城市隧道施工的安全評(píng)價(jià)體系及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)研究

1、中文摘要 城市隧道施工的安全評(píng)價(jià)體系及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)研究摘 要 隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的穩(wěn)步實(shí)施，原有的道路交通系統(tǒng)已難以滿足人們的出行需要，為了有效緩解日趨增大的交通壓力，我國(guó)加快了利用新奧法設(shè)計(jì)施工的公路隧道工程的發(fā)展步伐，但與此同時(shí)伴隨著高速發(fā)展出現(xiàn)的安全問題正逐漸制約著工程進(jìn)展。本文以重慶市五一路地下環(huán)道工程為依托工程，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、數(shù)值模擬、數(shù)據(jù)分析等多種手段，對(duì)五一路隧道的施工安全進(jìn)行了綜合性的評(píng)價(jià)以及對(duì)其監(jiān)控量測(cè)的問題進(jìn)行了重點(diǎn)研究。 獲得主要成果如下： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 在城市隧道施工評(píng)價(jià)中引入危險(xiǎn)指數(shù)法，確定了城市隧道施工的

2、物質(zhì)系數(shù)MF、城市隧道一般工藝危險(xiǎn)系數(shù)F1、城市隧道一般工藝危險(xiǎn)系數(shù)F2。 = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 以巖體力學(xué)分級(jí)為基礎(chǔ)，借鑒危險(xiǎn)度指數(shù)評(píng)價(jià)法，提出了城市隧道施工安全的分級(jí)體系，將隧道施工安全等級(jí)分為IVI級(jí)，該評(píng)價(jià)體系的各因素權(quán)重采用層次分析法確定，主觀因素對(duì)安全等級(jí)影響程度通過補(bǔ)償系數(shù)衡量，得到城市隧道施工的危險(xiǎn)性評(píng)定指數(shù)D=（MF）F3S1S2=157.54，評(píng)定該隧道段的施工安全分級(jí)屬于II級(jí)(較安全)，與施工的實(shí)際情況較為符合。 = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 利用ANSYS軟件建立該隧道的三維立體模型，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行加載，得出了隧道開挖之后

3、，新建隧道拱頂最大沉降值為3.397mm，隧道開挖后引起重慶日?qǐng)?bào)集團(tuán)基底最大沉降值為0.731mm，基底最大整體傾斜0.081 。 = 4 * GB3 * MERGEFORMAT 應(yīng)用尖點(diǎn)突變理論模型，基于隧道圍巖變形實(shí)測(cè)資料，運(yùn)用了隧道開挖圍巖失穩(wěn)預(yù)測(cè)模型，并將結(jié)合五一路實(shí)際監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)五一路隧道部分?jǐn)嗝孢M(jìn)行預(yù)測(cè)，得到了較高的準(zhǔn)確率，同時(shí)驗(yàn)證了城市隧道施工安全評(píng)價(jià)體系的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。關(guān)鍵詞：隧道施工，危險(xiǎn)指數(shù)法，數(shù)值模擬，監(jiān)控量測(cè)，尖點(diǎn)突變 ABSTRACT With fast development of national foundation construction and the

4、 implement of develop-the-west strategy,the existing traffic system had failed to meet peoples requirement for travel,so the nation speed up the use of the new Austrian tunneling method to the design and construction of highway tunnel engineering for remitting the increasing traffic pressure.But pro

5、blems in fast development also restricted engineering progress.Based on underground ring road engineering of Wuyi road in Chongqing,this paper applied some methods ,local survey、 HYPERLINK app:ds:numerical t numerical HYPERLINK app:ds:modeling t modeling、 HYPERLINK app:ds:data t data HYPERLINK app:d

6、s:analysis t analysis and so on，to HYPERLINK app:ds:synthetically t synthetically evaluate the implement safety of Wuyi road tunnel and study the problems about measurement and monitoring. Main achievements are as follows: = 1 * GB3 * MERGEFORMAT In city tunnel implement assessment, the material fac

7、tor （MF），the general progress risk factor（F1 ）,the particular progress risk factor （F2）of city tunnel were determined by risk rank method. = 2 * GB3 * MERGEFORMAT Based on rock mass mechanics ranking and risk index assessment method,we put forward ranking hierarchy for city tunnel implement,covering

8、 five degrees,from 1-5.The weight of factors in the hierarchy was determined by layer analysis method.the influencing level of subjective factor on safety degree was measured by compensation factor.The risk assessment index D=（MF）F3S1S2=157.54 for city tunnel implement was HYPERLINK app:ds:calculate

9、 t calculated to assess its implement safety degree,achieving degree two,which accorded with actual situation. = 3 * GB3 * MERGEFORMAT The tunnel three-dimensional model was established by ANSYS,and applying load according to actual situation，then the maximum settlement values of New tunnel vault an

10、d Chongqing daily group base and the maximum global incline value of base was computed，3.397mm,0.731mm ，0.081 respectively，during excavation. = 4 * GB3 * MERGEFORMAT According to actual data for Tunnel surrounding rock deformation， , Surrounding rock instability prediction model was used by cuspidal

11、 mutation theory .and some planes of fracture in Wuyi road tunnel was predicted ,showing higher accuracy rate,with its actual measurement results.Key words: tunnel construction，risk index method，numerical simulation，monitoring measurement，cusp catastrophe重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 目 錄目 錄 TOC o 1-3 u 中文摘要 PAGEREF _T

12、oc341275094 h I英文摘要 PAGEREF _Toc341275095 h II1 緒論 PAGEREF _Toc341275097 h 11.1 研究意義及選題依據(jù) PAGEREF _Toc341275098 h 11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc341275099 h 11.2.1 隧道施工安全管理 PAGEREF _Toc341275100 h 11.2.2 隧道監(jiān)控量測(cè)與信息化施工 PAGEREF _Toc341275101 h 21.3 論文的主要研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線 PAGEREF _Toc341275102 h 41.3.1 主要研究?jī)?nèi)容 PAGEREF

13、 _Toc341275103 h 41.3.2 技術(shù)路線 PAGEREF _Toc341275104 h 42 城市隧道施工安全評(píng)價(jià)體系研究 PAGEREF _Toc341275105 h 62.1 安全評(píng)價(jià) PAGEREF _Toc341275106 h 62.1.1 安全評(píng)價(jià)的內(nèi)容 PAGEREF _Toc341275107 h 62.1.2 安全評(píng)價(jià)的意義 PAGEREF _Toc341275108 h 62.1.3 安全評(píng)價(jià)的程序 PAGEREF _Toc341275109 h 72.2 城市隧道施工安全評(píng)價(jià)體系 PAGEREF _Toc341275110 h 82.2.1 城市隧道施

14、工的風(fēng)險(xiǎn)分析 PAGEREF _Toc341275111 h 82.2.2 城市隧道施工的安全評(píng)價(jià)體系框架 PAGEREF _Toc341275112 h 92.2.3 城市隧道施工的物質(zhì)系數(shù)確定 PAGEREF _Toc341275113 h 122.2.4城市隧道施工工藝危險(xiǎn)系數(shù)確定 PAGEREF _Toc341275114 h 152.2.5 城市隧道施工安全補(bǔ)償系數(shù)確定 PAGEREF _Toc341275115 h 172.2.6 城市隧道施工綜合評(píng)定指數(shù)的確定及安全分級(jí) PAGEREF _Toc341275116 h 182.3 城市隧道施工安全分級(jí)評(píng)價(jià)體系分析 PAGEREF

15、_Toc341275117 h 182.4 五一路隧道施工安全評(píng)價(jià) PAGEREF _Toc341275118 h 192.4.1 工程概況 PAGEREF _Toc341275119 h 192.4.2 隧道工程地質(zhì)評(píng)價(jià) PAGEREF _Toc341275120 h 202.4.3 隧道施工安全評(píng)價(jià) PAGEREF _Toc341275121 h 212.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc341275122 h 243 五一路下穿重慶日?qǐng)?bào)集團(tuán)隧道段施工安全的數(shù)值模擬 PAGEREF _Toc341275123 h 253.1 ANSYS簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc341275124

16、h 263.2 有限元模型及邊界選取 PAGEREF _Toc341275125 h 263.3 本構(gòu)模型與力學(xué)參數(shù)的選取 PAGEREF _Toc341275126 h 303.4 數(shù)值模擬結(jié)果分析 PAGEREF _Toc341275127 h 333.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc341275128 h 364 隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)研究 PAGEREF _Toc341275129 h 384.1 新奧法簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc341275130 h 384.2 隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控測(cè)量 PAGEREF _Toc341275131 h 404.2.1 現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的目的和意義 PAGEREF

17、 _Toc341275132 h 404.2.2 隧道量測(cè)信息的反饋方法 PAGEREF _Toc341275133 h 414.2.3 監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目及測(cè)點(diǎn)布置 PAGEREF _Toc341275134 h 434.2.4 量測(cè)頻率和量測(cè)時(shí)間 PAGEREF _Toc341275135 h 444.3 五一路隧道現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控測(cè)量 PAGEREF _Toc341275136 h 454.3.1 五一路隧道監(jiān)測(cè)方案 PAGEREF _Toc341275137 h 454.3.2 圍巖失穩(wěn)尖點(diǎn)突變預(yù)測(cè)模型 PAGEREF _Toc341275138 h 484.3.3 五一路隧道監(jiān)控量測(cè)分析 PAGE

18、REF _Toc341275139 h 504.4 五一路隧道量測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬對(duì)比分析 PAGEREF _Toc341275140 h 564.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc341275141 h 575 結(jié)論與展望 PAGEREF _Toc341275142 h 585.1 主要結(jié)論 PAGEREF _Toc341275143 h 585.2 展望 PAGEREF _Toc341275144 h 59致 謝 PAGEREF _Toc341275145 h 60參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc341275146 h 61附 錄 PAGEREF _Toc341275147 h 64A

19、. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文情況 PAGEREF _Toc341275148 h 64B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間的發(fā)明專利情況 PAGEREF _Toc341275149 h 64重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 緒論1 緒論1.1 研究意義及選題依據(jù) 我國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家，山地、丘陵和高原面積約占國(guó)土面積的69%，隨著我國(guó)國(guó)道和高速公路網(wǎng)的迅速建設(shè)，穿山越嶺的公路隧道優(yōu)越性逐漸顯現(xiàn)出來，但其所遇到的各類安全問題也越來越引起人們的重視，其中隧道施工的安全評(píng)價(jià)及其現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控量測(cè)是與公路隧道設(shè)計(jì)和施工密切聯(lián)系的一項(xiàng)極為重要的研究?jī)?nèi)容，也是推動(dòng)隧道向縱深發(fā)展和安全使用的保證，迫切需要深入研究和探索。

20、 大量工程實(shí)踐表明，隨著公路隧道開挖長(zhǎng)度、深度的不斷增加，施工地質(zhì)條件也越來越復(fù)雜，正確分析隧道施工過程中圍巖的穩(wěn)定性、施工開挖方法、開挖順序、支護(hù)方式和時(shí)間長(zhǎng)短與隧道施工的安全狀況有著密切聯(lián)系1。同時(shí)做好施工時(shí)的監(jiān)控量測(cè)也可以及時(shí)的預(yù)報(bào)險(xiǎn)情，并通過監(jiān)控量測(cè)反饋的數(shù)據(jù)為隧道施工的設(shè)計(jì)修改提供依據(jù)和指導(dǎo)隧道現(xiàn)場(chǎng)的施工。隧道施工不同于其他生產(chǎn)形式，兼顧建設(shè)工程施工和礦山生產(chǎn)，具有其自身獨(dú)特的安全生產(chǎn)特點(diǎn)。隧道施工過程中的事故多以地質(zhì)災(zāi)害和常見慣性事故為主，其危險(xiǎn)源和有害因素也有了初步認(rèn)識(shí)，通過選取最佳的安全評(píng)價(jià)模型進(jìn)行施工安全評(píng)價(jià)，可以對(duì)施工安全的認(rèn)識(shí)更系統(tǒng)化、完整化、科學(xué)化，做到及早地對(duì)事故發(fā)生

21、的可能性和危險(xiǎn)、有害因素進(jìn)行辨識(shí)，切斷危險(xiǎn)源，把事故消滅在萌芽之中。同時(shí)通過隧道施工安全評(píng)價(jià)，進(jìn)行安全技術(shù)措施和安全管理的落實(shí)，對(duì)施工員工進(jìn)行安全教育，提高他們的安全意識(shí)，制止和控制勞動(dòng)者的不安全行為，可以讓施工人員更系統(tǒng)全面地了解隧道施工過程中的危險(xiǎn)、有害因素，促使施工企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)從安全管理制度上和管理方法上提出控制對(duì)策，真正做到貫徹落實(shí)“安全第一、預(yù)防為主”的安全生產(chǎn)方針，并最終建立完善的動(dòng)態(tài)的安全管理系統(tǒng)，進(jìn)一步預(yù)防和降低事故的發(fā)生，保證安全生產(chǎn)順利進(jìn)行24。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 隧道施工安全管理 風(fēng)險(xiǎn)管理在1955年左右起源于美國(guó)，經(jīng)過50多年的理論探索和實(shí)踐，現(xiàn)在已被公認(rèn)為

22、一項(xiàng)不可或缺的管理職能，并以此為基礎(chǔ)創(chuàng)建了一門新的管理學(xué)科。1960年左右工程項(xiàng)目管理開始運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)，隨著西方國(guó)家經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，歐洲興建了一大批投資巨大的資源、水電、航天、交通項(xiàng)目，其中復(fù)雜多變的工程項(xiàng)目環(huán)境令工程項(xiàng)目本身面臨著各種不確定因素，從而使項(xiàng)目管理者對(duì)風(fēng)險(xiǎn)管理越來越重視5。通過幾十年的實(shí)踐應(yīng)用和理論研究，對(duì)工程風(fēng)險(xiǎn)管理的概念國(guó)際學(xué)術(shù)界達(dá)成了一致的認(rèn)知，認(rèn)為工程風(fēng)險(xiǎn)管理是系統(tǒng)工程的一個(gè)分支，涉及到了工程管理的各個(gè)更次，比如危險(xiǎn)的識(shí)別、分析、評(píng)估、控制和管理，其旨在于通過對(duì)項(xiàng)目環(huán)境中的不確定因素進(jìn)行研究控制，來控制成本和降低損失6。工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估正隨著產(chǎn)生的各種新評(píng)價(jià)方法向綜合、全面、

23、多維方向發(fā)展來解決怎樣定量地預(yù)測(cè)不確定因素對(duì)工程項(xiàng)目成本造成的影響。 國(guó)外學(xué)者對(duì)于隧道工程的風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)和風(fēng)險(xiǎn)管理方面做了很多研究，比如挪威學(xué)者認(rèn)為：做好風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)的準(zhǔn)備對(duì)縮短工期和控制工程造價(jià)以及對(duì)承包商和業(yè)主雙方都有利。所以，挪威采用一種把時(shí)間當(dāng)量（實(shí)際單位作業(yè)耗時(shí)）作為作業(yè)項(xiàng)目的方法，來降低合同中的風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)際隧道協(xié)會(huì)也開展過隧道工程風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)的研究，并提出了25條建議應(yīng)用于隧道工程中合同風(fēng)險(xiǎn)的分擔(dān)。事實(shí)表明，工程中預(yù)先進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和制定相應(yīng)的控制措施是降低風(fēng)險(xiǎn)的重要手段7?，F(xiàn)在很多國(guó)外隧道和地下工程都從開始的設(shè)計(jì)到施工結(jié)束都進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)管理。在工程啟動(dòng)前先進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，找出所有潛在風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)在招標(biāo)

24、和簽訂合同的各個(gè)階段也加強(qiáng)了風(fēng)險(xiǎn)管理。雖然國(guó)外進(jìn)行了較多的隧道工程風(fēng)險(xiǎn)管理研究，但隧道工程的多樣性和復(fù)雜性決定了它的研究還不夠系統(tǒng)和完善。公路隧道安全評(píng)價(jià)技術(shù)仍然處在不斷的發(fā)展與完善階段，沒有形成統(tǒng)一的、完整的安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，有待進(jìn)一步的探討與研究。在我國(guó)工程風(fēng)險(xiǎn)管理尚未納入工程管理體系，并且在隧道工程風(fēng)險(xiǎn)管理方面的研究也處于相對(duì)滯后狀態(tài)。2004年鐵道部工程管理中心和中鐵西南科學(xué)研究院在野三關(guān)鐵路隧道工程進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估研究中采用了定性和定量相結(jié)合的方法，這在我國(guó)鐵路隧道工程界的發(fā)展中尚屬首次嘗試8。1.2.2 隧道監(jiān)控量測(cè)與信息化施工 隨著力學(xué)理論的不斷進(jìn)展，監(jiān)控量測(cè)于1948年左右開始

25、興起，逐步發(fā)展為一種集預(yù)測(cè)、監(jiān)控、評(píng)價(jià)和修正為一體的設(shè)計(jì)施工方法。1960年以后，以最大限度地不破壞圍巖中應(yīng)力分布為前提，通過在施工過程中密切監(jiān)測(cè)圍巖的應(yīng)力應(yīng)變，并同時(shí)實(shí)施各種支護(hù)措施來控制變形，以期達(dá)到最大限度地利用圍巖本身自承能力的新奧地利施工法開始運(yùn)用到隧道的開挖掘進(jìn)中，作為新奧法核心之一的隧道施工監(jiān)控量測(cè)在美國(guó)、日本以及歐洲等諸多地下工程中獲得了飛速的發(fā)展9。近幾年來，由于量測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)等多種技術(shù)的滲透發(fā)展，地下工程結(jié)構(gòu)體系中的新奧法設(shè)計(jì)和施工有了很大的發(fā)展，其中“信息化設(shè)計(jì)施工方法”被廣泛地普及應(yīng)用，其原理也大大地被擴(kuò)展。“信息化設(shè)計(jì)施工方法”已經(jīng)被許多設(shè)計(jì)、施工方法規(guī)范認(rèn)同，比如

26、歐洲規(guī)范（Eurocode）。國(guó)際隧道協(xié)會(huì)執(zhí)行主席Eisenstein教授在城市隧道的挑戰(zhàn)與進(jìn)展書中認(rèn)為，“信息化方法特別適用于隧道工程”10。Brandl博士（國(guó)際土力學(xué)及巖土工程學(xué)會(huì)（ISSMGE)副主席）曾大力倡導(dǎo)信息化設(shè)計(jì)施工方法，稱之為“解決目前理論與實(shí)際日益脫節(jié)”的有效辦法。 目前日本和歐洲等開始以監(jiān)控量測(cè)及信息化設(shè)計(jì)施工思想為基礎(chǔ)進(jìn)行研制和開發(fā)隧道工程動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并開發(fā)出很多產(chǎn)品，有的已經(jīng)批量化投產(chǎn)11。近段時(shí)間，鑒于通信技術(shù)、信息技術(shù)以及各種獲取信息手段和方法的飛速發(fā)展，特別是設(shè)計(jì)施工體制的改革，都給隧道“信息化設(shè)計(jì)施工”的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了良好的前提12。我國(guó)在隧道工程體系中基本也

27、是按照“信息化設(shè)計(jì)施工”的思想進(jìn)行的設(shè)計(jì)和施工，但因信息傳輸系統(tǒng)的不完善、獲取信息手段發(fā)展的遲緩以及隧道施工環(huán)境和管理體制的限制等諸多原因并未實(shí)現(xiàn)真正意義上的“信息化”。國(guó)內(nèi)西安礦業(yè)學(xué)院的劉懷恒教授在1978年開發(fā)出“巖石力學(xué)平而非線性有限元分析NCAP-2D”；王蘭生教授的課題組設(shè)計(jì)了施工簡(jiǎn)單易且于埋設(shè)的量測(cè)圍巖變形跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TMS),并成功應(yīng)用于川藏公路二郎山隧道工程中；同濟(jì)大學(xué)的朱合華教授于1997年推出了“地下工程施工模擬通用正反分析計(jì)算軟件”；鐵科院發(fā)表了根據(jù)圓形洞室的周邊位移進(jìn)行平而應(yīng)變問題初始應(yīng)力反分析計(jì)算的復(fù)變函數(shù)法；長(zhǎng)安大學(xué)呂康成教授、伍毅敏博士利用激光基準(zhǔn)測(cè)量原理開發(fā)的

28、激光隧道圍巖位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)精度為0.5mm，在浙江杭金衙高速公路上的樊村二號(hào)隧道試用過后效果良好13；東北大學(xué)的劉連峰和王泳嘉開發(fā)了3D離散元軟件TRUDEC，通過動(dòng)態(tài)松弛法來求解力和位移14；能源部成勘院發(fā)表了可考慮松動(dòng)圈影響的彈塑性問題雙介質(zhì)位移反分析數(shù)值計(jì)算法，西安空軍工程學(xué)院發(fā)表了引入數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理的二維彈塑性問題位移法分析計(jì)算的邊界單元法15,16。這些研究不僅促進(jìn)了巖土力學(xué)的發(fā)展，還有利地帶動(dòng)了隧道施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)和信息反饋的發(fā)展。近十年來，針對(duì)公路隧道建設(shè)的現(xiàn)狀和其面對(duì)的各類安全問題，我國(guó)投入的科研經(jīng)費(fèi)量逐年增多，在隧道工程的各類實(shí)際問題上開展詳細(xì)的科學(xué)研究，比如“公路隧

29、道施工技術(shù)規(guī)范編制”、“特長(zhǎng)公路隧道修筑技術(shù)研究”、“公路隧道通風(fēng)技術(shù)研究”、“公路長(zhǎng)大隧道縱向通風(fēng)研究”和“連拱隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究”等等17，在隧道工程的各個(gè)領(lǐng)域取得了針對(duì)性成果，這些研究成果有力地支持了我國(guó)公路隧道的建設(shè)。但我國(guó)對(duì)監(jiān)控量測(cè)和信息化施工的研究還不是很多，監(jiān)控量測(cè)技術(shù)和方法還處于發(fā)展階段，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和認(rèn)識(shí)水平的提高以及對(duì)工程建設(shè)的客觀要求提高，必定會(huì)推動(dòng)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步和提高17。因此，如何及時(shí)、快速地獲取各類信息，如何綜合分析信息以及如何快速地把監(jiān)測(cè)信息反饋給其他各方并立即采取適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)處理突發(fā)事故，如何使信息得到的真實(shí)性得到確保并能切實(shí)有效的應(yīng)用于工程建設(shè)中

30、，是目前隧道施工和監(jiān)控量測(cè)研究急需解決的問題18。1.3 論文的主要研究?jī)?nèi)容與技術(shù)路線1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容 本文以解放碑地下環(huán)道二期工程（五一路隧道工程）為實(shí)際依托工程，采用了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、數(shù)值模擬和選取合適安全評(píng)價(jià)方法等手段，對(duì)五一路的隧道施工進(jìn)行了安全評(píng)價(jià)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)運(yùn)用尖點(diǎn)突變?cè)磉M(jìn)行了分析。論文的主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 綜合采用危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法、層次分析法以及巖石力學(xué)中的巖體穩(wěn)定性分級(jí)方法，給隧道施工安全評(píng)定了一個(gè)通過計(jì)算危險(xiǎn)指數(shù)的安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合五一路隧道施工中的具體情況，確定各個(gè)計(jì)算參數(shù)，對(duì)五一路隧道施工的安全等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

31、 = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 運(yùn)用ANSYS對(duì)五一路隧道工程的重慶日?qǐng)?bào)隧道段進(jìn)行數(shù)值模擬，利用等效剛度法簡(jiǎn)化其荷載施加的計(jì)算方式，分析其施工過程可能對(duì)地表構(gòu)筑物和隧道自身產(chǎn)生的影響。 = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 分析了監(jiān)控量測(cè)在新奧法中的重要性，運(yùn)用由尖點(diǎn)突變?cè)硪约皣鷰r的本構(gòu)關(guān)系導(dǎo)出的圍巖失穩(wěn)的尖點(diǎn)突變預(yù)測(cè)模型，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)圍巖失穩(wěn)進(jìn)行預(yù)判，分析其危險(xiǎn)性。1.3.2 技術(shù)路線 本文的技術(shù)路線簡(jiǎn)要說明如下（圖1.1）： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的最新資料； = 2 * GB3 * MERGEFORMA

32、T 分析資料，根據(jù)研究目標(biāo)制定安全評(píng)價(jià)研究方案，確定方案后對(duì)工程實(shí)況進(jìn)行安全評(píng)價(jià)； = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 進(jìn)行隧道區(qū)工程地質(zhì)條件研究，重點(diǎn)對(duì)隧址的區(qū)域地質(zhì)與區(qū)域穩(wěn)定性、地形地貌條件、地層巖性及工程地質(zhì)巖組、地質(zhì)構(gòu)造及其應(yīng)力場(chǎng)演化、水文地質(zhì)條件等進(jìn)行調(diào)研，來確定本文評(píng)價(jià)所要用到的參數(shù)。以上參數(shù)通過對(duì)五一路隧道的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研以及物探資料獲得； = 4 * GB3 * MERGEFORMAT 針對(duì)五一路隧道的實(shí)際開挖和支護(hù)情況進(jìn)行數(shù)值模擬，評(píng)估其安全穩(wěn)定性； = 5 * GB3 * MERGEFORMAT 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，運(yùn)用尖點(diǎn)突變?cè)矸治鰷y(cè)量數(shù)據(jù)，預(yù)判隧道圍巖的穩(wěn)定性，并與數(shù)

33、值模擬的試驗(yàn)結(jié)果作對(duì)比，驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確度。 = 6 * GB3 * MERGEFORMAT 將有關(guān)研究成果形成文檔，完成學(xué)位論文撰寫。收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的最新資料制定安全評(píng)價(jià)研究方案確定隧道施工安全評(píng)價(jià)所要用到的參數(shù)，進(jìn)行安全評(píng)價(jià)對(duì)隧道的實(shí)際開挖和支護(hù)情況進(jìn)行數(shù)值模擬進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)并分析數(shù)據(jù)后與數(shù)值模擬對(duì)比將有關(guān)研究成果形成文檔，完成學(xué)位論文撰寫圖1.1 論文技術(shù)路線圖Fig.1.1 Technology roadmap重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 城市隧道施工安全評(píng)價(jià)體系研究2 城市隧道施工安全評(píng)價(jià)體系研究城市隧道施工工藝主要包括鉆爆作業(yè)、支護(hù)作業(yè)、渣運(yùn)作業(yè)、仰拱施工、襯砌、防水層施工等，

34、對(duì)城市隧道施工安全的評(píng)價(jià)是對(duì)施工過程中安全程度的評(píng)價(jià)，通過對(duì)施工過程中存在的危險(xiǎn)進(jìn)行定性和定量的分析，反映出隧道施工的安全狀況和安全管理水平，為施工方?jīng)Q策提供依據(jù)。安全評(píng)價(jià)的技術(shù)很多且各有特色，運(yùn)用安全評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)隧道施工的安全生產(chǎn)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，應(yīng)根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象、評(píng)價(jià)目的的不同而合理的選用相應(yīng)評(píng)價(jià)方法。目前對(duì)于隧道施工安全評(píng)價(jià)的方法很多，比如模糊綜合評(píng)價(jià)法、PNN或者BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊層次分析法等，這些方法都能比較真實(shí)地體現(xiàn)出隧道施工中的各類安全問題所占的比重，哪些安全隱患應(yīng)該更加重視，但缺乏一個(gè)對(duì)于隧道施工的整體安全指標(biāo)，不能夠明確評(píng)價(jià)某一隧道的施工安全的級(jí)別，從而采取相應(yīng)的措施。本文綜合采用

35、危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法、層次分析法以及巖石力學(xué)中的巖體穩(wěn)定性分級(jí)方法，給隧道施工安全評(píng)定了一個(gè)通過計(jì)算危險(xiǎn)指數(shù)的安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。2.1 安全評(píng)價(jià)安全評(píng)價(jià)（safety assessment）也稱危險(xiǎn)評(píng)價(jià)或風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（risk assessment），是應(yīng)用安全系統(tǒng)工程的原理和方法，對(duì)系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)因素、有害因素進(jìn)行辨識(shí)和分析，判斷系統(tǒng)發(fā)生事故和職業(yè)危害的可能性及其嚴(yán)重程度和可能造成的損失進(jìn)行調(diào)查研究和分析論證，從而為評(píng)估系統(tǒng)的整體安全性及為制定防范措施和管理決策提供科學(xué)依據(jù)，以尋求最低事故率、最少的損失和最優(yōu)的安全投資效益。2.1.1 安全評(píng)價(jià)的內(nèi)容安全評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容一般分為4個(gè)方面：危險(xiǎn)的識(shí)別、危險(xiǎn)的定

36、量化、定量化的危險(xiǎn)與基準(zhǔn)值的比較、控制危險(xiǎn)措施的提出。危險(xiǎn)的識(shí)別是分析研究對(duì)象存在的各種危險(xiǎn)，危險(xiǎn)的定量是研究確定這些危險(xiǎn)發(fā)生的頻率以及可能造成的后果。定量化的危險(xiǎn)與基準(zhǔn)值的比較是將這些風(fēng)險(xiǎn)與預(yù)定的風(fēng)險(xiǎn)值相比較，判斷是否可以接受；最后根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)能否被接受而提出降低、排除、轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)的決策。2.1.2 安全評(píng)價(jià)的意義安全評(píng)價(jià)的目的是查找、分析和預(yù)測(cè)工程、系統(tǒng)中存在的危險(xiǎn)、有害因素及危險(xiǎn)的程度，提出合理可行的安全對(duì)策措施，指導(dǎo)危險(xiǎn)源監(jiān)控和事故預(yù)防，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。安全評(píng)價(jià)是安全生產(chǎn)管理的重要組成部分，其作用主要有：有助于政府安全監(jiān)督管理部門對(duì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位的安全生產(chǎn)實(shí)行宏觀控制；有助于提高生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位的安

37、全管理水平；有助于安全投資的合理選擇；有助于生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位提高經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。2.1.3 安全評(píng)價(jià)的程序安全評(píng)價(jià)程序如圖2.1所示，主要包括：準(zhǔn)備階段，危險(xiǎn)、有害因素辨識(shí)與分析，定性、定量評(píng)價(jià)，提出安全對(duì)策措施，形成安全評(píng)價(jià)結(jié)論及建議，編制安全評(píng)價(jià)報(bào)告。安全評(píng)價(jià)準(zhǔn)備危險(xiǎn)辨識(shí)定性、定量評(píng)價(jià)安全對(duì)策措施結(jié)論及建議編制報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)勘察、資料收集危險(xiǎn)有害因素辨識(shí)和分析危險(xiǎn)源辨識(shí)事故單元?jiǎng)澐衷u(píng)價(jià)方法的選擇、確定定性、定量評(píng)價(jià)危險(xiǎn)分級(jí)安全對(duì)策措施應(yīng)急預(yù)案做出評(píng)價(jià)結(jié)論影響因素、事故機(jī)制發(fā)生的可能性圖2.1安全評(píng)價(jià)程序圖Fig.2.1 Safety Assessment Procedures 準(zhǔn)備階段。明確被評(píng)

38、價(jià)對(duì)象和范圍，收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及工程、系統(tǒng)的技術(shù)資料。危險(xiǎn)、有害因素辨識(shí)與分析。根據(jù)被評(píng)價(jià)的工程、系統(tǒng)的情況，辨識(shí)和分析危險(xiǎn)、有害因素，確定危險(xiǎn)、有害因素存在的部位、存在的方式、事故發(fā)生的途徑及其變化規(guī)律。定性、定量評(píng)價(jià)。在危險(xiǎn)、有害因素辨識(shí)和分析的基礎(chǔ)上，劃分評(píng)價(jià)單元，選擇合理的評(píng)價(jià)方法，對(duì)工程、系統(tǒng)發(fā)生事故的可能性和嚴(yán)重程度進(jìn)行定性、定量評(píng)價(jià)。提出安全對(duì)策措施。根據(jù)定性、定量評(píng)價(jià)的結(jié)果，提出消除或減弱危險(xiǎn)、有害因素的技術(shù)措施、管理措施及建議。安全評(píng)價(jià)結(jié)論及建議。簡(jiǎn)要地列出主要危險(xiǎn)、有害因素的評(píng)價(jià)結(jié)果，指出工程、系統(tǒng)應(yīng)重點(diǎn)防范的重大危險(xiǎn)因素，明確生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者應(yīng)重視的重要安全措施

39、。編制安全評(píng)價(jià)報(bào)告。依據(jù)安全評(píng)價(jià)的結(jié)果編制相應(yīng)的安全評(píng)價(jià)報(bào)告19。2.2 城市隧道施工安全評(píng)價(jià)體系2.2.1 城市隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)分析隧道施工不同于其他工程，主要體現(xiàn)在其環(huán)境復(fù)雜性、工程動(dòng)態(tài)性和時(shí)效性，即工程開挖自始至終處于復(fù)雜的動(dòng)態(tài)開挖及施工擾動(dòng)中。從隧道施工生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)整體來講，施工風(fēng)險(xiǎn)主要來自以下兩個(gè)方面：客觀因素在隧道爆破掘進(jìn)后，是否及時(shí)對(duì)圍巖進(jìn)行初級(jí)支護(hù)是直接影響圍巖穩(wěn)定性的一個(gè)方面。另外由于不同的圍巖類別和不同的施工方法，在遇到特殊地質(zhì)（如斷層破碎帶、流沙、膨脹性圍巖、黃土、巖爆、巖溶等）的情況下便很難保證圍巖的穩(wěn)定性，尤其在強(qiáng)大的地應(yīng)力作用下，會(huì)導(dǎo)致片幫、冒頂、底鼓以及支護(hù)襯砌的變

40、形甚至塌方。隨著隧道隧洞施工的不斷縱向深入，作業(yè)場(chǎng)所在時(shí)間和空間上經(jīng)常發(fā)生變化，隧洞的環(huán)境條件也隨之不斷改變和惡化。主要表現(xiàn)在灰塵和噪聲污染，工作空間狹?。ㄊ┕ぴO(shè)備和機(jī)械不但占用空間，而且各種施工活動(dòng)還要在這樣的空間內(nèi)進(jìn)行交叉作業(yè)），工作照明強(qiáng)度不夠造成的視覺誤差，以及一些高溫和高濕度的危害，這樣不但易發(fā)生事故，還會(huì)導(dǎo)致職業(yè)病，另外隧道內(nèi)的一些多發(fā)性事故（物體打擊、墜落傷害、車輛傷害等）也會(huì)給職工帶來一定的精神壓抑。隧道的施工環(huán)境是一個(gè)惡劣多變的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，因此在隧道施工中惡劣的環(huán)境條件以及多變的固有屬性是引起隧道施工事故多發(fā)的潛在客觀危險(xiǎn)因素20。主觀因素人為地控制施工生產(chǎn)系統(tǒng)中的危險(xiǎn)源是利用

41、工程技術(shù)和管理手段消除、控制危險(xiǎn)源，防止危險(xiǎn)源導(dǎo)致事故、造成人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失的工作。危險(xiǎn)源控制的基本理論依據(jù)是能量意外釋放理論，而控制危險(xiǎn)源主要是通過工程技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)。危險(xiǎn)源控制技術(shù)包括防止事故發(fā)生的安全技術(shù)和減少或避免事故損失的安全技術(shù)。前者在于約束、限制系統(tǒng)中的能量，防止發(fā)生意外的能量釋放；后者在于避免或減輕意外釋放的能量對(duì)人或物的作用。也就是說危險(xiǎn)源的控制是通過人為的管理，在隧道施工這個(gè)人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)中，人是主要的，但同時(shí)是脆弱的。由于隧道中作業(yè)環(huán)境差，工作空間狹小，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工資水平又不太高，這樣就難以吸收穩(wěn)定的、具有較高文化和較高素質(zhì)的工人在隧道施工企業(yè)長(zhǎng)期工作。從事隧道施工的人

42、員大多是分包企業(yè)招收的農(nóng)民工、合同工和臨時(shí)工，這些工人總體文化素質(zhì)偏低，一旦發(fā)生事故，往往驚慌失措，避災(zāi)能力薄弱，在很多情況下難以自救，甚至有可能造成二次事故。這樣的施工隊(duì)伍較難形成良好的安全文化氛圍，給隧道施工安全工作帶來重大安全隱患，是隧道施工事故多發(fā)的重要主觀因素20、21。2.2.2 城市隧道施工的安全評(píng)價(jià)體系框架危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法以物質(zhì)系數(shù)法為基礎(chǔ)，用危險(xiǎn)指數(shù)作為衡量系統(tǒng)安全的標(biāo)準(zhǔn)。它從安全角度出發(fā)，對(duì)所要分析的問題，確定其工藝及操作有關(guān)危險(xiǎn)性，通過對(duì)工藝屬性進(jìn)行分析比較計(jì)算，進(jìn)而確定哪一個(gè)區(qū)域的相對(duì)危險(xiǎn)性較大，對(duì)重點(diǎn)關(guān)鍵的區(qū)域單元進(jìn)行進(jìn)一步的安全評(píng)價(jià)補(bǔ)償。危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法主要包括危險(xiǎn)度評(píng)

43、價(jià)法，DOW火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法，ICI蒙德法，化工廠危險(xiǎn)度分級(jí)等，即可進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，又可定性評(píng)價(jià)，其工程評(píng)價(jià)內(nèi)容和地下開挖工程有較多的共性。以DOW法為例，建立在對(duì)火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上的DOW法，其評(píng)價(jià)體系較為完備和科學(xué)，且它的工程背景和隧道施工有諸多相似之處，如危險(xiǎn)源的影響因素和影響方式等，一旦發(fā)生事故，二者都會(huì)對(duì)人員設(shè)備形成較大破壞。危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法用于城市隧道施工的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，在考慮主要事故致因因素和安全措施補(bǔ)償系數(shù)的基礎(chǔ)上，以工程經(jīng)驗(yàn)和檢測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合確定其定量分級(jí)方法?？蓪?duì)每一個(gè)影響因素?fù)?jù)其對(duì)安全性影響的大小，按一定的程序確定一個(gè)值；再按各因素的重要程度，用層次分析法或經(jīng)驗(yàn)確

44、定影響系數(shù)；最后得到危險(xiǎn)性綜合指數(shù)和安全分級(jí)等級(jí)。安全評(píng)價(jià)的流程框圖如圖2.2所示2228。選取城市隧道施工工藝單元確定城市隧道施工的物質(zhì)系數(shù)（MF）計(jì)算一般工藝危險(xiǎn)系數(shù)（F1）計(jì)算特殊工藝危險(xiǎn)系數(shù)（F2）確定工藝單元危險(xiǎn)系數(shù)（F3）確定城市隧道施工的固有危險(xiǎn)指數(shù)F3(MF)確定安全補(bǔ)償系數(shù)（S）確定城市隧道施工的危險(xiǎn)指數(shù)（D）確定城市隧道施工安全等級(jí)圖2.2 城市隧道施工安全等級(jí)劃分程序圖Fig.2.2 The safety classification procedures of City tunnel construction 選取城市隧道施工工藝單元。城市隧道施工工藝單元是整體隧道生產(chǎn)

45、系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)立部分，其中包括隧道施工的方法以及可能遇到的安全問題等。 確定城市隧道施工的物質(zhì)系數(shù)MF。城市隧道施工安全的物質(zhì)系數(shù)是隧道穩(wěn)定與否的內(nèi)在因素，數(shù)值越大，表示危險(xiǎn)度越高。影響此物質(zhì)系數(shù)的主要因素有隧道圍巖的工程地質(zhì)和水文特征，包括巖石性質(zhì)、巖體性質(zhì)、原巖應(yīng)力、結(jié)構(gòu)面特征、含斷層破碎帶及其充填物膠結(jié)狀況、巖體滲透性、張性節(jié)理/滲水節(jié)理發(fā)育程度、節(jié)理連通性及與地下水的水力聯(lián)系等。由于這些因素不能真正反映巖體對(duì)工程影響的本質(zhì)特性，也不能用于表達(dá)工程的危險(xiǎn)等級(jí)，這里采用能反映開挖巖體綜合特性的圍巖分級(jí)及便于檢測(cè)、判定的已有研究成果為影響因素，如巖體的變形模量、彈性模量和巖體波速來進(jìn)行判別。在

46、道化學(xué)火災(zāi)、爆炸指數(shù)評(píng)價(jià)法第七版中給出了物質(zhì)系數(shù)的取法（如表2.1所示），我們可以參照其思路給城市隧道施工的物質(zhì)系數(shù)賦值。表2.1道化學(xué)火災(zāi)、爆炸指數(shù)評(píng)價(jià)法第七版物質(zhì)系數(shù)取值表Table 2.1 The material factor value table of Dow Fire Index V7.0物 質(zhì)NFPA325M/NFPA49反應(yīng)性或不穩(wěn)定性NR=0NR=1NR=2NR=3NR=4液體、氣體的易燃性或可燃性不燃物NF=0114242940FP93.3NF=141424294037.8FP93.3NF=2101424294022.8FP37.8或FP22.8并且BP37.8NF=31

47、014242940FP22.8并且BP300m/s)2424242940可燃性固體厚度大于40mm緊密的NF=1414242940厚度小于40mm疏松的NF=21014242940泡沫材料、纖維、粉狀物等NF=31616242940確定工藝單元危險(xiǎn)系數(shù)F3。工藝單元危險(xiǎn)系數(shù)F3包括一般工藝危險(xiǎn)系數(shù)F1和特殊工藝危險(xiǎn)系數(shù)F2，其中F3= F1F2。一般工藝危險(xiǎn)是確定事故損害大小的主要因素之一，特殊工藝危險(xiǎn)是影響事故發(fā)生概率的主要因素，特定的工藝是導(dǎo)致施工過程中事故的主要原因。計(jì)算城市隧道開挖的固有危險(xiǎn)指數(shù)MF F3。確定安全補(bǔ)償系數(shù)S。對(duì)于隧道工程而言，一般會(huì)選擇一些措施來控制單元危險(xiǎn)性。根據(jù)不

48、同的支護(hù)等級(jí)確定支護(hù)安全補(bǔ)償系數(shù)S1。在隧道施工中，施工人員的安全態(tài)度、安全培訓(xùn)程度、安全檢測(cè)質(zhì)量和安全管理也是一個(gè)影響施工安全的重要因素，將三者作為安全管理綜合考慮，根據(jù)企業(yè)對(duì)安全的重視程度相應(yīng)的采取補(bǔ)償系數(shù)S2。確定城市隧道開挖的危險(xiǎn)指數(shù)D及對(duì)城市隧道施工安全分級(jí)。通過危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)法計(jì)算出隧道施工過程中的事故可能造成的破壞危險(xiǎn)指數(shù)D=（MF）F3S1S2，再根據(jù)計(jì)算的結(jié)果對(duì)其安全等級(jí)進(jìn)行評(píng)定。2.2.3 城市隧道施工的物質(zhì)系數(shù)確定城市隧道施工安全的物質(zhì)系數(shù)是隧道穩(wěn)定與否的內(nèi)在因素，數(shù)值越大，表示危險(xiǎn)度越高。影響此物質(zhì)系數(shù)的主要因素有隧道圍巖的工程地質(zhì)和水文特征，包括巖石性質(zhì)、巖體性質(zhì)、原巖

49、應(yīng)力、結(jié)構(gòu)面特征、含斷層破碎帶及其充填物膠結(jié)狀況、巖體滲透性、張性節(jié)理/滲水節(jié)理發(fā)育程度、節(jié)理連通性及與地下水的水力聯(lián)系等。由于這些因素不能真正反映巖體對(duì)工程影響的本質(zhì)特性，也不能用于表達(dá)工程的危險(xiǎn)等級(jí)，這里采用能反映開挖巖體綜合特性的圍巖分級(jí)及便于檢測(cè)、判定的研究成果為影響因素，如巖體的變形模量、彈性模量和巖體波速來進(jìn)行判別，結(jié)果如表2.2所示。表2.2 物質(zhì)系數(shù)MF取值確定表Table 2.2 The material factor value table 圍巖巖體變形模量圍巖彈性縱波速度分級(jí)危險(xiǎn)性取值A(chǔ)1影響系數(shù)取值/GPa危險(xiǎn)性取值A(chǔ)2影響系數(shù)波速/（kms-1）危險(xiǎn)性取值A(chǔ)3影響系數(shù)

50、 = 1 * ROMAN I12K11812K24.512K3 = 2 * ROMAN II231518233.54.523 = 3 * ROMAN III351315352.54.035 = 4 * ROMAN IV57813571.53.057 = 5 * ROMAN V7938791.02.079 = 6 * ROMAN VI91039100 ，（2） aij=1/ aji，（3） aii=1。其中標(biāo)度（aij）的含義：Ai比Aj時(shí)由決策者回答表2.3問題所得表2.3 標(biāo)度（aij）取值表Table 2.3 The scale (aij) value table1表示兩個(gè)元素相比較，具有

51、同樣重要性3表示兩個(gè)元素相比較，一個(gè)元素比另一個(gè)元素稍微重要5表示兩個(gè)元素相比較，一個(gè)元素比另一個(gè)元素明顯重要7表示兩個(gè)元素相比較，一個(gè)元素比另一個(gè)元素強(qiáng)烈重要9表示兩個(gè)元素相比較，一個(gè)元素比另一個(gè)元素極端重要2,4,6,8表示兩個(gè)相鄰元素判斷的中間值計(jì)算權(quán)向量并做一致性檢驗(yàn)。對(duì)于每一個(gè)比較判斷矩陣計(jì)算最大特征根及對(duì)應(yīng)特征向量，利用一致性指標(biāo)、隨機(jī)一致性指標(biāo)和一致性比率做一致性檢驗(yàn)。若檢驗(yàn)通過，特征向量（歸一化后）即為權(quán)向量；若不通過，需重新構(gòu)造比較判斷矩陣。其中一致性指標(biāo),n為判斷矩陣的階數(shù)；隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I.是多次重復(fù)進(jìn)行隨機(jī)判斷矩陣特征值的計(jì)算后取算術(shù)平均數(shù)得到的，下表給出115維矩

52、陣重復(fù)計(jì)算1000次的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)：123456789101112131415000.520.891.121.261.361.411.461.491.521.541.561.581.59一致性比率:，當(dāng)C.R.6013K5減速12K6513K7CRD354560365936CD47304568等速2691568臺(tái)階7815810全斷面810加速610F1=K4B1+K5B2+K6B3+K7B4 (2.2)城市隧道施工中影響特殊工藝危險(xiǎn)系數(shù)的因素有開挖形狀與地應(yīng)力系數(shù)，爆破引起的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，施工通風(fēng)。隧道開挖形狀與地應(yīng)力系數(shù)的比值=m/，形狀系數(shù)m=b/a,其中a,b分別為開挖斷面水平長(zhǎng)

53、度和垂直長(zhǎng)度；地應(yīng)力系數(shù)=q/p,其中p,q分別為隧址圍巖的垂直和水平應(yīng)力。隧道開挖施工過程中的鉆爆作業(yè)引起的爆破作用對(duì)構(gòu)筑物產(chǎn)生明顯影響，爆破對(duì)構(gòu)筑物的破壞主要以引起質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)和沖擊波超壓破壞為主，爆破作用的危險(xiǎn)性取值參考爆破安全規(guī)程（GB6722-2003）所規(guī)定的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)和超壓允許范圍及對(duì)工程的破壞程度來確定?？梢酝ㄟ^爆破振動(dòng)儀測(cè)量爆破引起的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，所用爆破振動(dòng)儀如圖2.3所示。圖2.3 爆破振動(dòng)儀Fig.2.3 Blasting vibration analyzer城市隧道基本處于封閉狀態(tài)，在施工開挖過程中會(huì)產(chǎn)生大量煙塵，并可能遇到含有瓦斯賦存的地質(zhì)條件，如果通風(fēng)狀況很差，會(huì)對(duì)工人

54、健康造成影響導(dǎo)致塵肺病等疾病，甚至是瓦斯或粉塵爆炸。以隧道施工過程中的通風(fēng)狀態(tài)良好、一般、很差和無通風(fēng)措施對(duì)隧道施工的安全進(jìn)行劃分，若是后兩者情況，應(yīng)及時(shí)采取整改措施。表2.5給出了隧道施工過程中特殊工藝的各個(gè)影響因素的危險(xiǎn)值及影響系數(shù)的取值：表2.5 特殊工藝危險(xiǎn)系數(shù)F2取值確定表Table 2.5 The risk factor of Special process（F2) value table 開挖形狀與地應(yīng)力系數(shù)爆破引起的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度施工通風(fēng)取值危險(xiǎn)性取值C1影響系數(shù)取值/（cms-1）危險(xiǎn)性取值C2影響系數(shù)通風(fēng)狀態(tài)危險(xiǎn)性取值C3影響系數(shù)1.012K831012K9良好12K101.

55、11.524102024一般231.62.046203046較差362.04.068304068無通風(fēng)6104.081040810F2=K8C1+K9C2+K10C3 (2.3)以上一般工藝和特殊工藝的危險(xiǎn)性影響系數(shù)都可以通過層次分析法求出，再由城市隧道工藝單元危險(xiǎn)系數(shù)F3用一般工藝危險(xiǎn)系數(shù)F1和特殊工藝危險(xiǎn)系數(shù)F2來表示，即F3=F1F2 (2.4)2.2.5 城市隧道施工安全補(bǔ)償系數(shù)確定對(duì)于城市隧道工程而言，一般會(huì)采取一些措施來控制單元危險(xiǎn)性。常用的主動(dòng)或被動(dòng)支護(hù)措施有：噴混泥土支護(hù)、噴網(wǎng)支護(hù)、噴錨網(wǎng)支護(hù)、噴錨網(wǎng)+鋼支撐支護(hù)（格柵支撐）、混凝土襯砌、注漿支護(hù)、復(fù)合式襯砌（初期支護(hù)+防水層+

56、二次襯砌）等。根據(jù)上述不同的支護(hù)等級(jí)，確定支護(hù)安全補(bǔ)償系數(shù)S1如表2.6。表2.6安全補(bǔ)償系數(shù)表Table 2.6 Compensation factors of safety支護(hù)方式 安全補(bǔ)償系數(shù)S1 分類 安全補(bǔ)償系數(shù)S2復(fù)合襯砌+注漿 0.900.92 非常好 0.950.97復(fù)合襯砌 0.920.93 較好 0.960.98二次支護(hù) 0.930.94 好 0.970.99噴錨網(wǎng)+鋼支撐 0.940.95 一般 0.981.00噴網(wǎng)支護(hù) 0.950.96 較差 0.991.10噴混凝土 0.960.97 差 1.101.20錨桿 0.970.98 很差 1.201.30隧道施工中，施工人

57、員的安全態(tài)度、安全培訓(xùn)程度、安全檢測(cè)質(zhì)量和安全管理也是影響施工安全的重要因素，將三者作為安全管理綜合考慮，可根據(jù)企業(yè)對(duì)安全的重視程度相應(yīng)地采取補(bǔ)償系數(shù)S2，如表2.6，取0.951.30。2.2.6 城市隧道施工綜合評(píng)定指數(shù)的確定及安全分級(jí)通過以上計(jì)算，參照危險(xiǎn)指數(shù)安全評(píng)價(jià)法中的道化學(xué)公司的計(jì)算方法，綜合城市隧道施工的物質(zhì)系數(shù)、一般工藝危險(xiǎn)系數(shù)、特殊工藝危險(xiǎn)系數(shù)，得到用于估計(jì)施工過程中的事故可能造成的破壞的危險(xiǎn)指數(shù):D=（MF）F3S1S2 (2.5)結(jié)合礦山與尾礦庫的安全評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)，參考巖石力學(xué)中的巖體穩(wěn)定性分級(jí)方法，再根據(jù)以上分析計(jì)算，得到城市隧道施工的安全分級(jí)，如表2.7所示，表中將安全等

58、級(jí)定為6個(gè)等級(jí)，可滿足一般城市隧道施工評(píng)價(jià)的要求。表2.7 隧道施工安全分級(jí)Table 2.7 Safety gradation for tunnel construction D 安全等級(jí)150 I級(jí)(安全)150275 II級(jí)(較安全)275400 III級(jí)(基本安全)400525 IV級(jí)(一般)525650 V級(jí)(較危險(xiǎn))650 VI 級(jí)(危險(xiǎn))2.3 城市隧道施工安全分級(jí)評(píng)價(jià)體系分析本隧道安全分級(jí)評(píng)價(jià)模式是基于危險(xiǎn)指數(shù)法，綜合運(yùn)用層次分析法并借鑒巖體力學(xué)中的巖石分級(jí)體系將隧道施工安全等級(jí)劃分為6個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)代表不同的安全程度，通過對(duì)隧道施工的物質(zhì)系數(shù)MF的確立，并計(jì)算出城市隧道施工

59、的工藝危險(xiǎn)系數(shù)F3（一般工藝危險(xiǎn)系數(shù)F1和特殊工藝危險(xiǎn)系數(shù)F2表示）和安全補(bǔ)償系數(shù)S1、S2，最后得出城市隧道施工的危險(xiǎn)指數(shù)D，通過與表2.7中的數(shù)值比較，確定隧道施工的安全等級(jí)，如果屬于前三級(jí)，則屬于安全范疇內(nèi)，在注意好防范措施和保持安全意識(shí)的前提下可以正常施工；屬于第四級(jí)時(shí)則要加強(qiáng)安全整頓，從技術(shù)和管理上做到有效提升，將安全等級(jí)上升到安全范疇內(nèi)；如果屬于五或六級(jí)，則屬于危險(xiǎn)范疇，必要時(shí)需要停工整頓，將危險(xiǎn)源和隱患排除，將安全等級(jí)提升上去后才能恢復(fù)施工。目前對(duì)于城市隧道施工的安全評(píng)價(jià)模式有很多種，大多數(shù)都是基于層次分析法和模糊矩陣法進(jìn)行的安全評(píng)價(jià)，偏重于安全管理方面，其中權(quán)重的取值主要依賴于

60、專家評(píng)分法，然后通過對(duì)隧道施工的綜合安全狀況求權(quán)重，根據(jù)最大權(quán)重原則來判斷隧道施工的安全狀況。其量化力度和分析力度明顯不夠，而且計(jì)算繁瑣，不容易辨別出主要危險(xiǎn)源和主要安全隱患。本隧道安全分級(jí)評(píng)價(jià)模式給出了各種確定的參考指標(biāo)，不僅包括了主觀的安全管理方面，還重點(diǎn)分析了隧道自身的各種屬性，比如最小頂板厚度、開挖斷面和圍巖穩(wěn)定性的變形速率比值以及開挖最大跨度等。這種評(píng)價(jià)模式的權(quán)重取值不僅可以依靠專家評(píng)分法，還可以利用數(shù)值分析，實(shí)地的監(jiān)控量測(cè)等方法來獲取，能更加全面真實(shí)地反映出隧道施工的安全情況，有利于更真實(shí)地對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。在計(jì)算出評(píng)價(jià)結(jié)果后還可以根據(jù)它的安全等級(jí)制定不同的整改措施，提高它的安全程