灾损隧道通行能力评估及应用研究

2024-01-01赵素锋

西部交通科技 2024年5期

摘要：在灾害条件下隧道会呈现不同程度的损坏，导致交通线路堵塞影响交通，而且对灾后抢险工作带来不便。文章以灾损隧道为对象，分析不同灾损隧道的破坏形态，从隧道洞口部位及洞身部位综合考虑，针对各类指标提出定性和定量分级标准，构建灾损隧道通行能力判别指标体系，基于层次分析法（AHP）和模糊数学理论计算灾损隧道指标权重和分级结果，为灾损隧道提供可靠的通行能力评价方法。

关键词：灾损隧道；隧道通行能力；模糊综合评价；层次分析法

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0 引言

灾害作用下通常会导致隧道不同程度和类型的损坏。这种隧道洞身的破坏严重影响隧道的通畅性，且后期抢修加固需要消耗大量时间，给隧道的抢修工作以及震后灾区的抢险工作造成很大程度的影响。因此，灾后隧道的通行能力评估至关重要。

目前国内并没有形成一套完整的灾损隧道指标分级标准及灾损分级标准。现有的分级标准都处于定性的阶段［1-3］，并不能反映隧道灾损的真实状态。黄皓、宋兵辉等［4-5］在评判南方公路隧道时，均提出了评价等级划分，并选取若干个评判一级指标，确定了判别指标的权重值，采取模糊数学理论进行评判分级。王华牢等［6］在新型模糊算子的公路隧道健康状态评价方法研究中，提出了隧道病害等级划分的四级标准，建立三级评判指标体系，利用乘积标度法和模糊综合评价的方法进行评判。

本文以灾损隧道为对象，分析不同灾损隧道的破坏形态，从隧道洞口部位及洞身部位综合考虑，针对各类指标提出定性和定量分级标准，构建灾损隧道通行能力判别指标体系，基于层次分析法（AHP）和模糊数学理论计算灾损隧道指标权重和分级结果。

1 灾损隧道通行能力评价体系

1.1 灾损分级划分

目前国内外对隧道受损情况判定分级从三级到十级不等［7-8］，其中十级标准过于密集，各层级之间会存在模糊区域，且层级之间界限难以确定；三级标准又过于稀疏，各层级之间跨度范围过大，且包含因素太多，其结果往往也存在偏差。四级和五级的分级标准相较于其他两种较为合理，且在实际操作中存在一定应用基础。

鉴于上述等级划分情况不同，在分析国内外大量隧道受损等级分级的基础上［9-10］，从隧道结构、运营安全和隧道健康状态等角度，提出灾损隧道受损判别五级标准，见表1。

1.2 评判指标确定

因此通过调查阅读大量文献及规范，本文的灾损隧道判别指标体系分别从隧道的洞口和洞身两方面进行全面综合考虑，其主要指标包括十个方面详细指标分析，见下页表2。

1.3 指标权重计算

基于解释结构模型的分析结果，利用层次分析法构建灾损隧道通行能力判别指标体系的判断矩阵，计算各指标的最大特征值和特征向量，并判断各指标的一致性，见下页图1。求得灾损隧道通行能力判别体系中各指标权重，见下页表3。

1.4 评价指标量化

1.4.1 定量指标量化

指标量化指的是利用具体可以表达的数据来体现指标，以一定范围内的线性变换数据来反映问题的本质。指标量化过程可以通过采用隶属函数的方式来确定其具体的隶属度，梯形型分布式函数在实际操作中被广泛应用，本文后续定量指标量化过程均采取梯形型分布式函数。梯形隶属函数一般形式见下页图2。

1.4.2 定性指标量化

定性指标往往难以通过计算和测量的手段得到具体的数值，它通常包含了人的主观意志在内。因此，为了减少由于主观因素导致的误差，在进行定性指标量化时，首先进行模糊评价，再进行量化。

2 灾损隧道通行能力案例分析

2.1 工程概况

2020-06-14，某高速公路隧道左线内，两货车相撞，导致燃油泄漏并引发长达1.3 h火灾，影响范围为430 m。隧道损伤资料见表4；灾损隧道通行能力判别体系模糊矩阵见表5。

2.2 评价过程

2.2.1 判别计算流程

基于解释结构模型与层次分析法计算得到灾损隧道通行能力判别体系中各指标权重，结合模糊数学理论选取隶属度函数，确定灾损指标的隶属度。灾损隧道通行能力判别分级流程见图3。

由于灾损隧道通行能力判别体系中一些指标难以定量化，经综合考虑，在本次评价中，选取五个等级作为评价集：3A、2A、1A、B、S。选取8位专家（由业内人员、施工管理人员、设计人员组成）按照表6评价等级评分标准表的标准对评价指标中每个因素进行打分评价。假设8位专家权重相等，得出各因素的取值。见表6。

2.3 评价结果

通过灾损隧道指标权重与模糊数学理论隶属度函数结合运算，在火灾不利因素作用下对隧道的影响评价等级以第Ⅲ级为主，隶属度为0.089，受损程度为中度损伤。

李鹏等［10］在不同燃烧物及防护下隧道火灾特征调查与分析中，分析了不同燃烧物对隧道的影响，火灾后工程结构鉴定标准将其损伤程度分为五个等级（Ⅰ、Ⅱa、Ⅱb、Ⅲ、Ⅳ）。依据上述标准，火灾隧道的受损程度划分为Ⅱb，而本文与李鹏的分析结果一致，进一步验证了灾损隧道通行能力判别体系中指标选取、等级划分标准、权重计算和分级计算方法的合理性及适用性。

依据灾损隧道衬砌强度劣化指标分级标准，结合灾损隧道指标体系，Ⅲ级中度损伤隧道衬砌强度降低15%～35%，推荐采用注浆加固进行恢复。

3 结语

本文构建了灾损隧道通行能力判别体系的分级标准，并展开说明，得到如下结论：

（1）在分析国内外大量隧道受损等级分级的基础上，提出灾损隧道受损判别五级标准，并从隧道的洞口和洞身两方面综合考虑建立了灾损隧道评判指标体系。

（2）利用隶属度函数，对指标进行量化，依据层次分析法（AHP）对指标权重赋值。

（3）以实际工程作为研究对象，依据上述指标的量化结果，构建灾损隧道评价指标模糊矩阵，与层次分析法（AHP）计算结果相结合，得到灾损隧道最终分级。望本文研究可为灾损隧道提供参考。

参考文献：

［1］李春.地方干线公路桥梁与隧道突发断道应急抢修技术研究［D］.重庆：重庆交通大学，2012.

［2］段晓彬，何俊，何佳银，等.公路隧道震害特征分析［J］.四川建筑，2020，40（4）：133-135.

［3］翟强，顾伟红，赵映璎.基于未确知测度理论的隧道施工瓦斯灾害风险评价［J］.铁道科学与工程学报，2021，18（3）：803-812.

［4］宋兵辉.南方公路隧道结构性能健康诊断专家系统研究［D］.南宁：广西大学，2012.

［5］黄皓.南方公路隧道震后健康诊断方法研究［D］.南宁：广西大学，2013.