盾構法修建水底公路隧道風險后果嚴重性分析

1、盾構法修建水底公路隧道風險后果嚴重性分析 （一）工作井基坑坍塌風險后果嚴重性分析本文以盾構法修建水底公路隧道時工作井基坑坍塌后果嚴重性分析為例，詳細介紹后果嚴重性分析的過程。（1）盾構法修建水底公路隧道風險后果及其分類本文根據(jù)風險后果表現(xiàn)形式的不同， 將海底隧道施工突水風險事故可能造成的風險后果分為經(jīng)濟損失和非經(jīng)濟損失兩大類。（如下圖）經(jīng)濟損失是指由盾構法修建水底公路隧道風險引起的易于或便于用貨幣計算的損失，也稱為有形損失。經(jīng)濟損失可分為直接經(jīng)濟損失和間接經(jīng)濟損失兩種。非經(jīng)濟損失是指出盾構法修建水底公路隧道風險引起的難于或不便于用貨幣計量的失，山稱為無形損失。非經(jīng)濟損失包括生命損失、環(huán)境損失和

2、社會損失等。從損失與人類關系程度和它們的可量化程度看，生命損失和經(jīng)濟損失不但對人類具有直接的關系，而且比較容易進行量化統(tǒng)計與估算；社會損失和環(huán)境損失雖然對社會經(jīng)濟發(fā)展也具有重要作用，但主要表現(xiàn)為間接作用，而且這兩種損失目前還較難以進行量化統(tǒng)計或估算。從各種損失在系統(tǒng)總體風險后果中占有的比例和大小來看，生命損失和經(jīng)濟損失是主要的風險損失，占有較大的比例；:社會損失和環(huán)境影響損失從目前的角度看，是次要考慮的風險損失，在系統(tǒng)總體風險后果中占有的比例較小。（2）盾構法修建水底公路隧道后果損失的可拓評估實證 盾構法修建水底公路隧道后果的可拓評估流程如下圖 所示由于參與評價的指標涉及各種不確定性的因素和不

3、同的表述方法，在實際工程中，可應用可拓優(yōu)度方法進行分析，具體評價步驟如下。確定衡量條件設定表述失效后果的因素為：c1人員傷亡損失；c2直接經(jīng)濟損失；c3間接經(jīng)濟損失；c4社會損失；c5環(huán)境影響損失根據(jù)國內(nèi)外相關文獻的研究成果，并結合水底隧道的特點，表 給出了盾構法修建水底隧道安全風險后果損失的等級劃分。分別用區(qū)間（0,0.2），（0.2,0.4），（0.4,0.6），（0.6,0.8），（0.8,1.0）依次表示級，作為衡量條件。表 風險后果因素等級劃分因素因素等級造成的人員傷亡（人）SI55SI10或F310SI50或350SI100或10F30SI100或F30直接經(jīng)濟損失（萬元）EI50

4、0500EI10001000EI50005000EI10000EI10000間接經(jīng)濟損失間接經(jīng)濟損失極小，維修難度簡單，維修費用低于10萬元，工期延誤時間少于1個月間接經(jīng)濟損失極小，維修難度一般，維修費用10萬元100萬元，工期延誤時間13個月間接經(jīng)濟損失一般，維修難度復雜，維修費用100萬元500萬元，工期延誤時間36個月間接經(jīng)濟損失較大，維修難度復雜，維修費用500萬元1000萬元，工期延誤時間612個月間接經(jīng)濟損失大，維修難度復雜，不易維修，維修費用大于1000萬元，工期延誤時間超過12個月社會損失可忽略的需考慮的較嚴重的嚴重的惡劣的對環(huán)境的影響損失涉及范圍很小，無群體性影響，需要緊急轉(zhuǎn)

5、移安置小于50人涉及范圍很小，一般群體性影響，需要緊急轉(zhuǎn)移安置50100人涉及范圍大，區(qū)域正常經(jīng)濟、社會活動受影響，需要緊急轉(zhuǎn)移安置100500人涉及范圍很大，區(qū)域生態(tài)功能部分喪失，需要緊急轉(zhuǎn)移安置5001000人涉及范圍很大，區(qū)域內(nèi)周邊生態(tài)功能嚴重喪失，需要緊急轉(zhuǎn)移安置1000人，正常的經(jīng)濟、社會活動受到嚴重影響注：SI=重傷人數(shù)，F(xiàn)=死亡人數(shù)（含失蹤），EI=經(jīng)濟損失；確定待評對象（后果損失嚴重）的評價指標將風險后果分為5級，分別對應風險矩陣中失效后的、級。待評對象的物元如下R=H其中，V1,V2,V3,V4,V5分別表示各個評價指標所處的等級，用區(qū)間表示。結合，根據(jù)專家經(jīng)驗，確定水底隧道

6、段安全風險嚴重度的因素等級見表#表# 工作井基坑坍塌后果風險嚴重度評估因素集主要因素嚴重度可能等級人員傷亡損失c1級（0.8,1.0）直接經(jīng)濟損失c2級（0.8,1.0）間接經(jīng)濟損失c3級（0.6,0.8）社會損失c4級（0.6,0.8）環(huán)境影響損失c5級（0.2,0.4）則有R=Hc1V1確定與評價等級相對應的各指標的量域和極限量域確定失效后果等級對應的各個評價指標的量域和極限量域設失效后果為H1，H2，H3，H4，H5（不嚴重，不太嚴重，嚴重性一般，比較嚴重，非常嚴重），用對應所有失效后果等級的同征物元體表示量域Vij。R=H=H=H根據(jù)各個指標的取值范圍，確定各后果因素的極限量域c1：(

7、0，1.0)；c2：(0，1.0)；c3：(0，1.0)；c4：(0，1.0)；c5：(0，1.0)即有R=Hc1V1計算合格度利用關聯(lián)函數(shù)計算各評價指標Vi（i=1,2，5），對于各后果等級Hj（j=1,2，5）的合格度，由于每個指標的取值為一個區(qū)間值，所以關聯(lián)函數(shù)計算所用的距和位值分別為區(qū)間距和區(qū)間位值。即K因此，由式5-48 可得由式5-45可知由式5-44可得由式5-43可得所以同理可得其它合格度值合格度規(guī)范化為了便于對評價的優(yōu)劣程度進行比較，必須將計算的所得的合格度進行規(guī)范化。規(guī)范化是將不同領域或具有不同單位的不同因素納入到同一個優(yōu)化函數(shù)或優(yōu)化工程中而進行的一種操作。合格度規(guī)范化的計

8、算按公式5-55進行。確定根據(jù)式5-45和式5-47當x在區(qū)間中心時最大，取值為區(qū)間長度的一半，對于i=1,2,3,4,5都有最大長度為（0,0.2），中心x=0.1，按照公式5-43故 （i=1，2，3，4，5）確定根據(jù)式5-45和式5-47根據(jù)距的特性，當時，當時，故上式右側(cè)分數(shù)中分母恒大于零。即顯然有，即 （i=1，2，3，4，5）按照式5-55規(guī)范化合格度為確定權系數(shù)評價基坑坍塌后果等級的各評價因素的權重集A=(a1，a2，a3，a4，a5)采用層次分析法確定權重，建立判斷矩陣A d1 d2 d3 d4 d5d1，d2，d3，d4，d5分別對應“人員傷亡”、“直接經(jīng)濟損失”、“間接經(jīng)濟

9、損失”、“社會損失”和“對環(huán)境的影響損失”5個評價因素。表 基坑坍塌后果等級各評價因素的單排序權重判斷矩陣單排序權重ai一致性計算d1d2d3d4d5d1122450.403max=5.0128C.R.=0.00410.1d21/211230.209d31/211230.209d41/41/21/2120.111d51/51/31/31/210.068根據(jù)判斷矩陣可得權重集A=（0.403，0.209，0.209,0.111,0.068）計算優(yōu)度后果等級H1：級的優(yōu)度為C(H1)=AK(H1)=(a1,a2,a3,a4,a5)=（0.403，0.209，0.209,0.111,0.068）=-

10、0.792同樣可以求得：對的優(yōu)度進行比較，最大，則盾構法修建水底隧道風險后果等級為級，即施工風險后果損失為“比較嚴重”。（二）盾構進出洞風險后果嚴重性分析根據(jù)上述工作井基坑風險后果嚴重性的分析計算方法，從而也可以合理的得出盾構進出洞風險后果嚴重性分析。本文盾構法修建水底公路隧道后果損失因素統(tǒng)一都以 劃分計算；后果損失等級劃分同上文，分別用區(qū)間（0,0.2），（0.2,0.4），（0.4,0.6），（0.6,0.8），（0.8,1.0）依次表示級，作為衡量條件。1）確定待評對象（后果損失嚴重）的評價指標將風險后果分為5級，分別對應風險矩陣中失效后的、級。待評對象的物元如下表# 盾構進出洞風險后果

11、嚴重度評估因素集主要因素嚴重度可能等級人員傷亡損失c1級（0.8,1.0）直接經(jīng)濟損失c2級（0.8,1.0）間接經(jīng)濟損失c3級（0.4,0.6）社會損失c4級（0.4,0.6）環(huán)境影響損失c5級（0.2,0.4）則有R=Hc1V1確定與評價等級相對應的各指標的量域和極限量域1.確定失效后果等級對應的各個評價指標的量域和極限量域設失效后果為H1，H2，H3，H4，H5（不嚴重，不太嚴重，嚴重性一般，比較嚴重，非常嚴重），用對應所有失效后果等級的同征物元體表示量域Vij。R=H=H2.根據(jù)各個指標的取值范圍，確定各后果因素的極限量域c1：(0，1.0)；c2：(0，1.0)；c3：(0，1.0)

12、；c4：(0，1.0)；c5：(0，1.0)即有R=Hc1V1計算合格度利用關聯(lián)函數(shù)計算各評價指標Vi（i=1,2，5），對于各后果等級Hj（j=1,2，5）的合格度，由于每個指標的取值為一個區(qū)間值，所以關聯(lián)函數(shù)計算所用的距和位值分別為區(qū)間距和區(qū)間位值。即K因此，由式5-48 可得所以同理可得其它合格度值。合格度規(guī)范化確定根據(jù)式5-45和式5-47根據(jù)距的特性，當時，當時，故上式右側(cè)分數(shù)中分母恒大于零。即顯然有，即 （i=1，2，3，4，5）按照式5-55規(guī)范化合格度為確定權系數(shù)盾構進出洞風險后果等級的各評價因素的權重集A=(a1，a2，a3，a4，a5)采用層次分析法確定權重，建立判斷矩陣d

13、1，d2，d3，d4，d5分別對應“人員傷亡”、“直接經(jīng)濟損失”、“間接經(jīng)濟損失”、“社會損失”和“對環(huán)境的影響損失”5個評價因素。 表 盾構進出洞后果等級各評價因素的單排序權重判斷矩陣單排序權重ai一致性計算d1d2d3d4d5d1123350.410max=5.0879C.R.=0.01960.1d21/212230.239d31/31/21230.167d41/31/21/2120.116d51/51/31/31/210.068根據(jù)判斷矩陣可得權重集A=（0.410，0.239，0.167, 0.116,0.068）計算優(yōu)度后果等級H1：級的優(yōu)度為C(H1)=AK(H1)=(a1,a2,

14、a3,a4,a5)=（0.410，0.239，0.167, 0.116,0.068）=0.746同樣可以求得：對的優(yōu)度進行比較，最大，則基坑坍塌風險后果等級為級，即施工風險后果損失為“比較嚴重”。（三）盾構下穿大堤風險后果性分析1）確定待評對象（后果損失嚴重）的評價指標將風險后果分為5級，分別對應風險矩陣中失效后的、級。待評對象的物元如下表# 盾構進出洞風險后果嚴重度評估因素集主要因素嚴重度可能等級人員傷亡損失c1級（0.8,1.0）直接經(jīng)濟損失c2級（0.8,1.0）間接經(jīng)濟損失c3級（0.6,0.8）社會損失c4級（0.6,0.8）環(huán)境影響損失c5級（0.2,0.4）則有R=Hc1V1確定

15、與評價等級相對應的各指標的量域和極限量域1.確定失效后果等級對應的各個評價指標的量域和極限量域設失效后果為H1，H2，H3，H4，H5（不嚴重，不太嚴重，嚴重性一般，比較嚴重，非常嚴重），用對應所有失效后果等級的同征物元體表示量域Vij。R=H=H2.根據(jù)各個指標的取值范圍，確定各后果因素的極限量域c1：(0，1.0)；c2：(0，1.0)；c3：(0，1.0)；c4：(0，1.0)；c5：(0，1.0)即有R=Hc1V1計算合格度利用關聯(lián)函數(shù)計算各評價指標Vi（i=1,2，5），對于各后果等級Hj（j=1,2，5）的合格度，由于每個指標的取值為一個區(qū)間值，所以關聯(lián)函數(shù)計算所用的距和位值分別為

16、區(qū)間距和區(qū)間位值。即K合格度規(guī)范化確定根據(jù)式5-45和式5-47根據(jù)距的特性，當時，當時，故上式右側(cè)分數(shù)中分母恒大于零。即顯然有，即 （i=1，2，3，4，5）按照式5-55規(guī)范化合格度為確定權系數(shù)盾構下穿大堤后果等級的各評價因素的權重集A=(a1，a2，a3，a4，a5)采用層次分析法確定權重，建立判斷矩陣d1，d2，d3，d4，d5分別對應“人員傷亡”、“直接經(jīng)濟損失”、“間接經(jīng)濟損失”、“社會損失”和“對環(huán)境的影響損失”5個評價因素。 表 盾構進出洞后果等級各評價因素的單排序權重判斷矩陣單排序權重ai一致性計算d1d2d3d4d5d1123350.410max=5.0879C.R.=0.

17、01960.1d21/212230.239d31/31/21230.167d41/31/21/2120.116d51/51/31/31/210.068根據(jù)判斷矩陣可得權重集A=（0.410，0.239，0.167, 0.116,0.068）計算優(yōu)度后果等級H1：級的優(yōu)度為C(H1)=AK(H1)=(a1,a2,a3,a4,a5)=（0.410，0.239，0.167, 0.116,0.068）=0.801同樣可以求得：對的優(yōu)度進行比較，最大，則盾構進出洞后果等級為級，即施工風險后果損失為“比較嚴重”。（四）盾尾法修復后果嚴重性分析1）確定待評對象（后果損失嚴重）的評價指標將風險后果分為5級，分

18、別對應風險矩陣中失效后的、級。待評對象的物元如下表# 盾構進出洞風險后果嚴重度評估因素集主要因素嚴重度可能等級人員傷亡損失c1級（0.8,1.0）直接經(jīng)濟損失c2級（0.8,1.0）間接經(jīng)濟損失c3級（0.4,0.6）社會損失c4級（0.4,0.6）環(huán)境影響損失c5級（0.2,0.4）則有R=Hc1V1確定與評價等級相對應的各指標的量域和極限量域1.確定失效后果等級對應的各個評價指標的量域和極限量域設失效后果為H1，H2，H3，H4，H5（不嚴重，不太嚴重，嚴重性一般，比較嚴重，非常嚴重），用對應所有失效后果等級的同征物元體表示量域Vij。R=H=H2.根據(jù)各個指標的取值范圍，確定各后果因素的

19、極限量域c1：(0，1.0)；c2：(0，1.0)；c3：(0，1.0)；c4：(0，1.0)；c5：(0，1.0)即有R=Hc1V1計算合格度利用關聯(lián)函數(shù)計算各評價指標Vi（i=1,2，5），對于各后果等級Hj（j=1,2，5）的合格度，由于每個指標的取值為一個區(qū)間值，所以關聯(lián)函數(shù)計算所用的距和位值分別為區(qū)間距和區(qū)間位值。即K因此，由式5-48 可得所以同理可得其它合格度值。合格度規(guī)范化確定根據(jù)式5-45和式5-47根據(jù)距的特性，當時，當時，故上式右側(cè)分數(shù)中分母恒大于零。即顯然有，即 （i=1，2，3，4，5）按照式5-55規(guī)范化合格度為確定權系數(shù)盾尾凍結法風險后果等級的各評價因素的權重集A

20、=(a1，a2，a3，a4，a5)采用層次分析法確定權重，建立判斷矩陣d1，d2，d3，d4，d5分別對應“人員傷亡”、“直接經(jīng)濟損失”、“間接經(jīng)濟損失”、“社會損失”和“對環(huán)境的影響損失”5個評價因素。 表 盾尾凍結法后果等級各評價因素的單排序權重判斷矩陣單排序權重ai一致性計算d1d2d3d4d5d1112350.330max=5.0287C.R.=0.00620.1d2112340.316d31/21/21230.182d41/31/31/2120.108d51/51/41/31/210.064根據(jù)判斷矩陣可得權重集A=（0.330，0.316，0.182, 0.108,0.064）計算

21、優(yōu)度后果等級H1：級的優(yōu)度為C(H1)=AK(H1)=(a1,a2,a3,a4,a5)=（0.330，0.316，0.182, 0.108,0.064）=0.800同樣可以求得：對的優(yōu)度進行比較，最大，則盾尾凍結法后果等級為級，即施工風險后果損失為“比較嚴重”。（五）聯(lián)絡橫通道后果嚴重性分析1）確定待評對象（后果損失嚴重）的評價指標將風險后果分為5級，分別對應風險矩陣中失效后的、級。待評對象的物元如下表# 盾構進出洞風險后果嚴重度評估因素集主要因素嚴重度可能等級人員傷亡損失c1級（0.8,1.0）直接經(jīng)濟損失c2級（0.8,1.0）間接經(jīng)濟損失c3級（0.4,0.6）社會損失c4級（0.4,0.6）環(huán)境影響損失c5級（0.2,0.4）則有R=Hc1V1確定與評價等級相對應的各指標的量域和極限量域1.確定失效后果等級對應的各個評價指標的量域和極限量域設失效后果為H1，H2，H3，H4，H5（不嚴重，不太嚴重，嚴重性一般，比較嚴重，非常嚴重），用對應所有失效后果等級的同征物元體表示量域Vij。R=H=H2.根據(jù)各個指標的取值范圍，確定各后果因素的極限量域c1：(0，