城市隧道是现代城市建设必不可少的建筑，城市隧道能缓减城市交通拥挤、分散一部分客流、有利于城市发展。城市隧道施工即不能影响地面交通的正常运行以不能居民的正常生活。城市隧道施工方法有盾构法、沉管法、顶进法、掘进法等，现在用的较多的是盾构法。盾构法施工的特点快速、优质、效益高、安全、环保、自动化和信息化程度高。现在的安全施工方针是安全第一、预防为主、综合治理。保证施工安全就要有好的施工方法和先进的施工设备。
本论文首先从城市隧道施工危险因素的原理、分类、影响结果进行研究分析。然后采用模糊综合评价法对城市隧道施工塌方进行安全评价。在评价过程中，采用层次分析法来确定权重向量，采用专家评分法确定等级评价矩阵，采用模糊综合评价法得出模糊综合评价向量，采用最大隶属度得出评价结果。通过模糊综合评价，确定黔灵山城市隧道施工安全评价属于“安全性一般”。最后提出一些隧道塌方的对策措施。
关键字：模糊综合评价 城市隧道施工安全 塌方处理措施 盾构法施工
ABSTRACT
City tunnel is essential for the construction of modern urban architecture, urban tunnels can mitigate urban traffic congestion, scattered part of the passenger and conducive to urban development. Urban tunnel construction can not affect the normal operation of ground transportation in order to not be the normal life of the residents. Urban tunnel construction method shield tunneling method, the immersed tube method, as jacking and tunneling method, now with more of a shield law. The characteristics of the shield construction is fast, high-quality, high efficiency, safety, environmental protection, a high degree of automation and information. The construction of the security policy is safety first, prevention, comprehensive treatment. There should be a good construction methods and advanced construction equipment to ensure construction safety.
This paper first principle, classification and affect the outcome of risk factors from the city tunnel construction. Safety evaluation and fuzzy comprehensive evaluation method of urban tunnel construction collapse. In the evaluation process, use the analytic hierarchy process to determine the weight vector and expert scoring method to determine the grade evaluation matrix. Fuzzy comprehensive evaluation method to get the vector of fuzzy comprehensive evaluation, use the maximum degree of membership to come to the evaluation results. Fuzzy comprehensive evaluation to determine the Qian ling mountain city tunnel construction safety assessment is the general of safety. Finally, some of the countermeasures of the tunnel collapse.
Key words: Fuzzy comprehensive evaluation Urban tunnel construction safety Collapse Treatment of measures Shield construction
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题来源及意义 1
1.1.1城市隧道施工安全的来源 1
1.1.2城市隧道施工安全的意义 2
1.2城市隧道施工安全国内外研究状况 2
1.2.1国内的发展情况 2
1.2.2国外的发展情况 3
1.3城市隧道施工安全研究内容及目的 4
第二章 城市隧道施工安全评价体系的建立 6
2.1城市隧道施工危险因素分析 6
2.1.1盾构法隧道施工期间引起的土体变形 6
2.1.2盾构法隧道施工对邻近建筑物的影响 6
2.1.3隧道施工对地下管线的影响 7
2.1.4塌方对隧道施工安全的影响 7
2.2评价体系的设计原则 9
2.3评价体系的确立 9
第三章 基于模糊理论的城市隧道施工安全的评价 10
3.1模糊综合评价法的概念 10
3.2城市隧道施工安全的模糊综合评价模型建立 10
3.2.1建立模糊综合评价模型的因素集 10
3.2.2建立模糊综合评价模型的评价集 11
3.2.3建立模糊综合评价模型的权重集 11
3.2.4案例分析 15
第四章 城市隧道施工塌方的对策措施及应急预案 17
4.1城市隧道施工塌方的对策措施 17
4.2城市隧道施工塌方的应急预案 18
4.2.1机构 18
4.2.2职责 18
4.2.3应急程序 18
4.2.4塌方的应急行动程序 20
第五章 结论 21
谢 辞 22
参考文献 23
第一章 绪论
随着城市人口的迅速增长和城市化建设步伐的加快，人们出行不便，交通拥堵。地下工程和隧道工程建设是缓解城市拥堵这一状况的最好途径，如城市地铁、城市地下通道。在隧道的建设过程中隧道施工安全是工程得以顺利进行的保证，以是施工人员人身财产安全的保证。本文研究城市隧道施工安全。
1.1课题来源及意义
施工安全是通过血的教训而得到的，隧道施工以是如此。专家们通过对事故的分析得出一些安全施工的准则，研究城市隧道施工安全的意义是保障工程的顺利进行，减少人员伤亡，减少工程成本。
1.1.1城市隧道施工安全的来源
随着我国国民经济的快速发展，城市化水平的不断提高，大量的人口不断涌入城市，城市的发展面临着严峻的局势。由于城市化的高速发展在我国已经形成了城市综合征，不解决好城市综合征问题将会严重影响我国社会经济的课持续发展。近十年来我国城市轨道交通建设迅速发展，1995-2008年的12年间，我国建有轨道交通的城市，从2个增加到10个，投资以每年100多亿元的速度在推进。迄今为止，已有10个城市开通了31条城市轨道交通线，运营里程达到835.5km。近期又批复了22个城市的地铁建设规划，总投资达到8820.3亿元。
目前国内外修建城市隧道的施工方法有盾构法、浅埋明挖法、明挖法等。明挖法和盾构法施工虽然对上覆土层扰动较小，但仍不可避免地会对周围土体产生扰动，进而引起土体变形，引起一系列的环境岩土问题。例如，导致地面建筑物倾斜、开裂乃至坍塌，邻近基桩断裂或产生较大沉降，既有隧道或地下管线断裂、破损，道路路面破损等。2002年，深圳地铁一期工程4号线在施工工程中引发地面塌陷以及邻近建筑物的轻微沉降等问题，对工程产生了巨大的影响。2003年正在施工中的上海轨道交通4号线区间隧道浦西联路通道发生透水，随后发生大量流沙涌入，造成大面积的沉降，造成三栋别墅建筑物严重倾斜。造成1.5亿元左右的直接经济损失。2004年广州地铁2号线延长段水管被压断，引起大量的涌水，造成工地的基坑挡土墙严重变形，基坑的北面和南面有小面积的塌方。
对地铁土压平衡式盾构隧道施工安全评价模式，针对地铁土压平衡式盾构隧道施工的特点，首先运用系统工程学的思想对盾构隧道施工存在的危险因素进行辨识，对地铁盾构隧道施工进行层次分析，然后构造安全评价指标体系，运用模糊理论确定指标层和准则层的权重，使用安全检查表法和作业条件危险性评价法等不同评价方法对指标层的款项进行评价，得出指标层、准则层的危险等级，最后使用模糊综合评判法对准则层进行评价得出目标层的危险等级，形成安全评价模式，该模式可为类似工程施工的安全评价提供参考。
基于复杂条件下地铁隧道安全快速施工技术，针对城市地铁隧道施工难度大、安全风险高、工期紧的工程现状，通过理论研究和技术创新，采用大包施工工法，安全快速地完成了横通道转正洞施工。采用纵横导洞施工工法，实现了突变断面从大到小安全快速施工的目的。采用双洞法施工连拱隧道和整体式二衬方案，安全快速地完成了连拱隧道施工，确保了连拱隧道防水效果。采用河底铺设防水毯、地层超前降水、小导管加密注浆等技术，提出了区间隧道过河过桥安全控制模式。同时，借助数值模拟手段，优化施工方法、验证施工方案和评估施工效果，提出了一些合理化的建议。
隧道施工中围岩稳定性与隧道施工安全的关系(预防隧道塌方)，在我国当前的生产力水平条件下，隧道其核心就是基本维持围岩原始状态，达到充分发挥围岩自承能力的目的，在保持平衡稳定性这一点上，各种设计理论和施工方法是一致的。其中预支护原理的正确运用是确保隧道围岩稳定的前提，“能量最小原理”与“基本维持围岩原始状态”的提法是相辅相成的，“能量最小原理”是直接判断施工方法优劣的原则，是实现“基本维持围岩原始状态”目标的应遵循的技术原则，“保持平衡稳定性”是工程质量的保证。因此，隧道施工不管采用什么设计原理和施工工法，关键是施工过程中要遵循“能量最小原理”。按此原理选择合适的工法，达到“基本维持围岩原始状态”，因此，“预支护原理的正确运用”、“能量最小原理”和“基本维持围岩原始状态”是隧道施工合理方法的判别原则。
在施工中遇到了溶洞、填充溶洞、破碎带、断层等复杂的不良地质灾害。在施工中遇到了塌方、沉降、溶洞处理等多项问题。同时，也是对城市隧道施工全面系统的学习、了解。
1.1.2城市隧道施工安全的意义
随着社会的进步，隧道工程的发展，在隧道施工中出现了许多伤亡事故，城市隧道施工安全的意义是为了减少施工中的伤亡事故、保障施工进度。在实践中总结经验，如隧道施工应作为安全标准工地建设的重点，认真编制工地安全实施标准，全面规划，合理安排，规范指挥行为、作业行为和现场生产设施，实施标准化管理。施工组织设计要按照《规范》、《安规》和设计要求，结合地形、地貌和水文地质条件，科学选定开挖、支护、衬砌方法和工艺，制定详细具体的安全技术措施。施工中应根据地质条件的变化及时补充完善，并认真做好安全教育和技术交底。 对施工安全管理的研究、技术的研究，目的是为了减少施工中的伤亡，以便工程项目能顺利完成，还可以提高施工设备的研究，使人-机-环管能够做的更好。
1.2城市隧道施工安全国内外研究状况
1.2.1国内的发展情况
在隧道工程监测和信息化设计方面，我国在发展以位移测试为主体的隧道施工监测系统以及监测信息反馈理论方面都有很大的进展，断层参数预测法、超前预报隧道断层技术等一系列成果已达国际先进水平。近年来，在处理隧道不确定风险性方面，在设计中引进了概率论、模糊数学和最优控制理论的卡尔曼滤波器理论，丰富了隧道设计理论，也提高了工程技术人员对隧道设计施工的不确定风险的认识。
姬海东等[1]对比分析了有限元数值模拟和现场量测的结果，二者基本吻合，验证了两种手段对地表沉降及管线变形、受力分析结果的有效性和可靠性。
徐光明等[2]通过改变模型尺寸来改变基础大小和它所接触的土颗粒总数及基础所受到的约束程度，从而探讨粒径效应和边界效应的作用规律和影响范围。
孔祥鹏[3]等针对明珠线车站穿越1号线工程，使用三维有限元方法模拟计算，发现车站的穿越造成原结构传力路径和受力机理的改变，给予工程施工前预先加固的建议。
仇、张志强[4]根据深圳市地铁一期工程罗湖一国贸一老街一大剧院三区间隧道的地质条件及设计文献对重叠、交错地铁区间隧道，按不同隧道净距分为先上后下和先下后上施工，采用FLAC分析软件，按平面应变问题模拟围岩、支护结构及开挖过程，对应力场、位移场进行了计算模拟分析。
潘晓马等[5]人结合弹塑性力学、结构力学等理论基础，针对新建隧道与既有隧道间距较近的情况，采用数值模拟手段，计算和分析了Ⅲ类围岩下两平行隧道净间距2m至3D(D为隧道外径)变化的7种情况，分析结果表明，新建隧道开挖将引起围岩应力重分布，使既有隧道衬砌结构的安全性降低，其降低程度与两隧道间距有关。应力增量百分比随着隧道间距的增大而出现下降趋势，当两隧道间距一定时，开挖对既有隧道靠近开挖一侧的衬砌结构影响最大。
施成华、彭立敏等[6]结合随机介质理论，将要分析的地层看作随机介质，将隧道浅埋段的开挖所造成的地表变形以随机过程进行分析和计算，并得出隧道开挖对周边建筑物所造成的影响。
王兰生教授为主设计的现场围岩变形跟踪监测系统(TMS系统)[7]，在隧道施工中对岩爆发生的部位和级别做出了准确的预报，研究成果居国内领先水平。
刘建航、侯学渊研究了盾构法施工引起的地表沉降，提出相应的预测方法[8]。徐永福、孙钧等讨论了隧道盾构掘进施工对周围土体的影响，人工智能神经网络技术在对盾构施工扰动与地层移动的预测中获得应用[9]。李大勇、龚晓南、张土乔考虑了基坑围护结构、土体与地下管线的耦合作用，建立了地下管线、土体以及基坑围护结构为一体的三维有限元模型[10]。吴波、高波等基于ANSYS软件平台，将地下管线模拟成三维弹性地基梁，建立了隧道支护结构－土体－地下管线耦合作用的三维有限元分析模型，对施工过程进行了仿真分析，并对地下管线的安全性进行了预测，给出了管线安全性的评价标准[11]。
1.2.2国外的发展情况
Taki与O’Rourke 分析了作用在铸铁管上的内部压力、温度应力、重复荷载及安装应力，计算了低压管在综合作用下拉应力与弯曲应变的典型值，认为作用在管线上的初始应力大致为管线纵向弯曲应变0.02％～0.04％时对应的应力值。美国犹他州立大学研究人员对螺旋肋钢管、低劲性加肋钢管、聚氯乙稀（PVC）管进行了应力、应变及应力松弛等试验，得出相应的结论[12]。
Attewell[13]认为隧道施工引起的土体移动对管线的影响可从隧道掘进方向与管线的相对空间位置来确定，当隧道掘进方向垂直于管线延伸方向时，对管线的影响主要表现在管线周围土体的纵向位移引起管线弯曲应力的增加及接头转角的增大；当隧道掘进方向平行于管线延伸方向时，对管线的影响主要表现为周围土体对管线的轴向拉压作用。而管线对土体移动的抵制作用主要与管线的管径、刚度、接头类型及所处位置有关。隧道风险管理指南起草工作始于1999年，由ITA（国际隧道协会）负责，并于2003年完成。在传统概念上，贯穿于项目建设过程中的工程决策，已经间接实施了风险管理。但风险管理的研究认为，用系统的风险管理技术代替传统的模糊风险管理技术，可大大提高风险管理水平，从而可以清楚地识别出工程中潜在的风险，并及早采取风险减轻措施。
Reilly.J.J[14]提出了隧道工程的建设过程就是全面的风险管理和风险分担的过程，他认为地下结构工程中的主要风险主要包括：人员伤亡、财产经济损失风险；项目造价增加的风险；工期风险和不能满足设计、使用要求的风险。
A.J.M.Snel&D.R.S.van Hasselt[15]在考虑投资、工期和工程质量的前提下，研究了阿姆斯特丹南北地铁线路设计和施工中的风险管理问题，并提出了“IPB(Inventory of critical aspects；Preventive measures；Backup measures )”的风险管理模式，利用该模式可以控制复杂的地下工程施工过程中的工期、造价和质量方面的风险。
Duijvestijn[16]采用定量的风险分析方法在初步设计阶段就对姆斯特丹城市南北线地铁工程的各方案的成本风险图和结构的可靠度进行了分析，并在最终设计阶段进行了影响工期、成本、技术质量和安全的所有风险进行了识别和分析工作。
瑞士联邦技术研究院的 Faber.M.H 教授长期以来重视土木工程的安全和风险研究，他系统的阐述了风险分析常用的方法和在土木工程中的应用[17] 。
1.3城市隧道施工安全研究内容及目的
随着道路工程建设步伐的加快，我国隧道延米数成倍地增长。同时，隧道施工安全问题也随之被提上重要议事日程上来。隧道施工安全是一个复杂的系统工程，哪一个方面、哪一个阶段、哪一个环节的工作没有做好都可能酿成事故。如何有效地确保隧道施工安全，是摆在我们单位广大隧道施工管理者和技术人员面前的一个课题。在这里从下面几个方面来研究隧道的施工安全。
（1）建立城市隧道施工安全评价指标，通过对城市隧道施工安全在盾构法施工对土体变形的影响、盾构法施工对邻近建筑物的影响、对地下管线的影响、隧道施工中塌方对施工的影响的危险因素分析。
（2）通过评价指标的确立，选择评价方法进行评价，本文选择了模糊综合评价和层次分析法，层次分析法确立评价指标，把指标分为二级、一级指标。
（3）建立模糊综合评价的数学模糊，即因素集、评价集、权重集，对相应的权重集进行一致性检验。一致性检验符合后通过具体的工程实例进行安全评价，由理论和实际的结合得出评价结果。
（4）根据评价结果提出相应的对策措施，然后根据城市隧道施工事故的特点、处理措施制定相应的应急预案。
本论文通过对城市隧道施工方法的特点及隧道施工塌方事故的调查分析，通过分析城市隧道施工的危险因素，最后确定采用半定量的评价法模糊综合评价法对城市隧道施工安全进行安全评价。最后根据评价结果提出对策及相应的应急预案。
第二章 城市隧道施工安全评价体系的建立
做评价之前要建立相应的评价体系，而城市隧道施工安全评价体系建立需要分析施工中存在哪些危险因素，有了危险因素才能够确立评价指标，在做实训调查时，统计了塌方事故是城市隧道施工中发生较多的事故，本文研究城市隧道施工中塌方事故并建立相应的安全评价体系指标。
2.1城市隧道施工危险因素分析
隧道施工是地下施工的一种，地下施工相对于地面施工难度、危险性都较高，这时选择怎样的施工方法至关最要，每种方法都有它最适合场所，如新奥法在1969年间应用较为广泛，沉管法在穿越江河、海峡等水底隧道施工中用的较多，顶进法在修建城市人行道或地下管道穿越河流的立交工程等较为广泛，现如今在城市隧道施工应用最广范的是盾构法施工，下面来分析盾构法施工造成的危险和对周围建筑的影响，本论文研究城市隧道塌方对工程的影响。
2.1.1盾构法隧道施工期间引起的土体变形
盾构法隧道施工是指使用盾构机，以便控制开挖面及周围土体不发生坍塌失稳，以便进行隧道掘进、出渣、并在机内拼装管片形成衬砌、实施壁后注浆，从而不影响周围土体而修筑隧道的方法。盾构法施工是一个很复杂的过程，它对周围环境的影响与施工技术环节密切相关。早在1969年Peck就指出盾构法施工引起的土体损失以及对相邻结构的影响与施工的具体细节是分不开的[18]。盾构施工有以下几个主要的步骤，其一土方开挖和开挖面支护，其二盾构推进与衬砌拼浆，其三盾尾脱空和壁后注浆。
盾构法隧道施工过程中不可避免地会对周围土体长生扰动，从而引起土体变形。由于土体损失、周围空隙水压变化以及衬砌变化等原因，地层的原始应力将从新分布原有的土体平衡状态遭到破坏，导致地表发生下沉变形、倾斜变形、曲率变形、水平移动变形以及连续变形等现象。在盾构法隧道施工期间引起土体变形的因素很多，其中主要有一下几种。其一正面附加推力，由于盾构施工过程中为了是开挖面土体稳定，开挖面通常保证有足够的支护力，产生正面附加推力P，在正常施工中，P一般控制在20KPa左右。但是在一些特殊情况下，例如当推进面前方存在不明障碍物、机头穿越不同土层交界面以及在长时间停止推进又推进时，都可能导致正面推进力有较大的波动。土体受到盾构挤压产生“挤压效应”，表现为开挖面前方地面产生隆起，开挖面后方地面产生沉降，在开挖面上方地面变形为零。其二盾壳与土体间的摩擦力，由于盾构机与土体之间的接触面积较大，产生较大的摩擦力，摩擦力会带动周围的土体移动，从而引起土体变形。其三土体损失，由于土体开挖卸载以及盾尾通过后产生的建筑空隙引起土体损失，尽管采用了注浆填充措施，但仍不可避免地会产生土体损失，进而引起地面沉降。
2.1.2盾构法隧道施工对邻近建筑物的影响
盾构施工将引起一定范围内的土体位移和变形对于位于影响范围内的地表建筑物，由于地基土体的变形会导致其外力条件和支承状态发生变化，而外力条件的变化又将使已有建筑物发生沉降、倾斜、断面变形等现象。因此外力条件的变化将随已有建筑物与盾构隧道的位置关系、地基上的性质、已有建筑物的结构条件和刚度等的不同而不同。外力条件的变化主要由以下原因导致，（a）土体应力释放引起的弹塑性变形，导致建筑物地基反力的大小和分布发生变化；（b）因覆土压力的增大而导致的土体沉降，使建筑物地基的垂直土压力增大；（c）因土体负债而导致的弹塑性变形，使建筑物地基的土体压力增大；（d）因土体力学现状变化而导致的弹塑性沉降和蠕变沉降，引起引起建筑物地基的反力分布发生变化。这些原因主要是因为盾构推力过大、盾构与周围土体间的摩擦、壁后注浆压力、盾尾建筑空隙和开挖面超挖等因素引起[18]。
深基础的建筑物不仅受到基础底部土层变形的影响，还受到基础四周地层变形的影响。由于桩基础埋深较深，当沉降过大时，基础刚度发挥作用，使得建筑物破坏较小。同时，土的侧向变形易引起桩的侧向变形和应力变化，从而引起上部建筑物的变形和内力变化。
2.1.3隧道施工对地下管线的影响
隧道施工与地下管线的相互作用包括地下管线对土体的锚定作用和土体对地下管线的反作用两个方面。首先，在隧道开挖完成后、支护结构形成强度前的间隔时间段内，隧道处于一种临空状态，隧道开挖引起隧道周围一定范围内土体应力的变化，在应力调整的过程中，引起隧道周围土体的变形或破坏，随着隧道开挖其影响随着扩大，土体的变形时自下而上的，当土体变形传递到地下管线处，隧道施工引起的土体变形会在地下管线中产生附加应力和弯矩，进而引起地下管线变形。同时，地下管线对土体还有锚定作用，土体变形。地下管线变形的大小主要取决于土体和管线的相对刚度以及隧道在管线处产生的土体变形。当隧道掘进方向平行于管线的延伸方向时，对管线的影响主要表现为周围土体对管线的轴向拉压作用；当隧道掘进方向垂直于管线的延伸方向时，对管线的影响主要表现在管线周围土体纵向位移引起的管线弯曲应力增大及接头转角增大[19]。
2.1.4塌方对隧道施工安全的影响
在城市隧道施工阶段塌方事故是司空见惯的，以是比较典型的事故。造成塌方事故的因素很多，有地质上突发的因素，如地质状态（含不良地质）、地下受力、地下水位等，以有施工方面的因素，即施工方法的选择、现场施工的管理、施工设备的本质安全等，以有认为的因素，如设计不当、作业不当等[20]。如安全是否完善，现场工作人员是否经过安全教育，岗前培训等。由于塌方事故带来的经济损失和人员伤亡十分严重，因此，需要尽量排除造成塌方事故的各种各样的因素。
（1）塌方的原因
a由地质因素分析，造成施工塌方的因素有洞顶、侧壁岩体的滑移或坍塌，还有越到少数的不良地质，即富水断层破碎围岩、黄土围岩、岩溶地质等。在处理洞顶时要特别加固洞顶陪衬，对洞顶松软的土体要加锚定，防止在施工时有土体掉下伤害正在施工的人员，严重时导致大面积塌方造成人员伤亡和财产损失，阻止施工进度。在隧道施工过程中经常会遇到断层破碎带、富水软岩及大量涌水地段等特殊地质，给隧道施工带来重重的困难。地下受力指挤压性围岩和膨胀性围岩，在施工时会产生局部高地应力，使这周围的土体产生一定的变形，而带来施工段的塌方。由于城市隧道一般都较深，地下水位对施工的影响很明显，地下水位浅施工较为困难，如处理不好会造成大量的地下水涌入隧道，造成施工困难或停止施工。
b对于施工方法的选择，城市隧道的施工方法通常采用盾构法施工。对于城市隧道施工安全采取的施工方法不同带来的危险就不同，本文选择盾构法施工，相对于其他的施工方法这种施工方法带来的危害小很多。但是盾构法施工以有缺点，即断面尺寸多变的区段适应能力差，新型盾构购置费昂贵，对施工区段短的工程不太经济。机器设备的本质安全高，对施工的影响小，相反就很大，很严重。现场施工管理以会影响施工的进度，还体现了管理人员对安全专业知识的掌握情况和熟练程度，其中每一个环节都对城市隧道施工阶段发生塌方事故有一定的影响，
c支护措施以很最要，这是施工进度的关键，做好支护能够保证施工顺利进行，隧道施工阶段造成的隧道内塌方与支护措施有密切的关联，做好盾构掘进开挖及开挖支护，可以迅速的锚定挖好的隧道，不让挖好的隧道发生塌方事故，在做隧道壁二次衬砌时对隧道施工阶段的塌方影响很大，如武汉市位于东湖生态旅游风景区湖滨村境内的花城大道西段下穿铁路隧道施工时发生塌方事故。
（2）预防塌方的措施
要预防隧道塌方，首先要做好超前地质预测，然后选择合理的施工方法和支护措施，主要有下面几点。
a先排水。在施工前和施工中都应采用相应的防排水措施，尽可能的将隧道内的水截于隧道外。
b弱爆破。在爆破时需要浅眼、密眼，并严格控制用药量或用微差毫秒爆破。
c强支护。针对地压情况，确保支护结构有足够的强度。
d快衬砌。衬砌工作需要紧跟开挖工作面进行，力求衬砌面尽快成环。
e勤检查、勤测量。对围岩有变形或异状，要立即采取有效措施及时处理隐患。
（3）塌方处理措施
a塌方处理应贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的方针。严格按照隧道施工安全技术操作规程和安全规则组成的预防和处治。
b根据不同的地质状况、塌方范围应制定不同的处治的方案。
c塌方处理前应确保塌方相对稳定后才处理塌方，确保人员和设备的安全。
d塌方的处理一般可以采用临时支撑、加固塌体、先护后清、排出地下水。处治时应根据塌方的原因、位置等综合考虑确定相对应的处理措施。
2.2评价体系的设计原则
现如今安全被广泛的受到重视，在隧道施工过程中事故发生较为平凡，所以安全是日常开会的主题，通过血的教训我们规定了很的安全生产规范和制度，从而就诞生了安全评价，在做评价时需要有一定的原则，这样工作起来才不会有矛盾、冲突，安全工作得以展开。建立平价体系时要遵循它的设计原则，如科学性、系统性、全面性、单元划分与合成性、稳定性、可考核性、可行性等原则[21]。
2.3评价体系的确立
隧道施工过程中发生事故是不可避免的，本文研究塌方对施工的影响。导致塌方的原因主要有三个方面的因素，如地质因素、施工方法因素、支护措施因素。地质因素包括洞顶、侧壁岩体的滑移和不良地质（岩溶、富水断层破碎带、黄土地质），施工方法因素包括盾构法、沉管法、顶进法、掘进机法。支付措施因素包括衬砌支付、盾构掘进机开挖支付、二次衬砌支护。还有现场管理因素包括安全生产责任制、安全机构设置、安全监督检查、现场施工管理。根据以上分析，建立城市隧道施工塌方的三级评价指标如表2-1。
表2-1 城市隧道施工塌方评价指标的建立
| 城市隧道施工塌方 | 地质因素 | 洞顶 |
| 侧壁岩体滑移 | ||
| 岩溶 | ||
| 富水断层破碎带 | ||
| 黄土地质 | ||
| 施工方法因素 | 沉管法 | |
| 盾构法 | ||
| 顶进法 | ||
| 掘进机法 | ||
| 支护措施因素 | 衬砌支护 | |
| 盾构掘进机支护 | ||
| 二次衬砌支护 | ||
| 现场管理因素 | 安全机构设置 | |
| 安全生产责任制 | ||
| 安全监督 | ||
| 施工现场管理 |
第三章 基于模糊理论的城市隧道施工安全的评价
在城市隧道施工安全评价方法中，很多学者都用了模糊层次分析隧道施工安全，本章主要采用模糊理论中的模糊层次平价法来浅谈城市隧道施工安全评价，层次评价有单层、多层、单层和多层综合三种评价方式，本文主要采用多层模糊评价。
3.1模糊综合评价法的概念
模糊综合评价法[22]是一种基于模糊数学的综合评标方法。该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。它具有结果清晰,系统性强的特点,能较好地解决模糊的、难以量化的问题,适合各种非确定性问题的解决。
模糊综合评价有三个步骤，第一确定评价的因素集，第二建立评价集第三是建立权重集。模糊综合评价的数学模型分为单阶、多阶模型。
3.2城市隧道施工安全的模糊综合评价模型建立
根据《中华人民共和全法》、《公路隧道施工技术规范》及《公路工程施工安全技术规程》等法律、法规、规范和在对城市隧道施工安全状况调查、分析的基础上, 将模糊数学理论和模糊层次分析法应用到城市隧道施工阶段安全评价中。对于城市隧道施工安全评价伤亡的方法有定性的、定量的评价，在本论文中将采取定量的评价方法模糊层次分析法，这种评价方法是模糊评价和层次评价的结合，两者之间互相互补。建立有序的阶梯层次结构，对每一层相对重要的因素给出定量的表示，确定同一层次各因素的权重，然后进行模糊综合评价。
3.2.1建立模糊综合评价模型的因素集
因素集是由影响评判对像的各个因素所组成的集合，是模糊综合评价是否科学的关键，模糊评价因素集用U表示，U={,，……， }其中（=1,2，……，n）是若干影响因素，在模糊综合层次分析法中层次之间尽可能全面，又要突出特点。将城市隧道施工阶段出现的塌方事故看成一个系统，应用模糊层次分析法构建城市隧道施工阶段塌方事故因素集的有序阶梯层次结构，如表3-1所示，用数学表达式为，,其中，，，。
表3-1 城市隧道施工塌方评价的模型因素集（）
| 一级因素 | 二级因素 |
| 地质状况 | 洞顶 侧壁岩体的滑移 岩溶 富水断层破碎带 黄土地质 |
| 施工方法 | 沉管法 盾构法 顶进法 掘进机法 |
| 支护措施 | 衬砌支护 盾构机掘进支护 二次衬砌支护 |
| 施工安全管理 | 安全机构设置 安全生产责任制 安全监都检查 现场施工管理 |
评价集是由对评价客体可能作出的评判结果所组成的集合,表示为={，，．．．．， }，其中元素（=1,2，．．．．，n）是若干可能做出的评价结果。模糊综合评判的目的就在于通过综合考虑评判对象的所有影响因素，从评价集中获得一个最佳的评判结果。
本文对城市隧道施工阶段塌方进行安全评价，把城市隧道施工阶段塌方对施工安全分为五级，分别对应={安全，较安全，安全性一般，较不安全，不安全}，为了使评定结果定量化，将评定等级按百分制给与赋分，评分标准见表3-2。
表3-2 城市隧道施工阶段塌方对施工安全的安全等级
| 安全等级 | 分值区间 |
| 安全 | 100 - 90 |
| 较安全 | 90 - 80 |
| 安全性一般 | 80 - 70 |
| 较不安全 | 70 - 60 |
| 不安全 | 60 - 0 |
权重集是指评价因素体系中各类因素的权值反映了该因素在城市隧道施工阶段塌方对安全施工的评价指标体系中的重要程度，科学合理的确定评价因素权值是城市隧道施工阶段对施工安全评价体系构建至关重要。在本文研究中采用层次分析法（AHP）来确定个评价因素的权值，层次分析法中同一层次的评价因素可以按照1～9 标度法结合两两比较的评价因素打分（见表3-3）[23]。构造判断矩阵，计算出各种对应因素指标的特征向量，即各因素指标的分权重，同时对每一层权重进行一致性检验，确保权重的科学性，在科学的基础上进行计算，才能保证得出的权重值的科学性、正确性、规范性。这样计算出来的矩阵才符合评判标准，使评价结果尽量接近现实的状况。以下是城市隧道施工阶段塌方对施工安全的各级评价因素权重的确定过程。
表3-3 判断矩阵1～9标准规则
| 元素 | 标度 | 规格 |
| 1 | 以上一层某个因素为准则，本层次因素与元素相比，具有同样重要 | |
| 3 | 以上一层某个因素为准则，本层次因素与元素相比，比稍微重要 | |
| 5 | 以上一层某个因素为准则, 本层次因素与元素相比，比明显重要 | |
| 7 | 以上一层某个因素为准则, 本层次因素与元素相比，比强烈重要 | |
| 9 | 以上一层某个因素为准则, 本层次因素与元素相比，比极端重要 | |
| 为两两比较的评价因素打分值，其取值也可以取上述标度的中值2、4、6、8 及其 倒数，即若因素与因素比较得则因素与因素比较得1/ | ||
W = {W1，W2，，W4}
——特征向量W的第个分量
——正规化后的判断矩阵中第行第列的元素
其中= 1，2，3，4； = 1，2，3，4
计算得：
将特征向量正规化后得到权重向量， =（0.22,0.22,0.30,0.26），以下同理。
表3-4 判断矩阵A-单层排序权重计算
| A | |||||
| 1 | 1/3 | 2 | 1/2 | 0.22 | |
| 3 | 1 | 1/2 | 1/2 | 0.22 | |
| 1/2 | 2 | 1 | 2 | 0.30 | |
| 2 | 2 | 1/2 | 1 | 0.26 |
表3-5 判断矩阵—单层排序权重计算
| 1 | 2 | 3 | 2 | 1/2 | 0.28 | |
| 1/2 | 1 | 1/2 | 1 | 2 | 0.16 | |
| 1/3 | 2 | 1 | 2 | 1 | 0.20 | |
| 1/2 | 1 | 1/2 | 1 | 2 | 0.17 | |
| 2 | 1/2 | 1 | 1/2 | 1 | 0.19 |
| 1 | 1/3 | 1 | 1/2 | 0.15 | |
| 3 | 1 | 2 | 1 | 0.36 | |
| 1 | 1/2 | 1 | 2 | 0.25 | |
| 2 | 1 | 1/2 | 1 | 0.24 |
| 1 | 1/2 | 1 | 0.25 | |
| 2 | 1 | 2 | 0.50 | |
| 1 | 1/2 | 1 | 0.25 |
| 1 | 1/2 | 3 | 1 | 0.27 | |
| 2 | 1 | 2 | 1/2 | 0.29 | |
| 1/3 | 1/2 | 1 | 1 | 0.16 | |
| 1 | 2 | 1 | 1 | 0.28 |
令，其中为A 的最大特征值,CI可作为衡量不一致程度的数量标
准,称CI 为一致性指标。对于具有一致性的正互反判断矩阵来说, CI = 0。由于客观事物的复杂性和人们认识的多样性，以及认识可能产生的片面性跟问题的因素多少、规模大小有关，仅依靠CI 值作为A 是否具有满意一致性的标准是不够的。为此，引进了平均随机一致性指标RI，对于n=1～4的平均随机一致性指标RI的取值如表3-9所示[23]。
表3-9 平均随机性一致性指标
| n | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| RI | 0 | 0 | 0.58 | 0.94 | 1.12 | 1.24 | 1.32 | 1.41 | 1.45 |
在一致性指标的基础上，对一级指标、二级指标进行一致性检验，检验指标是，而由和n决定，其中n是矩阵的阶数，是重大特征值，由表3-9给出。
， 3-1
又进行归一化处理，先使，归一化的结果就是关于的权重，由，可知，因。
， 3-2
由3-1、3-2式可算出一级指标判断矩阵、二级指标判断矩阵的最大特征值。
表3-10 所有指标的一致性检验
| 一致性检验 | |||||
| 4.06 | 0.94 | 0.02 | 0.027 | 可接受 | |
| 5.11 | 1.12 | 0.03 | 0.025 | 可接受 | |
| 4.19 | 0.94 | 0.06 | 0.07 | 可接受 | |
| 3.07 | 0.58 | 0.04 | 0.06 | 可接受 | |
| 4.09 | 0.94 | 0.03 | 0.032 | 可接受 |
3.2.4案例分析
黔灵山隧道全长约1600米，洞内设计车速为每小时60公里，抗震设防烈度为6级。隧道经过地段为溶蚀峰丛地貌区，隧道的施工面断裂、褶皱十分发育，再加上穿越地段为黔灵山公园景区，下穿多条景区人行通道，能否顺利通过不良地质段，成为隧道施工的难点。隧道进洞口桩号为YK15+ 010，隧道进口方向已经掘进约350 m，出口方向已经掘进约280m，掌子面岩层均为Ⅲ类围岩，采用全断面开挖方法，采用光面爆破技术，设计初期支护参数为挂网锚喷，钢筋网的钢筋直径为，喷射混凝土厚8cm, 锚杆长2.5cm 间距1.5cm，二衬为25cm厚素混凝土。
采用前三节建立的评价模型，根据单因素评价模型[22]其中为评价集的因素重要模糊子集，为的个因素总的评价矩阵，对地质状况、施工方法、支护措施、施工安全管理等4个一级评价指标中的16个二级因素进行单因素模糊综合评价。对二级影响因素进行加权平均后归一化处理得到模糊关系矩阵如下。
根据3.2.3，模糊层次分析法计算的各二级指标的权向量如下。
=（0.28,0.16,0.20,0.17,0.19）, =（0.15,0.36,0.25,0.24）, =（0.25,0.50,0.25）=（0.27,0.29,0.16,0.28）。然后按照单因素模糊评价模型进行初级评判, 使用模糊变换得结果如下， =(0.28,0.2,0.2,0.28,0.17), =(0.24,0.30,0.36,0.2,0.2)， =(0.40,0.3,0.25,0.1,0.2), =(0.27,0.2,0.29,0.29,0.10)。通过上述利用层次分析法求出的一级评价指标重要程度模糊子集=(0.22,0.22,0.30,0.26)，有了单因素的初级判断计算和一级评价指标重要程度模糊子集，可以算出二阶评价矩阵R为，
按照二阶模糊综合评价模型[22]对系统进行总的综合评价，并且按最大录属度原则评判结果为，
=
=（0.30,0.3,0.26,0.26，0.2）。
将结果归一化处理后为：B=(0.23,0.23,0.20,0.20,0.14)。
按表3-2安全等级分值的均值计算出该系统的评价总得分为，。
查表3-2得黔灵山隧道的安全等级为“安全性一般”，和有关单位的安全检查结果一致。
第四章 城市隧道施工塌方的对策措施及应急预案
在城市隧道施工过程中，塌方事故发生的频率较高，造成的伤害、损失严重，严重影响施工的进度，塌方事故一般发生较为突然，征兆不明显，事故发生现场混乱，失去控制，而火灾、二次坍塌处处存在，在施工前做些关于施工塌方的应急预案和发生塌方事故时的对策措施是必要的。
4.1城市隧道施工塌方的对策措施
对城市隧道塌方现场救援人员存在很多危险，即再次塌方、火灾、造成施工人员心里恐慌等危害。为了将事故造成的损失降到最低，要建立完善的城市隧道施工塌方的对策措施。
（1）发生塌方后，应及时迅速处理。要查明塌方的原因和地下水活动情况，对塌方周围的地质要详细观测。
（2）在处理塌方的同时，应加强防排水工作，防止因地下水活动而造成二次塌方，即表面沉陷或裂缝时，因用不透水土壤夯填密实，开挖截水沟，防止地表水浸入塌体。塌方通顶时，因在塌陷口地表四周挖沟排水，塌体内有地下水活动时，因用管槽引致排水沟排出。
（3）在对特殊地段施工时，因先做好超前地质预报，超前地质预报技术包括隧道隧洞不良地质超前地质预报和重大施工灾害两大部分。隧道隧洞施工地质灾害的发生，与不良地质的存在和施工辅助办法不当密切相关，主要是不良地质的存在。隧道隧洞不良地质的超前预报。依据预报距离，分长期和短期两种预报形式。对特殊地质的活动情况要做更多的了解。
（4）了解施工方法及施工流程，了解施工中存在哪些能造成塌方事故的重大危险因素，频繁对重大危险因素的安全检查。
（5）施工中的支护条件或质量必须严格按照安全生产责任制的规定，严禁偷工减料。围岩支护能力的原则是稳定掌子面，及时封闭断面和加固地层。
（6）对施工人员、现场管理人员进行安全教育，在施工现场要有安全生产标制。加强施工现场管理，注意三个方面，其一从提高施工人员的技术水平和加强岗位责任制出发，进行素质教育，制定行之有效的规章制度，其中最重要的是现场施工员，必须是经过培训和考核合格，具有强烈责任心、敬业精神，具有较丰富的实践经验与组织能力的人担任。其二加强施工过程中的“三观察”：①观察掌子面的地质情况及开挖成型情况，并特别注意台车钻进时的异常情况，因为开挖钻进时所反映的情况更直接可靠，对于出现的异常现象要及时进行分析、并调整爆破、支护参数。②观察初期支护，随时对已支护地段进行观察、观测，掌握初期支护的开裂、变形程度。③观察围岩变化，对围岩的变化除采用量测手段外，还应用目测，读局部掉快地段进行分析，及时补强支护，消除隐患，因为局部地段的掉快，不是围岩应力及内部挤压，就是塌方发生的前兆。其三提高隧道通风及照明技术，强化现场文明施工及标准化工地建设，给隧道施工提供一个良好的施工环境。
（7）应力高地引起的塌方较为严重，具有较大的破坏性。稳定掌子面，及时封闭断面和加固地层。高地应力板岩地段采取劈裂注浆加固围岩是一种有效的预防坍塌方法，通过对高地应力围岩注浆增加其稳定性的同时，在一定程度上释放了围岩应力。
4.2城市隧道施工塌方的应急预案
防塌方工作，要本着安全第一、预防为主的方针，根据工程实际及项目施工管理要求，在遇到紧急情况时能够及时、有序进行应急工作，确保人身及财产安全。为最大限度地减少灾害损失，制定本预案。
4.2.1机构
a为保证应急工作的反应迅速、协调有序，项目部成立防塌方应急领导小组，由项目部经理为第一责任人，工程、质量、安全、物资、办公室、调度室、中队负责人等人员组成。
b项目部经理担任组长，负责全面工作；总工程师、副经理担任副组长，负责现场指挥；工程技术科负责对现场进行技术指导；安质办公室主任负责做好各项应急准备工作并指挥对受伤人员救护；调度室负责应急人员和设备的调度；质量安全科负责日常危险区域的巡视和检查工作。
c领导小组下设办公室，办公室设在工程技术科，由副主任兼办公室主任。
4.2.2职责
（1)值班员
a进入汛期和施工开挖期，记录和报告险情现场发生区域的基本情况。
b按预案规定，通知领导小组所有人员迅速到达集中地点。
（2)领导小组
a根据灾情发生区域的情况，进行危害估算。
b研究应急行动方案，必要时会同业主、监理和设计等判断情况，共同制订应急行动方案。其主要内容是，灾情危害后果及可能发展趋势的判断，应急的等级与规模，需要调动的力量及其部署，应采取的防护措施。
c按领导小组的指令指挥各部门采取应急行动。
4.2.3应急程序
（1）应急的优先原则
a施工人员和应急救援人员的安全优先。
b施工设备的安全优先。
c工程安全及环境保护优先。
(2)急救方法
a创伤急救的基本要
创伤性出血现场急救是根据现场现实条件及时地、正确地采取暂时性止血，清洁包扎，固定和运输等方面的措施。
①创伤急救的原则是先抢救，后固定，再搬运，并注意采取措施，防止伤情加重或污染。
②抢救前先使伤员安静平躺，判断全身情况和受伤程度，如有无出血、骨折和休克等。
③搬运伤员要使伤员平躺在担架上，要部束在担架上，平地搬运使伤员头部在后，上楼、下楼、下坡时头部在上，搬运中应严密观察伤员，防止伤情突变。
b休克、昏迷急救
由于外伤、剧痛、脑骨髓损伤等可造成工作现场的休克昏迷。其一般处理程序是让休克者平卧，不用枕头，腿部抬高30度。若属于心原性休同时伴有心力衰竭、气急，不能平卧时，可采用半卧。注意保暖和安静，尽量不要搬动，如必须搬动时，动作要轻。吸氧和保持呼吸道顺畅。用鼻导管或面罩给氧。危害病人根据情况给予鼻导管或气管内插管给氧。立即与医务工作者联系，请医生治疗。
c骨折急救
工作现场发生严重骨折时，必须迅速采取紧急救护，对于骨折伤者，正确的固定是最重要的。固定的方法是：固定断骨的材料可就地取材，如棍、树枝、木板、拐杖、硬纸板等，长短要以能固定住骨折处上下两个关节或不使断骨错动为准；脊柱骨折或颈部骨折时，除非是特殊情况如室内失火，否则应让伤者留在原地，等待携有医疗器械的医务人员来搬动；抬运伤者，从地上抬起时，要多人同时缓缓用力平托，运送时，必须用木板或硬材料，不能用布担架或绳床。木板上可垫棉被，但不能用枕头，颈椎骨骨折伤者的头必须放正，两旁用砂袋将头夹住，不能让头随便晃动。
d严重出血抢救
严重出血会危及生命，及时有效的现场止血，对挽救伤者的生命具有极其重要的作用。常用的止血方法有：一般止血法，一般伤口小的出血，先用生理盐水（0.9%NaCL溶液）冲洗伤口，再涂上红贡药水，然后盖上消毒纱布，用绷带校紧地包扎；压迫带止血积压法，严重出血时使用，适用于头、四肢动脉大血管出血时的临时止血。即用手指或首先用力压住比伤口靠近心脏更近部位的动脉跳动处（止血点）。只要位置找的准，这种方法能马上起到止血的作用。身体上通常的止血点有8处，一般来讲上臂动脉、大腿动脉、骨动脉是较常用的。上臂动脉：用4个手指掐住上臂的肌肉并压向臂骨；大腿动脉：用手掌的根部压住大腿稍微偏上点的内侧。骨动脉：用3个手指压住靠近大拇指根部的地方；其他止血法，有止血带止血法、加压包扎止血法和加垫屈肢止血法等多种。
e颅脑外伤
①使伤员平卧位，保持气道通畅，若有呕吐，应扶好头部和身体，防止呕吐物造成窒息。
②耳鼻由液体流出时，不要用棉花堵塞，只可轻轻拭去，也不可强用力排出鼻内液体。
③颅脑外伤时，病情可能复杂多变，禁止给予饮食，速送医院诊治。
（3）应急对策的确定和执行
a应急救援领导小组和人员赶到灾情现场后首先要确定应急对策，即应急行动方案。
b现场应急对策的确定和执行包括：①初始评估；②危险物质的探测；③建立现场工作区域；④确定重点保护区域；⑤防护行动；⑥应急行动的优先原则；⑦应急行动的支援。
4.2.4塌方的应急行动程序
（1）掌握现场情况
无论事故现场何种局面，值班员和管理人员都必须掌握发生时间与地点、种类、强度、已知的危害方向。
（2）报告与通报
a值班员和管理人员在基本掌握灾情情况并判明或已经发现灾情时，立即向领导小组或上级直接领导进行报告。
b根据灾情的严重程度及情况的紧急程度，按预案规定发出警报。
（3）组织应急行动
a领导小组根据报告的情况，召集领导小组立即集中到发现险情的区域。
b领导小组根据报告和现场勘查，并进行紧急评估和分析，决定全体人员（或随身携带的物资）迅速撤离。
c办公室主任或值班员根据指令，通知各科室及各工区负责人，立即执行撤离指令。
d各单位负责人接到指令后，立即按照指令通知所属人员立即通过安全通道全部撤离到安全区域（或远离危险区域200m以外的空旷地域）。
e现场负责人需安排人员在事故现场内设置警戒区域，禁止无关人员进入，协调当地有关部门专家对事故现场可能出现的其他的隐患进行排查并排除。事故发生后，现场负责人就近调动车辆来作为救护的交通工具。
第五章 结论
本论文以模糊数学中模糊综合评价方法及相关理论，对我国城市隧道施工塌方的评价研究，得出以下几点结论。
1.通过分析城市隧道施工塌方的原理、分类、影响因素以及防护方法，确定城市隧道施工塌方的主要原因有地质状况、施工方法选择、支护措施、现场施工管理。
2.利用层次分析法算出了各因素的权重，利用专家评分法确定了等级评价矩阵，利用模糊风险评价的方法得出模糊综合评价向量，最后用最大隶属度法确定了最后的模糊综合评价结果。
3.利用模糊综合评价对城市隧道施工塌方的安全评价研究分析得出，黔灵山隧道施工安全评价等级是安全性一般，与有关单位的评价结果一致。
4.提出城市隧道施工塌方的处理措施和施工前对其做相应的应急预案，当事故发生时，能有序的进行救援，减少事故的伤亡和损失。
谢 辞
通过这次毕业设计，我获益匪浅。首先，需要感谢大学四年来，一直帮助我的各位老师，因为他们对我的信任和帮助，我才能学到那么多知识。在这次毕业设计过程中，遇到了很多困难，在撰写论文的时候，很多地方都不知道该如何下笔，幸好得到了毕业设计指导老师的点拨和提醒；在使用模糊综合评价法进行安全评价的时候，由于对公式的理解错误导致得不出计算结果，幸好得到了指导老师的指点和纠正，在指导老师的帮助下，我的毕业设计论文才得以顺利完成。
其次，也感谢帮助过我的所有同学，我们共同对遇到的难题进行探讨和解决，一起研究学习，这让我深刻体会到，团队的协作是何等的重要。
最后，我还要感谢所有为我的毕业设计提出指导意见的各位老师、同学们，你们的帮助和鼓励是给予我完成毕业设计的最大支持。
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