶4-8m划分为一段、岩土分界面高于拱顶超过8m划分为一段、岩土分界面低于拱顶0-4m划分为一段、岩土分界面低于拱顶超过4m划分为一段。按照上述原则某地铁区间隧道被分为X1、X2、X3、X4四个区段,具体如下:
区段 | 岩土界面与拱顶距离 | 隧道长度(m) |
X1 | 高于拱顶8m | 157 |
X2 | 低于拱顶0-4m | 104.1 |
X3 | 高于拱顶0-4m | 73.4 |
X4 | 高于拱顶8m | 220.2 |
步骤三:对隧道工程中的涌水涌泥坍塌灾害进行灾害风险评价及分区。
(1)地层岩土分界面与隧道拱顶平均距离:
X1区段平均距离高于拱顶超过8m,x1=0;
X2区段平均距离为低于拱顶1.9m,x2=5-1.9=3.1;
X3区段平均距离为高于拱顶2.3m,x3=10-2.3=7.7;
X4区段平均距离高于拱顶超过8m,x4=0;
(2)地下水与隧道拱顶平均距离:
X1区段地层岩土分界面与隧道拱顶平均距离高于隧道拱顶超过8m,y1=0;
X2区段平均距离为低于拱顶2.4m,y2=5-2.4=2.6;
X3区段平均距离为低于拱顶2.8m,y3=5-2.8=2.2;
X4区段地层岩土分界面与隧道拱顶平均距离高于隧道拱顶超过8m,y4=0。
(3)岩溶发育等级:
X1、X2、X3、X4区段全部岩溶中发育,z1=z2=z3=z4=5.1
通过下列公式计算得到A1、A2、A3、A4及其风险等级,涌水涌泥坍塌灾害风险等级分区图见图2。
X1:A1=0×0.5+0×0.35+5.1×0.15=0.8(三级)
X2:A2=3.1×0.5+2.6×0.35+5.1×0.15=3.2(二级)
X3:A3=7.7×0.5+2.2×0.35+5.1×0.15=5.4(一级)
X4:A4=0×0.5+0×0.35+5.1×0.15=0.8(三级)
步骤四:对地面脱空塌陷灾害进行灾害风险评价及分区
(1)岩溶发育等级:X1、X2、X3、X4区段全部岩溶中发育,z1=z2=z3=z4=5.1
(2)地面脱空塌陷灾害综合分值:A1=0.8、A2=3.2、A3=5.4、A4=0.8。
通过下列公式计算得到B1、B2、B3、B4及其风险等级,地面脱空塌陷灾害风险等级分区图见图2。
X1:B1=5.1×0.55+0.8×0.45=3.2(三级)
X2:B2=5.1×0.55+3.2×0.45=4.2(二级)
X3:B3=5.1×0.55+5.4×0.45=5.2(二级)
X4:B4=5.1×0.55+0.8×0.45=3.2(三级)
步骤五:对管道破损灾害进行灾害风险评价及分区,灾害风险等级分区图见图2。
X1地面塌陷脱空风险等级为三级,则管道破损灾害风险等级为三级。
X2地面塌陷脱空风险等级为二级,则管道破损灾害风险等级为三级。
X3地面塌陷脱空风险等级为二级,则管道破损灾害风险等级为三级。
X4地面塌陷脱空风险等级为三级,则管道破损灾害风险等级为三级。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何不经创造性劳动的变换或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种多因素耦合下岩溶山区地铁隧道工程灾害分区方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一:收集地铁隧道工程详勘阶段的勘察报告;
步骤二:按照地层岩土分界面与隧道拱顶的距离对隧道进行分段,分段原则为:岩土分界面高于拱顶0-4m划分为一段、岩土分界面高于拱顶4-8m划分为一段、岩土分界面高于拱顶超过8m划分为一段、岩土分界面低于拱顶0-4m划分为一段、岩土分界面低于拱顶超过4m划分为一段,划分出若干区段X1、X2、X3、…、Xi、…、Xn;
步骤三:对隧道工程中的涌水涌泥坍塌灾害进行灾害风险评价及分区,该灾害风险评价因子包括地层岩土分界面与隧道拱顶平均距离、地下水与隧道拱顶平均距离、岩溶发育等级三种评价因子;三种评价因子的取分原则和涌水涌泥坍塌灾害的分级标准如下:
(1)地层岩土分界面与隧道拱顶平均距离:对于平均距离高于拱顶0-4m和4-8m的区段,按照平均距离与分值之和为10分进行取分;对于平均距离高于拱顶超过8m的区段,取0分;对于平均距离低于拱顶超过4m的区段,取0分;该灾害风险评价因子的权重为0.5;
(2)地下水与隧道拱顶平均距离:平均距离高于拱顶0-8m,按照平均距离与分值之和为10分进行取分;平均距离低于拱顶0-4m,按照平均距离与分值之和为5分进行取分;平均距离高于拱顶超过8m或低于拱顶超过4m,取0分;岩土分界面与隧道拱顶平均距离高于隧道拱顶超过8m或低于拱顶超过4m,取0分;该灾害风险评价因子的权重为0.35;
(3)岩溶发育等级:岩溶强发育取8.3分,岩溶中发育取5.1分,岩溶弱发育取1.8分;该灾害风险评价因子的权重为0.15;
通过上述取分原则,根据下列公式计算出各区段涌水涌泥坍塌灾害的综合分值,风险等级分级按照综合分值划分为三级:一级5.1-10分;二级1.6-5.0分;三级0-1.5分;将分级结果绘制在地质剖面图上,形成涌水涌泥坍塌灾害风险等级分区图:
X1:A1=x1·0.5+y1·0.35+z1·0.15
X2:A2=x2·0.5+y2·0.35+z2·0.15
Xi:Ai=xi·0.5+yi·0.35+zi·0.15
Xn:An=xn·0.5+yn·0.35+zn·0.15
式中,Ai为第i个区段涌水涌泥坍塌灾害的风险等级综合分值;xi为第i个区段地层岩土分界面与隧道拱顶平均距离评价因子的分值;yi为第i个区段地下水与隧道拱顶平均距离评价因子的分值;zi为第i个区段岩溶发育等级评价因子的分值;
步骤四:对地面脱空塌陷灾害进行灾害风险评价及分区,该灾害风险评价因子包括:岩溶发育等级、涌水涌泥坍塌灾害综合分值两种评价因子;两种评价因子的取分原则和地面脱空塌陷灾害的分级标准如下:
(1)岩溶发育等级:岩溶强发育取8.3分,岩溶中发育取5.1分,岩溶弱发育取1.8分;该灾害风险评价因子的权重为0.55;
(2)涌水涌泥坍塌灾害综合分值;该灾害风险评价因子的权重为0.45;
通过上述取分原则,根据下列公式计算出各区段地面脱空塌陷灾害的综合分值,风险等级分级按照综合分值划分为三级:一级6.6-10分,二级3.6-6.5分,三级0-3.5分;将分级结果绘制在地质剖面图上,形成涌水涌泥坍塌灾害风险等级分区图:
X1:B1=z1·0.55+A1·0.45
X2:B2=z2·0.55+A2·0.45
Xi:Bi=zi·0.55+Ai·0.45
Xn:Bn=zn·0.55+An·0.45
式中,Bi为第i个区段地面塌陷脱空灾害的风险等级综合分值,其余字母同上;
步骤五:对管道破损灾害进行灾害风险评价及分区,评价及分区标准为:当区段i的地面塌陷脱空灾害风险等级为一级,且区段i的长度大于100m,管道破损灾害风险等级为一级;当不满足上述条件时管道破损灾害风险等级为三级;根据上述原则将分级结果绘制在地质剖面图上,形成管道破损灾害风险等级分区图。
2.如权利要求1所述的多因素耦合下岩溶山区地铁隧道工程灾害分区方法,其特征在于:仅适用于岩溶山区矿山法施工的地铁区间隧道工程。
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南宁地铁2号线岩溶风险分析和处理原则;何高峰;罗先启;范训益;张勇;张辉;;铁道标准设计(第05期);第90-94页 * |
可拓理论对复杂条件下岩溶隧道的风险评估;黄小城;陈秋南;阳跃朋;张志敏;;地下空间与工程学报(第05期);第219-225页 * |
基于加权平均法的岩溶隧道突涌水风险评估;朱珍;王旭春;袁永才;王晓磊;;公路工程(第06期);第65-68页 * |
岩溶隧道施工风险评价与突水灾害防治技术研究;张庆松;李术才;韩宏伟;葛颜慧;刘人太;张霄;;山东大学学报(工学版)(第03期);第181-182+187页 * |
朱珍等.基于加权平均法的岩溶隧道突涌水风险评估.公路工程.2015,第65-68页. * |
浅埋岩溶隧道灾变机制及其防治;康勇;杨春和;张朋;;岩石力学与工程学报(第01期);第154-159页 * |
白涛隧道施工风险评价与突水灾害防治技术研究;赵振洪;;四川建材(第03期);第181-182+187页 * |
矿山法地铁隧道拱顶坍塌原因分析及预防措施;焦宽;;居业(第04期);第109-110页 * |
运营隧道渗漏水灾害分类和等级评定方法;潘海泽;黄涛;杨海静;唐仙;;干旱区地理(第01期);第149-155页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN113793038A (zh) | 2021-12-14 |
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