盾构隧道运营期渗漏水风险评价与管理

发布时间：2020-08-10 16:56

【摘要】：随着经济的发展与人口增长,我国的轨道交通迎来了飞速的发展,而由于盾构隧道特殊构造特点与复杂的赋存环境,在隧道的运营期内,病害多发。渗漏水病害作为最常见的病害之一,不仅能直接导致地铁电路破坏、列车停运,也是加剧其他类型隧道病害的致险因子,严重威胁隧道的安全运营。因此对运营期内的盾构隧道渗漏水进行风险评价与管理,对保证地铁隧道的安全运营具有重要意义。基于隧道渗漏水的致险机理分析,构建渗漏水风险评价三级指标体系,其中包括4个二级指标、11个三级指标。针对渗漏水风险体系复杂、非线性关系的特点,提出基于贝叶斯、Copula理论的运营隧道渗漏水风险空间相依性评价Pair-Copula贝叶斯网络(PCBN)模型,并将其应用于武汉地铁三号线王宗区间隧道;获取隧道不同空间分布的多个监测点三级指标实测值,确定表征三级指标实测值空间分布规律的最优边缘分布和相关系数,构建并验证PCBN模型,通过计算确定隧道的渗漏水风险状态为基本安全;对三级指标进行空间相关性分析,确定封垫破损及老化率、螺栓失效率是对本隧道渗漏水影响较大的指标,将其作为关键指标,据此可针对性提出降低渗漏水风险的决策建议。王宗区间中渗漏水风险高发的空推段,具有小样本数据和多源信息的特点,提出基于支持向量机(SVM)、DS理论的渗漏水风险评价方法,基于监测数据集利用SVM获取测试集二级风险指标的基本概率分配(BPA),并进行DS融合确定测试集各个监测点的渗漏水风险状态;针对评价结果中渗漏水风险较高的监测点,制定降低渗漏水风险的措施;并将其作为目标监测点加强监测,获取三级指标时间序列监测值,探究风险控制措施的有效性,提出基于SVM、云模型与DS理论的渗漏水风险时间相依性预测方法;同样基于小样本数据,利用SVM进行时间相关性分析,获得三级指标实测值时间演化规律,从而进行时间序列预测得到三级指标预测值,并采用云模型解决预测值模糊不确定性,获取三级指标BPA后进行DS融合,预测目标监测点渗漏水风险等级和趋势,确定在控制措施作用下,目标监测点的渗漏水风险随着时间演化不断降低,验证控制措施的有效性,为隧道渗漏水风险管理提供经验。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U457.2
【图文】：

分布情况,云模型,数值特征,云滴

定量论域 1 2, , ,mU x x x，定义iC 为 U 的一个对象的一个值，也同时为的一个随机的实现，，在云模型中称这种贡献为确定度，并用随机数[56]。 : U [0,1] x U x ( x)为在上的分布情况用云(Cloud)表示，由i 个 x个云滴，故上共有个云滴。通过期望 ( Ex)、熵 (En )与超熵 ( He)3 个数字特为个云滴在这个云上分布情况的期望，熵（不确定性，其大小主要受本身的随机性与模糊称作云模型中熵（）的熵，即被用于衡量熵（确定性的大小。

平面图,监测区,平面图

图 3- 2 监测区间平面图由于跨江段的渗漏水发生机率较高，故本文的研究范围选自跨江段右线王宗区间设计起点里程右 DK9+696.728 起，向宗关方向延伸 320m 左右，如图 3-2 所示。该区间盾构地铁设计为两条内径为 6.2 m 的双线隧道，左右线的线间距为 14～19 m，隧道埋深 15～42 m。其中 DK9+600 ～DK9+630 和 DK9+840 ~ DK9+920 为纯盾构法施工，长 30m；DK9+630~DK9+840 为矿山法开挖+锚喷初支+管片衬砌的复合施工方法施工，长 210m。为对武汉市轨道交通三号线工程的跨江段隧道运营期间的渗漏水病害情况进行评估，以进行更好的风险管理，本研究在该区段设置了 100 个监测点，本文的监测区间平面图如图 3- 2 所示。并获取了 100 组的监测数据，如表 3-2 所示。表 3- 2 王宗区间监测数据监测点指标监测值1 2 3 … 99 100接缝宽度/mm（V1） 1.92 2.48 2.70 … 3.73 1.20管片错台量/mm（V2） 3.98 4.61 3.28 … 7.24 6.20

设计图,渗漏水,病害,设计图

3.2 PCBN 模型设计1、PCBN模型的贝叶斯网络结构设计PCBN模型设计是构建PCBN模型的重要步骤，其主要作用是模拟渗漏水风险，从而进行渗漏水风险评价与管理。其主要思路是结合专家经验初步确定风险系风险指标间的经验相关关系，通过实测数据对于经验相关关系进行检验，剔除不相关性的经验相关关系，从而在保证风险系统全面性的同时简化风险系统。主要以下几个部分：（1）渗漏水风险系统DAG结构初步构建依据 2.2.2 中识别出的 11 个致险因子作为贝叶斯网络 DAG 图的 11 个节点， 2.2.1 中的渗漏水病害发展机理、专家经验和相关文献资料，确定各个风险指标经验相关关系并用节点间的有向箭头表示，初步构建出渗漏水风险评价的贝叶络结构图如下图 3- 3 所示。

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