隧道施工安全风险预警管理研究.docx

1、I中文摘要摘要：随着经济水平的发展，隧道项目受到了越来越多人的重视，隧道项目对于提高国内的交通水平，提高运输能力有着非常重要的意义，随着运输量的不断增大，大断面、大跨度的隧道越来越多。由于我国隧道工程的起步比较的晚，技术和发达国家也存在着非常明显的差距。因此，在建设的过程中经常出现这样或者那样的问题，给国家的经济造成了很大的损失。通过对过去隧道安全的事故的分析，我们可以非常明显发现，在目前我国隧道施工的技术基础下，在进行跨度较大的隧道进行施工的过程中，缺少必要的安全管理措施，没有一个具体的安全管理制度以及安全管理意识的缺失会对隧道的安全施工埋下非常大的隐患，给国家的迅速起到了负面的作用，给人民

2、群众以及施工人员的生命安全造成了很大的威胁。基于此对隧道施工安全风险预警系统进行研究是必不可少的，也是迫在眉睫的。在本文中，笔者针对大断面公路隧道施工风险管理进行了阐述，并且结合隧道施工的具体的情况，把风险管理理论以及预警理论应用到实际的隧道建设过程当中，提出了建立合理、有效大断面公路隧道建设风险预警系统的思路。在文章的开头，讨论了大断面隧道施工的风险特征，断面结构施工方法和技术以及隧道施工风险管理理论，通过对大断面隧道施工产生很大影响的风险进行识别、评估等工作，以达到科学管理、控制隧道施工风险的目的。其次，根据筛选的原则建立隧道施工地点的地形，建立大断面公路隧道施工风险预警指标体系。然后，指

3、出建立该模型的具体原则，从而预测模型，以及在运行过程中主要使用的方法，并利用 BP 神经网络建立大断面公路隧道施工风险预警模型。并建立了警告阈值,并对警告信号进行了话费，通过计算，计算了各种具体的指标，到系统的预警监控指标超标警告阈值时，系统会预警信号，并采取适当措施的情况。最后， （列举了）一个真实的案例表明 BP 神经网络预警模型的实用性。目前，国内大断面隧道施工风险管理和技术先进的发达国家相比，差距明显，施工过程中存在潜在的风险。并且缺乏前瞻性，据推测，判断，管理当中存在的风险是事故的一个重要诱因。预警系统的研究可以预测的风险施工当中存在的风险，改变了传统的时候管理的模式，大大降低意外事

4、故造成的巨大损失的风险。因此，研究的隧道施工的预警系统，对于减少隧道道路施工的风险具有重要意义。关键词：风险管理；风险预警指标体系；BP 神经网络；预警阀值；预警管理IIABSTRACTABSTRACT: With the level of economic development , the tunnel project has been more and more attention , the tunnel project to improving the level of domestic traffic , improve transport capacity has a very

5、important significance , as the traffic is increasing, and large cross-section , more and more large-span tunnel . Since China started relatively tunneling works late , technology and developed countries there is a very obvious difference. Thus, in the process of building often the question one way

6、or another , to the country s economy caused a great loss . Through the tunnel safety incidents over the last analysis, we can very clearly found in our current technology base tunnel under the large span tunnel during the construction process, the lack of the necessary safety measures , without a s

7、pecific safety management system as well as the lack of awareness of safety management tunnel construction safety be planted very big risk to the country s rapid played a negative role , to the people as well as the safety of construction workers caused a great threat. Based on this the tunnel const

8、ruction safety risk early warning system research is essential , and it is imminent .In this article, the author for the large cross-section road tunnel construction risk management are described, and the combination of the specific situation of tunnel construction , the theory of risk management an

9、d early warning theory is applied to the actual tunnel construction process, proposed the establishment of reasonable and effective large section tunnel construction risk early warning system of thought. In the beginning of the article , discusses the risks of large cross section tunnel construction

10、 characteristics , the cross section structure construction methods and techniques as well as tunnel construction risk management theory , through the large section tunnel construction risks a great impact on the identification, evaluation , etc., in order to achieve scientific management, control t

11、unnel construction risk. Secondly, according to the principles of screening to establish a tunnel construction site terrain, establishing a large cross-section road tunnel construction risk warning indicator system . Then , noting that the model established specific principles , which forecast model

12、, as well as during operation the main use of methods and BP neural network to establish large section highway tunnel construction risk early warning model . And IIIthe establishment of a warning threshold and warning signals were calls by calculating , calculating a variety of specific indicators ,

13、 early warning systems to monitor indicators exceeded the warning threshold , the system will alert signals and take appropriate measures in the case . Finally, a real case showed that BP neural network prediction model of practicality.At present , the domestic large section tunnel construction risk

14、 management and technologically advanced countries , the gap significantly , the construction process is a potential risk. And the lack of forward-looking , presumably , judgment, management of which there is the risk of accidents is an important incentive. Pre- warning system of construction which

15、can predict the risk of the risks , the time has changed the traditional management model , greatly reducing accidents caused huge losses. Therefore, the study of tunnel construction early warning system for reducing the risk of tunnel road construction has important significance.Keywords: risk mana

16、gement ; risk warning indicator system ; BP neural network ; warning threshold ; early warning managementIV目录中文摘要 .IABSTRACT.II第 1 章 绪论 .11.1 选题背景及意义 .11.1.1 选题背景 .11.1.2 选题意义 .31.2 国内外研究现状及趋势 .41.2.1 国外研究综述 .41.2.2 国内研究综述 .41.3 研究内容与方法 .51.3.1 研究内容 .51.3.2 研究方法 .5第 2 章 隧道施工及其主要风险 .72.1 隧道施工概述 .72.1

17、.1 隧道施工主要特点 .72.1.2 隧道施工常用工法 .72.2 隧道施工的主要风险 .92.2.1 隧道施工的风险成因 .92.2.2 隧道施工的风险特点 .92.2.3 隧道施工的风险监控难点 .11第 3 章 隧道施工安全风险预警模型的构建 .133.1 构建隧道施工安全风险预警模型的原则及方法 .133.1.1 基本原则 .133.1.2 主要方法 .153.2 构建隧道施工安全风险预警模型的设计流程及设计重点 .163.2.1 设计流程 .163.2.2 设计重点 .17第 4 章 基于 BP 神经网络的隧道施工风险预警模型的建立 .20V4.1 MATLAB 概述 .204.1

18、.1 MATLAB 特点 .204.2 BP 神经元简述 .214.2.1BP 神经元工作原理 .23第 5 章 基于 BP 神经网络的隧道施工风险预警模型的建立案例分析 .255.1 案例分析 .255.1.2 主要风险成因 .265.1.3 安全风险预警设计 .285.2 BP 神经网络预警模型的实际应用 .305.2.1 基于 BP 神经网络在围岩等级判别中的预警 .305.2.2 基于 BP 神经网络在隧道施工中的风险预警 .35第 6 章 结论和展望 .39致谢 .40参考文献 .41VI1第 1 章 绪论1.1 选题背景及意义1.1.1 选题背景自二十世纪九十年代以来，我国的工程建

19、设进入了一个蓬勃发展的时期，修建隧道也逐年增多。 2012 年全国交通行业发展公报统计，据截至 2012 底，全国要建设的各类隧道总长 2690 公里，其中地铁区间隧道 1000 公里，越江道路隧道 90 公里，水利水电隧道 600 公里，市政公用隧道 1000 公里。特别是在“十二五”期内，一批重大隧道工程项目，如秦岭终南山隧道、上海崇明隧桥、厦门翔安海底隧道等相继建成。隧道施工过程中,由于地质条件的多样性和复杂性,其施工事故发生率比其他岩土工程高且严重,给隧道工程施工人员身心带来严重的危害。隧道施工过程中,由于地质条件的多样性和复杂性,其施工事故发生率比其他岩土工程高且严重,给隧道工程施工

20、人员身心带来严重的危害。在隧道施工过程中由于坍塌而导致事故发生占 52%，由物体打击而导致事故发生占 9%，触电而导致事故发生占2%，冒顶片帮而导致事故发生占 9%，透水而导致事故发生占 9%，爆炸而导致事故发生占 9%，中毒和窒息而导致事故发生占 4%，火灾而导致事故发生占 4%，其他事故发生占 2%因此,对于隧道施工风险预警研究迫在眉睫,这是隧道安全管理的客观需要,也是保证建设目标实现的现实需要。本文针对隧道施工安全风险管理尚未成熟的现状,将风险管理理论和预警理论应用于实际隧道施工中,提出了建立隧道施工安全风险预警系统的研究。中国是一个多山的国家，山区和高原面积占土地总面积的 70左右。自

21、1979 年改革开放以来，在拉动内需的经济战略刺激之下，受到全球经济发展的推动，我国运输发展越来越快，山（区）公路隧道工程在整个交通网络中占的比例越来越大增加，并且还可以通过隧道通过复杂的地质条件，为了通过复杂的地质条件，经常在一些地质条件非常恶劣的地区开挖隧道，使得隧道施工已变得越来越困难。相比其他项目，山区高速公路隧道项目施工的具体的地形、地质条件和施工环境的不确定性因素非常的多，使得山（区或岭）隧道在施工过程中存在着巨大的风险。在最近几年，隧道项目的建设越来越多，但由于山（区或岭）隧道施工技术和工程相关的研究相对安全管理仍然是非常滞后的，加之对隧道工程风险管理的不科学的理解，经常采用一些

22、不合理的风险控制方2法，选用一些风险管理工作部到位的、非专业的施工队伍，导致山隧道工程安全事故时有发生，其后果是非常严重的，让人堪忧的。例如： 2007 年 1 月广西洛湛的隧道发生爆破，事故的原因是施工的管理者没有做好地质的预测工作，没有对施工通过的洞穴进行风险管理，导致在施工过程中洞穴突然下陷，造成257 名村民被迫撤离。2007 年 11 月 20 日 8:44 ，高阳寨铁路隧道线进口发生重大事故，造成特别严重的后果，导致了现场建筑工人 4 人死亡， 318 国道内，一辆巴士内 32 不幸生亡，1 人受伤。 2008 年 4 月 25 日上午 11 时许，武汉白云区，武广铁路局在寻找隧道

23、施工点的时候，由于施工使用雷管爆破，导致一个人死亡，一人重伤的事故。 2008 年 11 月 1 日中午 12 时许，垫忠高速公路隧道月明山段在施工过程中发生爆炸，现场办公室里爆炸点不足 140 米，造成一人当场死亡，一人在抢救过程中身亡，两人受伤。 2009 年 5 月 12 日 6 时 30分， 6 个工人在宜昌三峡翻坝高速公路鸡岭隧道进行隧道施工，屋顶坍塌的岩石，导致一名工人当场死亡，一名工人受轻伤。 2011 年 4 五月，甘肃省张掖市山丹县军马场境内的小平羌口隧道坍塌，造成 3 人死亡。从上面可以看出，对于隧道施工过程中的风险进行研究是非常有必要的。根据我国国情，施工因素在整个山公路

24、隧道施工风险因素起到了非常显着的比例。 “多” ， “乱” ， “低” ，是目前中国施工现场的特点。 “多”是指许多施工单位。山（区）公路隧道施工难度大，危险，这就要求施工单位在面临的风险事故时，有足够的反应能力。但我们的山（岭）隧道施工队伍的技术水平很不平衡，很多单位不能正确认识风险，风险意识非常薄弱。 “乱”是指现场管理混乱。据笔者调查发现，许多施工单位缺乏安全管理意识，管理，施工过程和施工质量不能得到有效控制，导致发生事故的风险。 “低”是指低层次的知识。施工单位施工人员缺乏必要的培训，许多建筑公司和人员了解新奥法的原则是不够的，所以结果是不标准化建设普遍的存在。由于山（岭）隧道施工需要

25、花费很多的财力，并且一般情况下对当地环境是难以预知;山（岭）隧道工程环境的复杂性导致国内隧道钻爆法施工，要求施工周期比其他的道路施工时间更长;山（岭）隧道施工的复杂性也更大，而且各种风险和负面影响的后果，相关行业工人不能一时消除。因此，山（岭）隧道施工安全风险在隧道施工现场管理的实施是十分必要和非常迫切的。为了确保山（岭）隧道施工的安全性，减少山（岭）隧道施工安全事故，控制事故损失的后果，提高建设的隧道施工团队意识的风险，保护人们的生命和财产安全，风险评估和现场管理，对于隧道建设和合理利用的巨额资金用于建设这个研究的课题非常有价值。因此，公路隧道在施工过程中的安全实施风险控制非常有必要，并且紧

26、迫。3为了确保公路隧道的建设，在很短的一段时间内，实现快速增长，以减少山（岭）隧道施工安全事故的可能性及事故发生后，如何进行大型地下隧道工程的施工，怎么合理使用数额巨大建设资金，已成为一个值得进一步研究的课题。隧道施工安全施工的全过程进行风险管理以及具体的控制力度，可以帮助决策者进行科学的风险管理，有利于降低事故项目的可能性，有利于控制扩张，并且抑制工程保险费用的爬升速度，有利于事故，巨大损失的风险。1.1.2 选题意义目的：通过对多山的地形大断面公路隧道施工风险分析，警源的研究，警告标志和警告限制测定，建立基于人工神经网络模型，预防和矫正风险的发生和发展的预警，确保隧道施工处于安全状态。意义

27、：在这篇论文中，对多山的地形大断面公路隧道的风险管理理论和预警理论进行了研究，神经网络理论，从预警的角度来看，建立了目前使用最广泛的基于 BP 神经网络预测模型，并列举了测试了模型的科学性，可靠性和可操作性的实际例子。为今后的理论研究提供了早期预警的理论参考。主要体现在以下几个方面：1、文提出了一个多山的地区大断面公路隧道施工风险预警概念。鉴定在大断面隧道施工中可能出现的风险因素，对存在的风险进行评估，并建立建设风险预警模型。2、用人工智能方法： BP 神经网络，建立大断面隧道施工风险管理的风险预警模型的公路隧道，是一种新的尝试。3、预警模型，可以使大断面隧道施工的科学和程序。有序运行体系，形

28、成的信息输出和反馈自动调节机制，以避免过多的人为干扰以及施工人员个人经历的影响，早期预警系统，应根据长期的实践经验和预警的科学基础。因此，早期预警系统，使我们的隧道风险预测走入了科学的轨道。4、系统建设项目的风险管理具有重要的理论意义。目前，国内预警分析研究的广度和深度的研究仍处于起步阶段，不能满足实际需要，因此，一大段公路隧道预警理论的进一步深入是十分必要的，项目风险管理是建设的主要内容。思路：首先，研究和分析的山区大断面公路隧道施工的主要内容。其次，风险因素的识别和分析，风险应对策略的制定和控制。同时，根据公路山岭隧道施工安全风险特征，结合预警管理思想和原则，构建指标体系，建立了山区大断面

29、公路隧道施工风险预警指标体系。4最后，通过大断面公路隧道施工风险预警系统警告的原则，建立其风险预警阈值，并结合实际测试的情况下，建立预警模型。1.2 国内外研究现状及趋势1.2.1 国外研究综述国外在隧道在其他行业的应用研究项目与风险管理研究方面显得薄弱。EinsteinHH 根据主要的风险分析了隧道施工的特点，遵循根据具体情况的想法，并做相关的研究。赖利J 根据隧道施工的后果按照风险类型可分为四类：人员伤亡;成本增加;时间增加;无法满足要求等四个风险。ReillyJJ 把风险分析技术将被应用到斯德哥尔摩环公路隧道，得到一些规律性的结论。BNilsen 对基本条件复杂地区的隧道进行了深入研究的

30、。Heinz Duddeck 对跨英吉利海峡隧道，阿尔卑斯山隧道，如何进行风险评估进行了讨论。此外，日本的佐藤等统计了大量隧道的事故，并且进行了分类统计风险。国际隧协在 2002 年编写的“隧道风险管理指南” ，主要用于隧道工程风险管理，引导建立了一套参考标准和管理办法。ReillyJ 和 J JBrown 对隧道工程等基础设施建设项目的风险管理和成本控制，做了相关的研究。1.2.2 国内研究综述中国隧道工程风险分析应用研究是近几年才发展起来的。这主要是由于中国的隧道施工时间短，隧道技术不发达造成的。然而，随着中国经济的发展，特别是在西部大开发提上议事日程，一系列的隧道的建设在西部地区建设中有

31、着非常重要的意义，在隧道施工中建立风险分析越来越得到重视。同济大学丁士昭教授对地下工程建设存在的的风险进行了研究。同济大学陈龙教授对隧道工程风险分析的研究框架和实施工具进行了系统地阐述，探索隧道风险的机制和其他基础设施的问题。贾飒飒对公路隧道的风险进行了全面的研究，以提高公路隧道施工风险管理体系。贾建清以方斗大的隧道开挖深度为研究背景，研究隧道和地下空间工程支撑体老化的可靠性和风险管理问题。滕红军对地表建筑物的安全性所带来的风险进行了分类，从而进行了隧道施工研究，并提出相应的控制措施。李峰，根据软岩地层下施工特点，与各种风险应对措施，提出了一些有效的措施，以应对各种风险因素相结合导致的风险，开发出了强烈的风化层的主要风险应急预案的一部分。陈成都地铁 1 号线，根据一个项目的盾