基于结构变形的地铁安全评价分析王铁东

基于结构变形的地铁安全评价分析王铁东

王铁东

辽宁省交通规划设计院有限责任公司辽宁沈阳110000

摘要：由于地铁结构变形的安全评价分析问题是一个多因素、多层次的阶梯性问题，有一个全面的、科学的安全评价指标体系，并采取定量与定性相结合去分析地下结构变形的影响因素，采取有效的安全评价方法，寻找客观综合评价指标，建立地铁结构变形安全科学的评价指标体系，对地铁结构正确评价安全状态的变形，及时修正偏差，确定地铁维修措施的操作，提高地铁系统在结构变形安全总体水平，为相关管理部门提供决策依据，具有十分重要的意义。

关键词：结构变形；地铁；安全评价

随着城市化的发展，城市地下空间不断扩大，地铁线路将形成网络化发展趋势。这不可避免地会产生大量的地下交通节点。随着地铁的长期运营，地铁结构变形的安全问题越来越复杂。地铁结构一旦发生变形，会造成安全事故，给施工人员带来巨大的经济损失和人员伤亡。目前，国内外对地铁结构变形安全评价主要集中在现有的地铁本身，或只对现有的地铁结构进行变形监测，根据监测报告中确定一些地区的地下结构变形的安全性。在新的形势下，结构变形对地铁的影响还必须考虑水文地质和其他独立的因素。

1地铁结构变形安全评价指标体系

1.1地铁结构变形产生的原因

随着城市地下建设不断推进，地铁网络不断完善，影响地铁结构变形的因素也愈渐复杂。地铁运营期间产生结构变形的原因主要有以下3点。

1.1.1周围新建地下工程影响

现有地铁线路临近基坑开挖的接近程度、隧道近距离穿越的空间位置关系、基坑开挖与隧道穿越的施工范围及施工方案都会影响地铁结构变形：因为新建地下工程施工会导致现有地铁周围土体松弛，产生应力释放，周围土体产生弹塑性变形，形成二次应力状态，导致现有地铁结构变形。

1.1.2周围水文地质条件影响

线路隧道所处地层的水位变化、下卧土层水土流失、隧道下卧饱和砂土层液化的可能性以及饱和黏土振陷等情况对线路影响非常大，会引起城市地层沉降，影响地铁结构变形。当现有地铁结构穿越地下水漏斗区时，位于漏斗区内隧道的沉降与漏斗区外隧道的沉降量不一致，长期积累下去就会产生严重的纵向不均匀变形。地下水冻融也是地下工程变形的重要因素：城市轨道交通工程建设工期较长，往往跨年度施工，冬天和夏天地下水产生冻结和消融会引起工程变形，特别是高纬度地区和地下水位较浅、含水量较大的地区，地下水的冻融对地下工程变形影响更为明显。

1.1.3现有地铁结构本身状况影响

例如地铁运营期间受地铁振动荷载长期循环作用，由于轨道敷设方式不同，隧道结构材质的优劣、渗漏水的作用都会导致地铁本身结构变形。

1.2地铁结构变形安全评价分析指标体系建立

1.2.1评价指标选取原则

为做好地铁结构变形的安全评价分析，首先要选取正确、客观、科学的评价指标，这也是获得真实客观评价结果的前提条件。因此所选取的评价指标要最大限度地全方位反映运营期间地铁结构变形的安全性。在建立地铁结构变形的安全评价分析指标体系中应遵循层次性原则、科学客观性原则、可操作性原则、系统性原则、单一性原则等。

1.2.2地铁结构变形的安全评价指标体系

结合地铁结构变形产生原因和评价指标选取性原则，采取系统科学中的层次分析法（ＴｈｅＡｎａｌｙｔｉｃＨｉｅｒａｒｃｈｙＰｒｏｃｅｓｓ，简称ＡＨＰ）思想建立地铁结构变形安全评价指标体系。在建立地铁结构变形的安全评价指标体系中将问题的每一个原因分成多个层次，从里到外，从局部到系统，由表及里一一分析，从而让这个体系具有层次化、条理化。

2地铁结构变形的安全评价分析模型

2.1地铁结构变形安全评价等级设计

对地铁结构变形安全性评价的目的是为了评价某一时间地铁结构变形的安全状况和安全程度。将体系中各层评价指标影响安全等级做出划分是一个非常严重要的问题，它涉及地铁工程中相应规范、已有经验方法等。划分的安全等级级数过多会使等级之间的界限难以判定，给评价者带来不便；反之，划分的安全等级级数也不能过少，这样会使评价结果忽视一些重要因素，不够科学客观。依据《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（ＣＪＪＴ２０２—２０１３）和《城市轨道交通工程测量规范》（ＧＢ５０３０８—２００８），本文将地铁结构变形的安全评价等级级数划分为４级。

2.2确定评价指标权重的方法

本文采用一种比较灵活的乘积标度法确定评价指标权重。它是在层次分析法基础上可以考虑地铁结构变形安全性客观因素的一种确定权重的方法。其思路是将评价指标进行两两比较，设置两个等级，即评价指标ｘ与评价指标ｙ，比较其影响程度是“相同”还是“稍大”，再根据这个进行乘积标度分析。结合层次分析法中４种传统标度法，得到本文的标度比例。

2.3建立地铁结构变形安全性模糊综合评价模型

本文的地铁结构变形安全评价指标体系只有３层，所以采用二级模糊综合评价模型。从第３层开始做综合评价，进行一级模糊综合评价，然后进行二级模糊综合评价。

2.3.1一级模糊归纳评价

由上面介绍的地铁结构变形安全评价指标体系可以建立如下评价指标集：

Ｃ＝［ｃ1ｃ2…ｃｋ］，ｃｋ表明第3层中各目标。

利用德尔菲法让专家逐个对评价指标给出评价，从而得到评价安全影响等级集合，其对应的结构变形安全等级程度分别为安全（ｖ１）、较安全（ｖ２）、较不安全（ｖ３）、不安全（ｖ４）４种，用安全等级向量Ｖ表示：

3结论

在安全评价指标体系中尽可能多的考虑影响因素对地铁结构的变形和应力的影响特点，评价指标体系是科学的、全面的、系统的。评价指标采用定性与定量相结合的方法进行评价分析，利用隶属函数和模糊评价，将评价结果转化为隶属向量形式，使评价结果数字化、科学化。

参考文献：

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