突变视角下地下隧洞施工塌方风险耦合演化研究

突变视角下地下隧洞施工塌方风险耦合演化研究

陈振

中国水利水电第十二工程局有限公司  浙江省杭州市  310030

摘要：随着我国基础设施建设的快速发展，地下隧洞工程在交通、水利等领域发挥着越来越重要的作用。然而，地下隧洞施工过程中塌方事故频发，给国家和人民生命财产安全带来严重威胁。为提高施工过程安全管理水平，降低塌方风险，有必要对地下隧洞施工塌方风险进行深入研究。从突变视角出发，对地下隧洞施工塌方风险耦合演化进行探讨，以期为施工安全提供理论支持。

关键词：突变视角;地下隧洞施工;塌方风险耦合演化

引言

地下隧洞施工是各行业现代化工程建设中常见的工程类型，然而在施工过程中，塌方事故频发，给工程建设及人民群众生命财产安全造成严重损失。因此，研究地下隧洞施工塌方风险耦合演化具有重要的理论和实践意义。以往的研究多从单一因素出发，分析塌方风险的影响因素，忽略了风险因素之间的相互作用。

1塌方风险分类

1.1地质风险

地质条件是影响塌方风险的主要因素，包括地层岩性、地质构造、地下水等因素。地质条件复杂、岩体稳定性差的地区，塌方风险较高。

1.2技术风险

施工技术及工艺的选择对地下隧洞的施工安全有着直接影响。包括开挖方法、支护措施、施工管理等。技术风险主要体现在施工方案不合理、工艺流程不当、施工操作不当等方面。

1.3环境风险

包括地下水、气候变化、周边环境等因素。地下水活动可能导致岩体软化、强度降低；极端气候可能导致岩体裂隙发展，增加塌方风险；周边环境变化，如地面加载、地下开挖等，也可能影响隧道的稳定性。

1.4管理风险

地下隧洞施工过程中，管理不当、措施的不落实，往往是造成隧洞坍塌的重要因素。主要体现在不按方案施工、违规超强度开挖、支护不及时、岩体变形监测不到位等。

2地下隧洞施工塌方风险的耦合演化机制分析

2.1风险因素的识别与分析

在地下隧洞施工过程中，塌方是由多种因素共同作用的结果。首先，地质条件的复杂程度是地下隧洞施工方案、支护形式的决定性因素，也是易引发坍塌事故的重要风险因素之一。地下隧洞所处的地质环境复杂多变，如岩层的稳定性、岩体的破碎程度、断层的分布、地下水的影响等，这些都可能导致施工过程中的坍塌事故的发生。其次，施工技术和施工方案的不合理也会增加塌方风险。在施工过程中，如果采用的施工技术不适合当地的地质条件，或者施工方案存在设计缺陷，都可能导致坍塌事故的发生。此外，施工过程中的监管和管理不善，如施工过程未严格按方案执行、施工工序衔接不善、岩体长时间裸露、岩体变形监测不到位、施工人员违规操作等，也会增大塌方的风险。另外，施工设备和材料的选择、使用也是影响塌方风险的重要因素。如果施工设备不适合地下隧洞的施工环境，或者使用的材料质量不达标等，都可能引发塌方事故。

2.2风险因素的相互作用分析

在地下隧洞施工中，各种风险因素并不是孤立存在的，它们之间存在着复杂的相互作用关系。首先，技术风险与管理风险之间存在相互作用。技术风险主要包括地质条件的不确定性、施工方法的选择和施工设备的性能等因素。管理风险主要包括项目规划和管理的不完善、合同管理的不规范、人力资源管理的不当等。这些技术和管理风险因素之间相互影响，共同决定了施工过程中的风险程度。其次，自然风险与人为风险之间也存在相互作用。自然风险主要包括地下水、地质结构、气候变化等自然因素的影响。人为风险主要包括人为破坏、责任的不落实、违规操作等人为因素的影响。这些自然和人为风险因素之间相互交织，使得地下隧洞施工的风险防范和应对变得更为复杂。因此，在地下隧洞施工中，要充分认识到各种风险因素之间存在的复杂相互作用关系，采取全面、系统的风险管理措施，以降低施工过程中的风险程度，确保工程的安全和顺利进行。

2.3风险的耦合演化过程分析

突变视角下地下隧洞施工塌方风险耦合演化是一个复杂的系统过程，涉及到地质条件、施工技术、管理措施等多个方面。在这个过程中，各种风险因素相互作用、相互影响，形成了一个动态的风险耦合系统。首先，地质条件是影响地下隧洞施工塌方风险的重要因素。地质结构的稳定性直接关系到施工的安全性。地质构造的复杂性、岩体的完整性、地下水的作用等因素都会对施工过程产生影响。当地质条件较差时，施工过程中的风险因素更容易相互作用，从而增加了塌方的可能性。其次，施工技术也是影响地下隧洞施工塌方风险的重要因素。施工技术包括开挖方法、支护措施、施工设备等方面。合理的施工技术可以有效地降低施工过程中的风险。例如，采用合理的开挖方法和支护措施可以减少地质体的破坏，降低塌方的风险。同时，先进的施工设备也可以提高施工效率，减少施工过程中的风险。

2.4风险耦合演化的模拟与分析

通过模拟风险耦合演化过程，可以分析不同风险因素组合下的塌方风险演化趋势，以及在不同施工阶段的风险特点。这有助于制定针对性的风险控制措施，提高施工安全。此外，模拟风险耦合演化过程还可以帮助预测和预防潜在的安全事故，减少经济损失。在施工过程中，风险因素相互交织，复杂多变，单一的风险控制措施难以应对所有潜在的风险。通过模拟风险耦合演化过程，可以全面分析各种风险因素的相互作用和影响，从而制定出更加全面、科学、合理的风险控制措施。另外，模拟风险耦合演化过程还可以为施工人员提供安全培训和教育的内容，提高他们的安全意识，减少安全事故的发生。通过模拟风险耦合演化过程，施工人员可以更加直观地了解各种风险因素对施工安全的影响，以及不同风险因素组合下的塌方风险演化趋势，从而提高他们对安全风险的认识和警惕。

2.5风险评估与控制

在突变视角下，地下隧洞施工塌方风险耦合演化，呈现出复杂性和动态性。为了有效控制地下隧洞施工塌方风险，需要对风险进行评估和控制。首先，地下隧洞施工塌方风险评估是必不可少的。评估过程中，需要充分考虑地质条件、施工工艺、施工设备、施工人员等多方面因素。通过对这些因素的全面分析和评价，可以确定施工塌方的可能性及其严重程度。此外，还可以借助于计算机模拟技术，对施工过程中可能出现的塌方情况进行预测，以便提前做好防范措施。其次，地下隧洞施工塌方风险控制措施应根据评估结果制定。针对评估出的高风险区域和可能导致塌方的关键因素，采取相应的技术和管理措施。

3风险耦合演化模型构建

风险耦合演化模型的构建是一项复杂的任务，需要综合考虑地质条件、施工技术、环境因素等多方面的影响。首先，我们需要对地质条件进行详细的调查和研究，包括地层的分布、岩性的变化、断层的分布等，这些信息可以通过地质勘探、钻探、取样等手段获得。同时，还需要考虑地下水的影响，因为地下水的流动会对隧洞的稳定性产生重要影响。其次，施工技术也是影响塌方风险的重要因素。不同的施工技术会对隧洞的稳定性产生不同的影响，例如，采用钻爆法施工会产生较大的震动，可能对周围地质环境造成破坏，而采用隧道掘进机（TBM）施工则对地质环境的影响较小。因此，在构建风险耦合演化模型时，需要考虑不同的施工技术对塌方风险的影响。此外，环境因素也需要考虑在内。例如，气候变化可能会影响地下水的流动，进而影响隧洞的稳定性；而人类活动，如城市建设、土地开发等，也可能对地质环境产生影响。

结语

从突变视角出发，对地下隧洞施工塌方风险耦合演化进行了研究。结果表明，地下隧洞施工塌方风险因素之间存在明显的耦合关系，风险耦合演化模型能够较好地描述这一过程。通过对案例项目的分析，为地下隧洞施工安全管理提供了理论依据和实践指导。

参考文献

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