基于模糊理論的隧道服役性能評價方法研究

劉 超,劉 剛，許崇幫，周幸宇,張科超

(1.中鐵十一局集團第五工程有限公司，重慶 400037; 2.交通運輸部公路科學(xué)研究院，北京 100088;3.中路高科交通科技集團有限公司,北京 100088)

0 引言

我國隧道工程建設(shè)近些年歷經(jīng)了突飛猛進的發(fā)展，中國已經(jīng)成為擁有隧道數(shù)量最多、規(guī)模最大的國家[1]。而我國有近1/3的隧道都會出現(xiàn)隧道病害[2]，如隧道滲漏水[3]、隧道凍害[4]、襯砌開裂[5]、襯砌侵蝕[6]，并且甚至?xí)l(fā)重大安全事故[7]。所以對當(dāng)前在役隧道的開展其服役性能評估是十分必要的。

不少學(xué)者對隧道服役性能評價理論與方法進行了研究，有學(xué)者從數(shù)值模擬的角度出發(fā)去評估隧道狀態(tài)，如周彪[7]基于盾構(gòu)隧道的特點，構(gòu)建了環(huán)境、材料、構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的多層次評價指標(biāo)體系，采用隨機格構(gòu)理論，基于Diana分析軟件確定收斂評價指標(biāo)，建立了盾構(gòu)隧道大修結(jié)構(gòu)區(qū)段整體性能評估方法。楊瑞鵬[8]研究了運營隧道二次襯砌狀態(tài)的評價體系，但僅用了襯砌厚度一項指標(biāo)做有限元分析模擬，未能全面反映襯砌的狀態(tài)。以上二位學(xué)者基于單一結(jié)構(gòu)構(gòu)件的評估方法往往只能對隧道結(jié)構(gòu)性能進行評估，并不能代表整體隧道的服役性能，故更多學(xué)者從影響隧道整體性能的因素入手提出隧道服役性能評價方法。胡群芳[9]從結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及病害、養(yǎng)護維修等方面進行了綜合考慮，提出了分類指標(biāo)與分級標(biāo)準(zhǔn)，以層次分析法[10]為基礎(chǔ)，結(jié)合模糊原理[11]研究了公路隧道結(jié)構(gòu)安全評估。

馮乾寬[12]將中國的橋隧的檢測規(guī)章的不足，構(gòu)建了相對應(yīng)的檢監(jiān)測制度體系框架，提出了基于建筑物全壽命周期的橋隧監(jiān)測制度，但該制度忽略了其各個判定因素的重要性比較，合理性上有一些欠缺，但也為性能評價提供了一種新指導(dǎo)。郭劍勇[13]分析了當(dāng)前一些隧道檢查規(guī)范中的合理性因素與不足之處，根據(jù)區(qū)段評價等級提出了一個簡單判別隧道運營等級的方法。傅鶴林[14]結(jié)合了隧道判斷的隨機性與模糊性，依據(jù)逆向云發(fā)生器原理，獲得各項評價權(quán)值，對公路隧道健康狀態(tài)進行了評價。翟利華[15]收集多個地鐵盾構(gòu)隧道的相對沉降、差異沉降、收斂變形、滲漏水、裂縫和剝落6個指標(biāo)數(shù)據(jù)，在專家評估與偏最小二乘法回歸法的基礎(chǔ)上提出了隧道服役性能指標(biāo)的定量計算方法。鄒文浩[16]選取了5個因素11個指標(biāo)，利用模糊向量單值化法評價重載鐵路隧道基底結(jié)構(gòu)服役狀態(tài)。王華牢[17]基于3種隧道病害指標(biāo)集構(gòu)建了一個包含15個檢測指標(biāo)的3層評價體系，采用了層次分析法與乘積標(biāo)度法[18]確定權(quán)重，并提出一種模糊算子對隧道結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)做出了比較準(zhǔn)確的評價。

公路隧道設(shè)施服役性能影響因素眾多，其服役狀態(tài)劣化是多種因素共同作用的結(jié)果[19]，且各種因素對隧道設(shè)施服役性能的影響規(guī)律具有一定的不確定性、模糊性，所以隧道設(shè)施服役性能評價中很難用顯式的邏輯關(guān)系進行評價。因此，本研究根據(jù)評價指標(biāo)與服役狀態(tài)的特殊的邏輯關(guān)系，利用模糊評價方法對多因素評價指標(biāo)進行綜合性的評價，建立公路隧道普適性指標(biāo)，為隧道后期養(yǎng)護工作提供指標(biāo)參考。

1 隧道服役性能綜合評價指標(biāo)體系

1.1 公路隧道服役性能綜合診斷指標(biāo)

隧道土建結(jié)構(gòu)設(shè)施的功能從其根本而言就是保證交通出行的路徑安全，即在隧道通行期間隧道襯砌支護結(jié)構(gòu)安全、可靠，不存在不可接受的風(fēng)險。隧道土建結(jié)構(gòu)設(shè)施的這種功能屬性是在時間上是一種經(jīng)歷了勘察、設(shè)計、施工和運營維護的結(jié)果，在系統(tǒng)組成上是支護結(jié)構(gòu)、路面結(jié)構(gòu)及防排水系統(tǒng)等多個系統(tǒng)組成共同效用的結(jié)果。

根據(jù)工程實踐和隧道耐久性的理論研究成果，隧道服役性能評判體系細分為一個類型指標(biāo)集與底層指標(biāo)集共同組成的2級評價體系如圖1所示。其中，類型指標(biāo)集為工程建設(shè)流程，共3類；底層評價指標(biāo)集為影響公路隧道服役性能的因素，共13種。

圖1 公路隧道基礎(chǔ)設(shè)施服役性能評價體系Fig.1 Service performance evaluation system for highway tunnel infrastructure

1.2 診斷指標(biāo)權(quán)重

隧道服役性能指標(biāo)中權(quán)重反映了在各個評判因素之間的相對重要程度，隧道建設(shè)的客觀條件對隧道的服役性能有著不同程度的影響，為反映兩項因素之間的重要性差異，權(quán)重設(shè)置 “相同”、“稍微大”、“略大”3個等級，并以層次分析法為基礎(chǔ)的乘積標(biāo)度法確定。

在9/9～9/1標(biāo)度法、10/10～18/2標(biāo)度法、指數(shù)標(biāo)度法3種標(biāo)度法[20]中取“稍微大”的標(biāo)度值的平均值作為新的標(biāo)度值，即

(1)

因此，在乘積標(biāo)度法中3個等級的權(quán)重如下：

當(dāng)評判因素A與評判因素B之間的重要性“相同”時，權(quán)重為

(ωA,ωB)=(0.5,0.5)。

(2)

當(dāng)評判因素A的重要性比評判因素B的重要性“稍微大”時，權(quán)重為

(0.575,0.425)。

(3)

當(dāng)評判因素A的重要性比評判因素B的重要性“略大”時，權(quán)重為

(0.647,0.353)。

(4)

(1)工程勘察指標(biāo)權(quán)重

工程勘察共計6個指標(biāo)，分別是地層巖性(K1)、地質(zhì)構(gòu)造(K2)、不良地質(zhì)(K3)、特殊巖(K4)、地下水(K5)和氣候特征(K6)，6個指標(biāo)的兩兩比選情況如表1所示。

表1 工程勘察指標(biāo)影響因素比較Tab.1 Comparison of influencing factors of engineering investigation indicators

兩兩比較結(jié)果為：

ωK1∶ωK2∶ωK3∶ωK4∶ωK5∶ωK6=

1.354∶1∶1.354∶1.354∶1∶1.833∶1。

(5)

則6個項目的標(biāo)度權(quán)重為：

(ωK1ωK2ωK3ωK4ωK5ωK6)=

(0.17 0.13 0.17 0.17 0.23 0.13)。

(6)

(2) 工程設(shè)計指標(biāo)權(quán)重

工程設(shè)計的4個評價指標(biāo)分別為：隧道長度(J1)、車道數(shù)量(J2)、二襯混凝土(J3)和路面結(jié)構(gòu)類型(J4)。從各指標(biāo)對于隧道設(shè)施服役性能的影響性角度考慮，認為車道數(shù)量和路面結(jié)構(gòu)類型的重要性“相同”，隧道長度和二襯混凝土的重要性“相同”，并且隧道長度和二襯混凝土的重要性比車道數(shù)量和路面結(jié)構(gòu)類型的重要性“稍大”，因此有

ωJ1∶ωJ2∶ωJ3∶ωJ4=1.354∶1∶1.354∶1。

(7)

則4個項目的標(biāo)度權(quán)重為：

(ωJ1ωJ2ωJ3ωJ4)=(0.3 0.2 0.3 0.2)。

(8)

(3)工程施工指標(biāo)權(quán)重

工程施工類評價指標(biāo)包括施工質(zhì)量(S1)、災(zāi)害事故(S2)、砂子類型(S3)3個指標(biāo)。其中，“施工質(zhì)量”與“災(zāi)害事故”的重要性相同，并比“砂子類型”的重要性“稍微大”，即

ωS1∶ωS2∶ωS3=1.354∶1.354∶1。

(9)

則3個病害情況的標(biāo)度權(quán)重為

(ωS1ωS2ωS3)=(0.365 0.365 0.27)。

(10)

(4) 類型指標(biāo)集各指標(biāo)權(quán)重的確定

公路隧道設(shè)施服役性能評價包括3個類型指標(biāo)，分別為工程勘察(K)、工程設(shè)計(J)和工程施工(S)。

從各類評價指標(biāo)情況對于隧道設(shè)施服役性能的影響性的角度考慮，認為工程勘察的重要性比工程施工的重要性稍微大，而工程施工的重要性比工程設(shè)計的重要性“稍微大”，因此有

ωK∶ωJ∶ωS=1.833∶1∶1.354,

(11)

(ωKωJωS)=(0.438 0.239 0.323)。

(12)

2 公路隧道設(shè)施服役性能的模糊綜合評價模型

2.1 模糊綜合評價模型

隧道病害檢測評價采用2級模糊綜合評價模型：(1)對底層指標(biāo)層項目層各因素進行1級模糊綜合評價；(2)對類型指標(biāo)層進行2級模糊綜合評價，最后完成對隧道整體的服役狀態(tài)的評價。

(1)建立評價等級集合

類型指標(biāo)與底層指標(biāo)兩個層次均按照JTG H12—2015《公路隧道養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》[21]的標(biāo)準(zhǔn)取5個等級：

V={v1,v2,v3,v4,v5},

(13)

式中，v1，v2，v3，v4，v5分為病害等級1類、2類、3類、4類、5類，并分別賦值1，2，3，4，5。

(2)建立隸屬函數(shù)

根據(jù)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法，隧道服役性能評價中底層指標(biāo)集中各評價指標(biāo)相對于各類工程技術(shù)狀況的隸屬函數(shù)取自獲取的樣本數(shù)據(jù)，各類的隸屬數(shù)形式如下：

(14)

式中，n=1類、2類、3類、4類、5類為5個工程技術(shù)狀況等級；Cij為底層指標(biāo)集各評價指標(biāo)；N為符合評價指標(biāo)值的樣本數(shù)量；Mn為隧道工程技術(shù)狀況等級為n的樣本數(shù)量。

(3)底層指標(biāo)集各指標(biāo)的模糊綜合評價

① 根據(jù)樣本數(shù)據(jù)庫對評價指標(biāo)的統(tǒng)計分析，得到底層評價指標(biāo)其對于各工程技術(shù)狀況等級的隸屬向量：

γCij=(r1Cijr2Cijr3Cijr4Cijr4Cij)，

(15)

式中，i為K，J，S，j為1，2，3，4，5，6。

②隸屬向量單值化。根據(jù)各工程技術(shù)狀況等級的賦值情況，則各評價指標(biāo)的模糊綜合評價值按下式計算：

PCij=1×γ1Cij+2×γ2Cij+3×γ3Cij+

4×γ4Cij+5×γ5Cij。

(16)

③ 以每個底層評價指標(biāo)的模糊綜合評價值為行，即可組成該類型指標(biāo)項目下各評價指標(biāo)的單因素模糊綜合評價值的矩陣：

PCi=(PCi1PCi2…PCij)T。

(17)

④ 確定每個類型指標(biāo)集下各底層指標(biāo)的權(quán)重，得權(quán)重向量：

ωCi=(ωCi1ωCi2…ωCij)。

(18)

⑤ 由每個類型指標(biāo)中各底層評價指標(biāo)的單因素模糊綜合評價值的矩陣和各指標(biāo)間的權(quán)重向量，可用如下模糊綜合評價模型得到每個類型評價指標(biāo)的模糊綜合評價值：

Qi=ωCiPCi。

(19)

(4)隧道設(shè)施服役性能的模糊綜合評價

① 以類型指標(biāo)集中各評價指標(biāo)的模糊綜合評價值為行，組成該類型指標(biāo)集的單因素模糊綜合評價值的矩陣：

PG=(QKQJQS)T。

(20)

② 確定結(jié)構(gòu)中指標(biāo)集中各評價指標(biāo)的權(quán)重，得權(quán)重向量：

ωG=(ωKωJωS)。

(21)

③ 確定結(jié)構(gòu)中指標(biāo)集中各評價指標(biāo)的權(quán)重，得權(quán)重向量根據(jù)類型指標(biāo)集的單因素評價矩陣和權(quán)重向量，可用如下模糊綜合評價模型得到待評價隧道設(shè)施服役性能的模糊綜合評價值：

Q=ωG·PG,

(22)

式中，ωG為類型指標(biāo)的權(quán)重向量；PG為類型指標(biāo)集單因素模糊綜合評價值的矩陣；Q為隧道基礎(chǔ)設(shè)施服役性能的模糊綜合評價值。

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的公路隧道設(shè)施服役性能評價方法中應(yīng)考慮了所有參與評判的因素的影響，宜按權(quán)重大小均衡兼顧，以體現(xiàn)指標(biāo)數(shù)據(jù)整體的特性，故模糊計算的算子采用加權(quán)平均型算子，即實數(shù)乘積計算。

(5)公路隧道檢測評價等級的判定

有的高校對項目（課題）經(jīng)費的管理法人負責(zé)制落實不到位，高校的相關(guān)部門沒有針對國家新出臺的政策制定相應(yīng)的管理制度。對“十二五”“十三五”期間立項的科研經(jīng)費的管理還是按“十五”“十一五”期間制定的管理辦法去管理，導(dǎo)致管理水平與現(xiàn)有的政策規(guī)定脫節(jié)和不配套，內(nèi)部控制薄弱，科研管理和財務(wù)管理不規(guī)范，導(dǎo)致部分課題資金的真實流向脫離監(jiān)管［6］。

公路隧道設(shè)施服役性能綜合評價，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)值的等級劃分是按照公路隧道養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范中對隧道工程技術(shù)狀況評定分級演化而來，因此，得到的公路隧道基礎(chǔ)設(shè)施服役性能的評價以按照其規(guī)定進行劃分，檢測評價等級評價可以如表2定量化，根據(jù)上面模糊綜合評價值的計算結(jié)果，可由表2查得隧道基礎(chǔ)設(shè)施服役性能等級。

表2 隧道服役性能等級劃分Tab.2 Classification of tunnel service performance

2.2 地表水補給關(guān)系測試

根據(jù)待評價對象確定底層指標(biāo)的評價值，在樣本數(shù)據(jù)庫中抽取符合指標(biāo)值條件的有效樣本組成綜合評價樣本數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計分析得出隧道各工程技術(shù)狀況登記下的隸屬向量，并根據(jù)對各級工程技術(shù)狀況的賦值規(guī)定，可得出待評對象地層巖性評價指標(biāo)的模糊綜合評價值。

(1)工程勘察評價指標(biāo)模糊綜合評價值

工程勘察中共有6個底層指標(biāo)：地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)、特殊巖土、地下水、氣候特征，根據(jù)2.1節(jié)中的計算方式，可以得到工程勘察類下各評價指標(biāo)的單因素模糊綜合評價值的矩陣：

PK=(PK1PK2PK3PK4PK5PK6)T,

(23)

ωK=(0.17 0.13 0.17 0.17 0.23 0.13),

(24)

QK=ωK·PK。

(25)

(2)工程設(shè)計評價指標(biāo)模糊綜合評價值

PJ=(PJ1PJ2PJ3PJ4)T，

(26)

ωJ=(0.3 0.2 0.3 0.2),

(27)

QJ=ωJ·PJ。

(28)

(3)工程施工評價指標(biāo)模糊綜合評價值

工程勘察中共有3個底層指標(biāo)：施工質(zhì)量、災(zāi)害事故、砂子類型，根據(jù)2.1節(jié)中的計算方式，可以得到工程施工類下各評價指標(biāo)的單因素模糊綜合評價值的矩陣：

PS=(PS1PS2PS3)T,

(29)

ωS=(0.365 0.365 0.27),

(30)

QS=ωS·PS

(31)

(4)公路隧道設(shè)施服役性能綜合評價

由前述工程勘察、工程設(shè)計、工程施工的模糊綜合評價的結(jié)果組成3個評價指標(biāo)對公路隧道設(shè)施服役性能模糊綜合評價值的向量：

PG=(QKQJQS)T，

(32)

ωG=(ωKωJωS)=(0.438 0.239 0.323),

(33)

Q=ωG·PG。

(34)

3 基于大數(shù)據(jù)的隧道基礎(chǔ)設(shè)施長期性能時變規(guī)律評價方法

上一節(jié)重點研究了公路隧道設(shè)施服役狀態(tài)的評價方法，評價目的是為了獲取待評價對象當(dāng)前狀態(tài)下的服役性能等級，了解與掌握隧道工程的當(dāng)前服役狀態(tài)。在隧道設(shè)施養(yǎng)護管理中，人們有時不但需要了解與掌握隧道當(dāng)前的服役狀況，更需要預(yù)測隧道工程服役性能將來的變化趨勢，即研究隧道基礎(chǔ)設(shè)施長期性能時變規(guī)律，以便合理地制訂更為經(jīng)濟、合理的運營養(yǎng)護措施。

隧道設(shè)施服役狀態(tài)與其長期性能時變規(guī)律的關(guān)系，可以理解為長期性能的是由無數(shù)個隧道設(shè)施服役狀態(tài)組成，隧道設(shè)施的服役狀態(tài)是其長期性能時變規(guī)律曲線上的一個點。因此，隧道基礎(chǔ)設(shè)施長期性能時變規(guī)律研究可以通過研究不同時間下隧道設(shè)施服役狀態(tài)來實現(xiàn)。

由此，隧道基礎(chǔ)設(shè)施長期性能時變規(guī)律評價過程如下：

(1)確定待評對象評價指標(biāo)值，與待預(yù)測服役時長ti。

(2)按照待評對象評價指標(biāo)值，選取符合指標(biāo)值的樣本數(shù)據(jù)，建立初級樣本數(shù)據(jù)庫Bf。

(3)再根據(jù)待預(yù)測服役時長ti，在初級樣本數(shù)據(jù)庫中選取滿足服役時長ti的樣本，作為評價樣本數(shù)據(jù)庫Bp。

(4)按照2.2節(jié)公路隧道設(shè)施服役性能的模糊綜合評價方法進行評價，得出公路隧道設(shè)施服役性能綜合評價值Qsi。

(5)由不同的Qsi與ti繪制不同服役時間下的公路隧道設(shè)施服役性能綜合評價值曲線，即為待評對象的隧道基礎(chǔ)設(shè)施長期性能時變規(guī)律。

由于這種方法主要通過構(gòu)建不同時間下的評價指標(biāo)樣本數(shù)據(jù)庫，獲得不同時間下的隧道設(shè)施服役狀態(tài)，從而獲得隧道基礎(chǔ)設(shè)施長期性能時變規(guī)律，因此，該方法也稱為“樣本時效法”。

4 工程實例分析

4.1 工程概況

霧松嶺隧道地處黑龍江省東南部張廣才嶺腹地，海林市橫道河子鎮(zhèn)西11 km的霧松嶺，于2006年建成通車。海拔高度為610～720 m，相對高度差80～110 m，地形坡度為10°～30°。隧道為分離式隧道，左線長590 m，里程樁號為ZK225+821～ZK226+411；右線長501 m，里程樁號為YK225+900～YK226+401。隧道設(shè)計時速：80 km/h，凈高：5.0 m，建筑限界：0.75+0.50+2×3.75+0.75+0.75=10.25 m。

隧址區(qū)內(nèi)出露地層主要為印支期二長花崗巖及少部分第四系全新統(tǒng)松散堆積層?；鶐r為印支期二長花崗巖侵入巖，主要由長石、石英及部分黑云母組成，中-粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖質(zhì)十分堅硬；第四系全新統(tǒng)松散堆積層為坡積亞黏土夾石塊，石塊灰黑色，為中基性火山巖，堅硬，塊徑10～100 cm，含量30%左右，分布不均。隧道圍巖為Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級，未見不良地質(zhì)情況與特殊性巖土。本區(qū)地下水類型為基巖裂隙水，受大氣降雨補給，向溝谷河流排泄，地下水不發(fā)育，對隧道混凝土無腐蝕性。

霧松嶺隧道所在地區(qū)屬于溫帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫2.8 ℃，最高氣溫34.8 ℃、最低氣溫-41 ℃，年平均降雨量691 mm，降雨多集中在6—8月份，冬季最大積雪厚度為0.4 m，地面穩(wěn)定凍結(jié)期在11月中旬，最大凍土深2.02 m。

隧道襯砌結(jié)構(gòu)按新奧法原理設(shè)計，采用復(fù)合式支護結(jié)構(gòu)形式，初期支護以錨桿、鋼架、鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土組成聯(lián)合支護體系，二次襯砌采用C25模注混凝土結(jié)構(gòu)，初期支護與二次襯砌結(jié)構(gòu)之間設(shè)防排水保溫層。隧道凈空斷面為三心圓曲墻斷面。

表3 霧松嶺隧道基本情況Tab.3 Basic situation of Wusongling Tunnel

4.2 公路隧道服役性能指標(biāo)

(1)評價指標(biāo)提取

表4 工程勘察類評價指標(biāo)Tab.4 Evaluation indicators of engineering survey

表5 工程設(shè)計類評價指標(biāo)Tab.5 Evaluation indicators of engineering design

表6 工程施工類評價指標(biāo)Tab.6 Evaluation indicators of engineering construction

評價指標(biāo)樣本的母體來源于河北省公路隧道數(shù)據(jù)，首先根據(jù)待評價對象的指標(biāo)值從樣本母體數(shù)據(jù)庫抽取滿足條件的樣本建立指標(biāo)樣本數(shù)據(jù)庫；根據(jù)指標(biāo)樣本數(shù)據(jù)庫對各指標(biāo)影響進行分析評價；獲取評價指標(biāo)評價值；最后按照各指標(biāo)的權(quán)重進行逐級評價。

河北省公路隧道工程共收錄了316組數(shù)據(jù)，其中信息數(shù)據(jù)較全、滿足數(shù)據(jù)共計114組數(shù)據(jù)。按照工程勘察、工程設(shè)計和工程施工的評價指標(biāo)值對評價指標(biāo)數(shù)據(jù)庫進行了篩選，篩選結(jié)果如表7～9所示。

表7 工程勘察類指標(biāo)樣本統(tǒng)計信息Tab.7 Statistical information of engineering survey indicator samples

表8 工程設(shè)計類指標(biāo)樣本統(tǒng)計信息Tab.8 Statistical information of engineering design indicator samples

表9 工程施工類指標(biāo)樣本統(tǒng)計信息Tab.9 Statistical information of engineering construction indicator samples

4.3 隧道服役性能評價

4.3.1 評價指標(biāo)值計算

根據(jù)式(10)，(12)可以得出隸屬度及計算值。

表10 工程勘察類指標(biāo)模糊綜合評價值Tab.10 Fuzzy comprehensive evaluation values of engineering survey indicators

表11 工程設(shè)計類指標(biāo)模糊綜合評價值Tab.11 Fuzzy comprehensive evaluation values of engineering design indicators

表12 工程施工類指標(biāo)模糊綜合評價值Tab.12 Fuzzy comprehensive evaluation values of engineering construction indicators

4.3.2 底層評價指標(biāo)的單因素模糊綜合評價值計算

由式(13)，(15)計算模糊綜合評價值

表13 程勘察指標(biāo)模糊綜合評價值Tab.13 Fuzzy comprehensive evaluation values of engineering survey indicators

表14 工程設(shè)計指標(biāo)模糊綜合評價值Tab.14 Fuzzy comprehensive evaluation values of engineering design indicators

4.3.3 公路隧道設(shè)施服役性能等級確定

由式(16)～(18)可計算出由工程勘察、工程設(shè)計和工程施工為主控因素的隧道服役性能模糊綜合評價值，計算結(jié)果如表16所示。

表16 公路隧道設(shè)施服役性能模糊綜合評價值Tab.16 Fuzzy comprehensive evaluation values of service performance of highway tunnel facilities

根據(jù)表16可知，待評價對象霧松嶺隧道公路隧道設(shè)施服役性能模糊綜合評價值為 1.02,依據(jù)表2隧道設(shè)施服役性能評價等級定量劃分標(biāo)準(zhǔn)，霧松嶺隧道服役性能等級屬于1類，性能完好。

4.4 隧道技術(shù)狀況評定

霧松嶺隧道現(xiàn)場土建結(jié)構(gòu)專項檢測分項技術(shù)狀況與評定如表17所列，隧道技術(shù)狀況評定為1類，與4.3節(jié)隧道服役性能評價結(jié)果基本一致?？梢?，本章所建立的隧道設(shè)施服役性能評價方法和相關(guān)指標(biāo)能夠較好地預(yù)測、評判公路隧道的服役性能狀況。

表17 隧道洞身分項技術(shù)狀況評定表Tab.17 Technical condition evaluation table of tunnel hole items

5 結(jié)論

本研究通過對公路隧道服役性能、指標(biāo)及模糊評價方法的研究分析，主要得出了以下幾點結(jié)論：

(1)建立了底層指標(biāo)和類型指標(biāo)共同組成的2級公路隧道服役性能評價體系，并根據(jù)影響公路隧道服役性能的因素特點對各級評價指標(biāo)按照“相同”、“稍微大”、“略大”3種等級進行權(quán)重確定。

(2)建立了公路隧道服役性能模糊綜合評價模型，并結(jié)合影響隧道服役性能的因素特征，提出了針對于服役性能綜合評價的評價方法。

(3)提出利用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法，構(gòu)建不同時間下的評價指標(biāo)樣本數(shù)據(jù)庫，評價不同時刻下的隧道設(shè)施服役狀態(tài)，基于樣本時效法提出隧道基礎(chǔ)設(shè)施長期性能時變規(guī)律評價方法。

(4)結(jié)合綏滿公路中霧松嶺隧道病害調(diào)查，利用公路隧道服役性能模糊綜合評價方法進行了實例分析，與現(xiàn)行規(guī)范的相比證明該方法評價的有效性，該方法為隧道服役性能評價提供了新的理論方法。