本发明涉及一种隧道外水压力模糊评价的方法，尤其涉及以一种隧道衬砌外水压力评价方法。
背景技术：
：岩溶地貌在地球上约占15％，中国岩溶分布很广。随着中国交通基础设施建设的快速发展，越来越多的山岭隧道修建在岩溶地区。由于岩溶区高水压的作用，保证衬砌结构长期安全性和耐久性是一个长期悬而未解的难题。隧道由于高水压引起衬砌结构开裂、损坏等病害时有发生。京广铁路南岭隧道局部射水，冲倒边墙。三峡翻坝高速季家坡隧道暴雨后，衬砌承受高水压而开裂。衬砌水压力是影响岩溶隧道衬砌结构安全性的主要因素，鉴于高水压导致隧道衬砌病害的案例时有发生，且衬砌水压力影响因素众多，因此有必要开展岩溶发育区隧道衬砌水压力分布特征的研究，分析衬砌水压力的影响因素，研究衬砌水压力的分布规律。目前国外对隧道外水压力取值不统一，大体有3种情况：(1)折减系数法；(2)全水头法；(3)可能最大水头值。国内的隧道衬砌水压力计算过程中，铁路和交通部门还没有制定统一规范，大多还是参照水工隧洞设计规范和相关经验办法，国内隧道衬砌外水压力计算方法主要有以下5种：(1)折减系数法；(2)解析数值法；(3)理论分析法；(4)渗流分析法；(5)水文地球化学法。以上各种方法大多属于半经验半理论方法，但地质本身是一个复杂的结构，影响衬砌外水压力影响因素较多，难以定量分析出衬砌外水压力，以上方法运用于实际工程中仍有一定的难度，该问题已经成为本领域工程师们急需解决的问题。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种隧道衬砌外水压力评价方法，以有效解决现有方法难以运用于实际工程的问题。本发明解决上述技术方案所采取的技术方案如下：本发明的一种隧道衬砌外水压力评价方法，包括如下步骤：(1)设置水压力的影响因素以及针对水压力的评价结果级别，建立因素集U和评价集V；(2)对所述因素集U中的单因素相对于评价等级V中各等级的隶属度进行评判，建立模糊评价矩阵R；(3)对所述因素集U中各因素两两比较，根据重要程度建立判断矩阵C，并根据判断矩阵C求解因素集U中各因素的权重集A；(4)采用模糊变换B＝A×R，得到模糊评价结果B，B经归一化处理得到评价结果集B＇，根据最大隶属度原则，取B＇集中最大者所对应评价集V中的评价结果级别作为输出结果。本发明通过输入水压力的影响因素以及针对水压力的评价结果，建立因素集U和评价集V；对因素集U中的单因素进行评判，建立模糊评价矩阵R；对因素集中各因素两两比较，根据重要程度建立判断矩阵C，根据判断矩阵C，建立因素权重集A；采用模糊变换B＝A×R，得到模糊评价结果B，B经归一化处理得到评价结果集B＇，根据最大隶属度原则，即取B＇集中最大者所对应的评价集V中的评价结果级别输出为被评价对象的评价结果分级。本发明的有益效果是，通过对隧道各因素进行判断从而对隧道衬砌外水压力进行模糊评价，最终对隧道防排水方式的选择提出建议；在地质条件复杂的环境中，对富水岩溶隧道衬砌外水压力进行评价分级，给出了推荐的防排水方式，为隧道衬砌结构的设计和运营期外水压力大小的判断提供了重要参考。具体实施方式以下对本发明的实施例进行详细说明。本发明的一种隧道衬砌外水压力评价方法，包括如下步骤：设置水压力的影响因素以及针对水压力的评价结果级别，建立因素集U和评价集V。确定水压力的影响因素，建立因素集U，因素集U包括：地质构造、围岩渗透性、岩溶水的补给、岩溶水的排泄、岩溶水的垂直分布5大因素。其中，地质构造包括向斜、背斜和断层三种类型；围岩渗透性包括强、中和弱三个等级；岩溶水的补给分为不良和良好；岩溶水的排泄包括上排泄点、下排泄点和无排泄点；岩溶水的垂直分布包括水平径流带和垂直渗流带。根据水压力的大小建立评价集V，如下表所示：级别含义低水压力0～0.5MPa中水压力0.5～1.5MPa高水压力1.5～3MPa极高水压力3MPa以上对所述因素集U中的单因素相对于评价等级V中各等级的隶属度进行评判，建立模糊评价矩阵R。运用专家调查法，对因素集U中单因素ui作单因素评判，从因素ui着眼该评判对象对评价集V中评价等级vj的隶属度为rij，得到因素ui的单因素评价集ri：ri＝(ri1，ri2，...，ri4)；从因素集的每个因素出发构造出一个总的评价矩阵R其中，rij表示从因素ui着眼该评判对象能被评价为等级vi的隶属度，即rij表示因素ui在评价等级vi上的频率分布。将R进行无量纲化处理，即将其归一化使其满足Σrij＝1。运用专家调查法，聘请隧道工程领域相关专家，对结果进行统计分析，确定各因素的隶属度。如果共有n位专家，从因素ui着眼该评判对象被评价为等级vi的共有m位专家，则因素ui在评价等级vj上的频率分布为m/n，于是该因素的隶属度rij＝m/n。对所述因素集U中各因素两两比较，根据重要程度建立判断矩阵C，并根据判断矩阵C求解因素集U中各因素的权重集A。对因素集中各因素两两比较，根据重要程度，建立判断矩阵C：其中，cij表示从因素i和因素j相对于评价目标的重要程度，用层次分析法确定cij的值。标度含义1i和j两因素同等重要3i因素比j因素稍微重要5i因素比j因素明显重要7i因素比j因素强烈重要9i因素比j因素极端重要2，4，6，8上述两相邻重要性程度的中值倒数因素i与j比较得bij，则因素j与i比较得bji＝1/bij为反映各个因素相对于评价目标的重要程度，对各个因素赋予一个权数ai，建立因素权重集A，且满足∑ai＝1：A＝{a1a2a3a4a5}；对判断矩阵C进行一致性检验使其满足一致性比例CR＜0.1，当一致性比例不满足时,此时的结果可能发生逻辑性错误,应对照层次分析法对判断矩阵C的元素进行检查和修正,必要时应重新做专家问卷，需满足一致性比率CR＜0.1而不满足时，都可按此方式处理，后述不再累述。根据CA＝ymaxA计算矩阵C的最大特征值ymax和其相应的特征向量A，A的分量即为与因素集U相应的5个因素的权重。4、采用模糊变换B＝A×R，得到模糊评价结果B，B经归一化处理得到评价结果集B＇，根据最大隶属度原则，取B＇集中最大者所对应评价集V中的评价结果级别作为输出结果。。采用模糊变换B＝A×R，得到模糊评价结果B。评价矩阵R中不同行反映了被评价对象从单因素分析属于哪个评价结果等级。用因素权重集A对评价矩阵R不同的行进行综合，可得到被评价对象从总体上分析属于哪个评价结果等级，即为模糊评价结果集B。对评价结果B进行归一化处理得到评价结果集B＇，使其满足Σbi＝1，bi为B＇的权数；结合评价结果集B＇，根据最大隶属度原则，取bi中最大者所对应评价集V中的评价结果级别作为输出结果。根据评价结果分级选择不同的防排水方式。如果溶洞规模大，水压力为“极高、高”级，采用释能降压的处理方式。释能降压法能大幅度削减水压力，一般还要通过泄水洞进行泄水；如果溶洞规模小，水压力为“中”级，采用“注浆+排导”的处理方式。通过注浆减小围岩的渗透系数，起到堵水作用，渗透到衬砌背后的积水通过排导系统排出；如果水压力为“低”级，且地表沉降控制严格，水资源需严格保护，可考虑采用全封堵设计。隧道采用全封堵设计时，地下水完全封堵在衬砌背后，不能排出；上述所有防排水方式皆可采用全排方式处理，使衬砌结构承受很小的水压力，但是水资源损失较多，需慎用。实施例：D隧道X处发育大型富水充填型溶腔，位于向斜构造带，溶腔段为三叠系大冶组灰岩，围岩渗透性强。“X处溶腔”与上部含水裂隙、管道连通，直接接受上部地下水的补给，地下水补给良好。该处地表为水谷坝岩溶槽谷，隧道标高以上发育强排泄点。该溶腔段位于岩溶水平径流带，岩溶强烈发育。选取设计、施工、科研单位相关技术人员20名，对该该隧道水压力的大小进行评价。评价结果如下表所示:项目低中高极高地质构造3566围岩渗透性12710岩溶水补给1289岩溶水排泄2468岩溶水垂直分带2279根据评价结果统计，计算出隶属度，进而确定模糊评价矩阵R。两两比较各因素，根据其相对重要性程度，结合上表，构造判断矩阵C。计算最大特征值对应的特征向量，并经一致性检验，且满足一致性比率CR＜0.1，如此可求得权重集A，A＝(0.06，0.14，0.27，0.24，0.29)。进行模糊变换B＝A×R，并经归一化处理后得，B＇＝(0.082，0.133，0.349，0.436)。根据最大隶属度原则，D隧道“X处溶腔”，隧道水压力评定为极高级。D隧道“X处溶腔”段岩溶强烈发育，水压力评价结果为“极高”级，考虑到需保护地下水资源，采用释能降压法进行处理，以降低水压力，保证施工安全。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3