基于模糊證據(jù)推理的TBM隧洞施工安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

滕海波　陳紫涵　張妍等

關(guān)鍵詞：ＴＢＭ；隧洞施工安全；權(quán)重；風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

中圖分類號：ＴＶ６２；ＴＶ８８２．１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０１．０２３

引用格式：滕海波，陳紫涵，張妍，等．基于模糊證據(jù)推理的ＴＢＭ 隧洞施工安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（１）：１３２－１３８．

硬巖掘進(jìn)機(jī)（Ｔｕｎｎｅｌ Ｂｏｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ，ＴＢＭ）是集機(jī)械、電器、液壓、導(dǎo)向、傳感和信息技術(shù)于一體的現(xiàn)代隧洞施工大型專用配套設(shè)備，自２０ 世紀(jì)５０ 年代以來在隧洞施工行業(yè)大量使用，與傳統(tǒng)的鉆爆法相比ＴＢＭ 具有高效、快速、優(yōu)質(zhì)和安全等特點(diǎn)［１］ 。由于跨流域調(diào)水工程涉及的地質(zhì)條件復(fù)雜多變以及我國ＴＢＭ 施工技術(shù)的局限性，ＴＢＭ 隧洞施工安全問題突出［２］ ，因此進(jìn)行ＴＢＭ 隧洞施工安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與控制具有重要的理論與實(shí)踐意義。

眾多學(xué)者開展了ＴＢＭ 施工風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)研究。Ｅｉｎｓｔｅｉｎ［３］ 提出了一種計(jì)算隧洞施工成本、時(shí)間等的隧道施工決策輔助系統(tǒng)（ＤＡＴ）；趙延喜等［４］ 在研究ＴＢＭ施工風(fēng)險(xiǎn)層次性的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了二級模糊綜合評價(jià)模型；黃培志［５］ 提出了基于熵權(quán)的ＴＢＭ 施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法，并以新疆某引水隧洞工程為例探討了主要地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對措施。

傳統(tǒng)的綜合風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法主要包括貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法［６］ 、層次分析法［７］ 、模糊綜合評價(jià)法［８］ 、云模型法［９］ 、ＴＯＰＳＩＳ 法［１０］ 等。模糊證據(jù)推理是基于Ｄ－Ｓ 證據(jù)理論處理不確定信息的證據(jù)融合方法［１１－１２］ 。姜江等［１３］ 采用模糊證據(jù)推理技術(shù)，提出了基于模糊證據(jù)推理的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析與評價(jià)方法的具體算法與處理操作流程；喬曉嬌等［１４］ 針對風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)來源復(fù)雜、相關(guān)信息不確定的問題，將模糊證據(jù)推理模型用于突發(fā)事件風(fēng)險(xiǎn)研究；魏道江等［１５］ 研究了隸屬函數(shù)呈三角分布的模糊評價(jià)等級在兩兩相交情況下組合概率分配函數(shù)及模糊交集信度的再分配方法；崔玉榮［１６］ 考慮相鄰模糊評價(jià)等級相交的情況，將模糊正態(tài)分布作為模糊評價(jià)等級的隸屬函數(shù)分布。上述研究均沒有考慮隸屬度函數(shù)呈模糊正態(tài)分布時(shí)，模糊評價(jià)等級在兩兩相交情況下的組合概率分配函數(shù)。

本文針對ＴＢＭ 隧洞施工特點(diǎn)，把模糊正態(tài)分布作為模糊評價(jià)等級的隸屬函數(shù)分布，引入多級相交情況下模糊評價(jià)等級的隸屬函數(shù)分布，構(gòu)建了一種新的風(fēng)險(xiǎn)綜合評價(jià)模型。

１ ＴＢＭ 隧洞施工安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系

ＴＢＭ 隧洞施工地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多變、施工班組眾多、施工技術(shù)復(fù)雜，導(dǎo)致各類風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生的因素眾多。在資料收集、專家調(diào)查、現(xiàn)場調(diào)研的基礎(chǔ)上，依據(jù)指標(biāo)體系構(gòu)建的全面性原則、獨(dú)立性原則、重要性原則和目標(biāo)導(dǎo)向原則，使用因子分析法確定風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)。

１．１ 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

ＴＢＭ 設(shè)備是一個(gè)關(guān)聯(lián)性強(qiáng)且復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)，掘進(jìn)作業(yè)過程中，施工人員正確的技術(shù)操作是隧洞工程安全施工的保障。

１．２ 地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)

復(fù)雜的水文地質(zhì)條件是影響ＴＢＭ 隧洞施工的主要因素之一，ＴＢＭ 掘進(jìn)至不良地質(zhì)段時(shí)易導(dǎo)致各種地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，影響施工進(jìn)度。

１．３ 設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)

ＴＢＭ 作為隧洞施工常用設(shè)備，選擇合適的機(jī)型、合理操作與維護(hù)設(shè)備，不僅決定了隧洞施工進(jìn)度，而且直接影響施工現(xiàn)場的人員安全。

１．４ 管理風(fēng)險(xiǎn)

ＴＢＭ 作為一項(xiàng)高度集成的大型設(shè)備，需各部門協(xié)同配合，對施工現(xiàn)場的管理水平提出較高的要求，針對現(xiàn)場管理中極易出現(xiàn)的問題，及時(shí)完善相應(yīng)的操作及管理規(guī)范，是保證施工作業(yè)流暢、降低安全事故發(fā)生概率的重要保障。

１．５ 自然風(fēng)險(xiǎn)

在施工過程中出現(xiàn)洪水、泥石流、地震等重大自然災(zāi)害時(shí)，會使隧洞產(chǎn)生坍塌、ＴＢＭ 設(shè)備遭到掩埋，造成施工長時(shí)間中斷。

１．６ 安全事故風(fēng)險(xiǎn)

由于ＴＢＭ 隧洞施工現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、地下施工環(huán)境狹小、照明條件較差，因此具有人員、設(shè)備安全事故風(fēng)險(xiǎn)。

ＴＢＭ 隧洞施工安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系見圖１。

３ 實(shí)例分析

３．１ 工程概況

某隧洞位于南水北調(diào)安陽市西部調(diào)水工程穿越山丘區(qū)段，自下堡村西北（中聯(lián)水泥路礦場道路西側(cè)坡地，樁號１７＋７３８）至橫水鎮(zhèn)范家莊（樁號３０＋９１８）段，全長１３．１８ ｋｍ。隧洞工程主要包括ＴＢＭ 掘進(jìn)段、鉆爆段、ＴＢＭ 始發(fā)場地、ＴＢＭ 接收場地及鉆爆洞口場地等。樁號１８＋８９６—３０＋７１８ ＴＢＭ 掘進(jìn)段自ＴＢＭ 出洞段至ＴＢＭ 始發(fā)段，長１１ ８２２ ｍ，比降為０．０１％，采用圓形斷面，開挖直徑４．３３ ｍ，設(shè)計(jì)斷面直徑３．５０ ｍ。采用１ 臺雙護(hù)盾ＴＢＭ 掘進(jìn)施工，縱向設(shè)計(jì)坡度為０．０１％，平面設(shè)計(jì)有１ 處轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑為１ ５００ ｍ。

３．２ 風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)綜合權(quán)重的確定

４結(jié)論

本文針對ＴＢＭ 隧洞施工特點(diǎn)，分析識別了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)、自然風(fēng)險(xiǎn)和安全事故風(fēng)險(xiǎn)?；诙Z義理論，針對主客觀權(quán)重確定的局限性，引入基于最小偏差原則的組合賦權(quán)，建立了風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的權(quán)重確定模型。針對綜合評價(jià)過程中存在的不確定性，采用Ｄ－Ｓ 證據(jù)理論和模糊理論，引入模糊正態(tài)分布作為模糊評價(jià)等級的隸屬度函數(shù)分布，建立了ＴＢＭ 隧洞施工安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型。通過實(shí)例分析，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性和有效性。

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