災(zāi)損隧道通行能力評估及應(yīng)用研究

摘要：在災(zāi)害條件下隧道會呈現(xiàn)不同程度的損壞，導(dǎo)致交通線路堵塞影響交通，而且對災(zāi)后搶險工作帶來不便。文章以災(zāi)損隧道為對象，分析不同災(zāi)損隧道的破壞形態(tài)，從隧道洞口部位及洞身部位綜合考慮，針對各類指標(biāo)提出定性和定量分級標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建災(zāi)損隧道通行能力判別指標(biāo)體系，基于層次分析法（AHP）和模糊數(shù)學(xué)理論計算災(zāi)損隧道指標(biāo)權(quán)重和分級結(jié)果，為災(zāi)損隧道提供可靠的通行能力評價方法。

關(guān)鍵詞：災(zāi)損隧道；隧道通行能力；模糊綜合評價；層次分析法

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0 引言

災(zāi)害作用下通常會導(dǎo)致隧道不同程度和類型的損壞。這種隧道洞身的破壞嚴(yán)重影響隧道的通暢性，且后期搶修加固需要消耗大量時間，給隧道的搶修工作以及震后災(zāi)區(qū)的搶險工作造成很大程度的影響。因此，災(zāi)后隧道的通行能力評估至關(guān)重要。

目前國內(nèi)并沒有形成一套完整的災(zāi)損隧道指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)及災(zāi)損分級標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有的分級標(biāo)準(zhǔn)都處于定性的階段［1-3］，并不能反映隧道災(zāi)損的真實狀態(tài)。黃皓、宋兵輝等［4-5］在評判南方公路隧道時，均提出了評價等級劃分，并選取若干個評判一級指標(biāo)，確定了判別指標(biāo)的權(quán)重值，采取模糊數(shù)學(xué)理論進(jìn)行評判分級。王華牢等［6］在新型模糊算子的公路隧道健康狀態(tài)評價方法研究中，提出了隧道病害等級劃分的四級標(biāo)準(zhǔn)，建立三級評判指標(biāo)體系，利用乘積標(biāo)度法和模糊綜合評價的方法進(jìn)行評判。

本文以災(zāi)損隧道為對象，分析不同災(zāi)損隧道的破壞形態(tài)，從隧道洞口部位及洞身部位綜合考慮，針對各類指標(biāo)提出定性和定量分級標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建災(zāi)損隧道通行能力判別指標(biāo)體系，基于層次分析法（AHP）和模糊數(shù)學(xué)理論計算災(zāi)損隧道指標(biāo)權(quán)重和分級結(jié)果。

1 災(zāi)損隧道通行能力評價體系

1.1 災(zāi)損分級劃分

目前國內(nèi)外對隧道受損情況判定分級從三級到十級不等［7-8］，其中十級標(biāo)準(zhǔn)過于密集，各層級之間會存在模糊區(qū)域，且層級之間界限難以確定；三級標(biāo)準(zhǔn)又過于稀疏，各層級之間跨度范圍過大，且包含因素太多，其結(jié)果往往也存在偏差。四級和五級的分級標(biāo)準(zhǔn)相較于其他兩種較為合理，且在實際操作中存在一定應(yīng)用基礎(chǔ)。

鑒于上述等級劃分情況不同，在分析國內(nèi)外大量隧道受損等級分級的基礎(chǔ)上［9-10］，從隧道結(jié)構(gòu)、運營安全和隧道健康狀態(tài)等角度，提出災(zāi)損隧道受損判別五級標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

1.2 評判指標(biāo)確定

因此通過調(diào)查閱讀大量文獻(xiàn)及規(guī)范，本文的災(zāi)損隧道判別指標(biāo)體系分別從隧道的洞口和洞身兩方面進(jìn)行全面綜合考慮，其主要指標(biāo)包括十個方面詳細(xì)指標(biāo)分析，見下頁表2。

1.3 指標(biāo)權(quán)重計算

基于解釋結(jié)構(gòu)模型的分析結(jié)果，利用層次分析法構(gòu)建災(zāi)損隧道通行能力判別指標(biāo)體系的判斷矩陣，計算各指標(biāo)的最大特征值和特征向量，并判斷各指標(biāo)的一致性，見下頁圖1。求得災(zāi)損隧道通行能力判別體系中各指標(biāo)權(quán)重，見下頁表3。

1.4 評價指標(biāo)量化

1.4.1 定量指標(biāo)量化

指標(biāo)量化指的是利用具體可以表達(dá)的數(shù)據(jù)來體現(xiàn)指標(biāo)，以一定范圍內(nèi)的線性變換數(shù)據(jù)來反映問題的本質(zhì)。指標(biāo)量化過程可以通過采用隸屬函數(shù)的方式來確定其具體的隸屬度，梯形型分布式函數(shù)在實際操作中被廣泛應(yīng)用，本文后續(xù)定量指標(biāo)量化過程均采取梯形型分布式函數(shù)。梯形隸屬函數(shù)一般形式見下頁圖2。

1.4.2 定性指標(biāo)量化

定性指標(biāo)往往難以通過計算和測量的手段得到具體的數(shù)值，它通常包含了人的主觀意志在內(nèi)。因此，為了減少由于主觀因素導(dǎo)致的誤差，在進(jìn)行定性指標(biāo)量化時，首先進(jìn)行模糊評價，再進(jìn)行量化。

2 災(zāi)損隧道通行能力案例分析

2.1 工程概況

2020-06-14，某高速公路隧道左線內(nèi)，兩貨車相撞，導(dǎo)致燃油泄漏并引發(fā)長達(dá)1.3 h火災(zāi)，影響范圍為430 m。隧道損傷資料見表4；災(zāi)損隧道通行能力判別體系模糊矩陣見表5。

2.2 評價過程

2.2.1 判別計算流程

基于解釋結(jié)構(gòu)模型與層次分析法計算得到災(zāi)損隧道通行能力判別體系中各指標(biāo)權(quán)重，結(jié)合模糊數(shù)學(xué)理論選取隸屬度函數(shù)，確定災(zāi)損指標(biāo)的隸屬度。災(zāi)損隧道通行能力判別分級流程見圖3。

由于災(zāi)損隧道通行能力判別體系中一些指標(biāo)難以定量化，經(jīng)綜合考慮，在本次評價中，選取五個等級作為評價集：3A、2A、1A、B、S。選取8位專家（由業(yè)內(nèi)人員、施工管理人員、設(shè)計人員組成）按照表6評價等級評分標(biāo)準(zhǔn)表的標(biāo)準(zhǔn)對評價指標(biāo)中每個因素進(jìn)行打分評價。假設(shè)8位專家權(quán)重相等，得出各因素的取值。見表6。

2.3 評價結(jié)果

通過災(zāi)損隧道指標(biāo)權(quán)重與模糊數(shù)學(xué)理論隸屬度函數(shù)結(jié)合運算，在火災(zāi)不利因素作用下對隧道的影響評價等級以第Ⅲ級為主，隸屬度為0.089，受損程度為中度損傷。

李鵬等［10］在不同燃燒物及防護(hù)下隧道火災(zāi)特征調(diào)查與分析中，分析了不同燃燒物對隧道的影響，火災(zāi)后工程結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)將其損傷程度分為五個等級（Ⅰ、Ⅱa、Ⅱb、Ⅲ、Ⅳ）。依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，火災(zāi)隧道的受損程度劃分為Ⅱb，而本文與李鵬的分析結(jié)果一致，進(jìn)一步驗證了災(zāi)損隧道通行能力判別體系中指標(biāo)選取、等級劃分標(biāo)準(zhǔn)、權(quán)重計算和分級計算方法的合理性及適用性。

依據(jù)災(zāi)損隧道襯砌強(qiáng)度劣化指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合災(zāi)損隧道指標(biāo)體系，Ⅲ級中度損傷隧道襯砌強(qiáng)度降低15%～35%，推薦采用注漿加固進(jìn)行恢復(fù)。

3 結(jié)語

本文構(gòu)建了災(zāi)損隧道通行能力判別體系的分級標(biāo)準(zhǔn)，并展開說明，得到如下結(jié)論：

（1）在分析國內(nèi)外大量隧道受損等級分級的基礎(chǔ)上，提出災(zāi)損隧道受損判別五級標(biāo)準(zhǔn)，并從隧道的洞口和洞身兩方面綜合考慮建立了災(zāi)損隧道評判指標(biāo)體系。

（2）利用隸屬度函數(shù)，對指標(biāo)進(jìn)行量化，依據(jù)層次分析法（AHP）對指標(biāo)權(quán)重賦值。

（3）以實際工程作為研究對象，依據(jù)上述指標(biāo)的量化結(jié)果，構(gòu)建災(zāi)損隧道評價指標(biāo)模糊矩陣，與層次分析法（AHP）計算結(jié)果相結(jié)合，得到災(zāi)損隧道最終分級。望本文研究可為災(zāi)損隧道提供參考。

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