Avaliação de risco de segurança na construção de túneis de Loess em ambiente complexo com base na teoria dos jogos

Aug 15, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12249 (2023) Citar este artigo

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Devido ao impacto do ambiente circundante, os factores de impacto na segurança encontrados durante a construção de túneis de loess são complexos e numerosos, o que provoca acidentes frequentes, e há uma falta de métodos de avaliação de riscos de segurança aplicáveis ​​à construção de túneis de loess em ambiente complexo . Com base no projeto do túnel Luochuan da Ferrovia de Alta Velocidade Xi'an-Yan'an, este artigo analisa os fatores de impacto dos riscos de construção do túnel de Loess, e 15 principais fatores de impacto envolvendo fatores subjetivos e objetivos são selecionados para estabelecer a avaliação de risco de segurança sistema de construção de túneis de loess em ambiente complexo. Para determinar o peso dos fatores de impacto, este artigo apresenta pela primeira vez o método de ponderação combinada baseado na teoria dos jogos. Em seguida, o modelo de avaliação de risco de segurança na construção do túnel de Loess é estabelecido usando a teoria convencional do modelo de nuvem. Finalmente, o modelo é aplicado ao projeto de apoio para verificação. Os resultados mostram que o suporte e o revestimento têm o maior impacto na segurança da construção do túnel, seguidos pela gestão da construção, classificação da rocha circundante, solo de engenharia prejudicial, medição de monitoramento, forepoling e método de construção. O resultado da avaliação é consistente com o grau real de risco de construção, o que prova que o resultado da avaliação do modelo é preciso e confiável, e o modelo tem um significado orientador para a avaliação de risco de segurança da construção de túneis de Loess em ambientes complexos.

Loess está amplamente distribuído nas regiões central e ocidental da China e sua área atinge 631 mil km2, representando cerca de 6,6% da área total do país1. Assim como o sedimento quaternário, o loess possui características de desenvolvimento de juntas verticais, estrutura solta e amolecimento da água2. As características especiais de engenharia também trazem um grande desafio para a construção de engenharia na região oeste, especialmente para os projetos de túneis que cruzam o estrato de loess, que muitas vezes enfrentam desastres como deslizamentos de terra, projeção de solo lamacento e jatos de água, e grandes deformações durante a construção, e esses desastres causam grandes riscos de segurança e perdas económicas3. No passado, muitos estudiosos estudaram as características da rocha circundante e a estabilidade estrutural dos túneis de loess4,5,6, e o objetivo é minimizar o risco de construção na prática de produção. Portanto, o principal problema que deve ser resolvido urgentemente é analisar minuciosamente os riscos de construção de túneis de Loess e propor métodos de avaliação eficazes.

Numerosos acadêmicos estudaram extensivamente a avaliação de risco em túneis nos últimos anos. No livro “Guidelines for Tunneling Risk Management” escrito por Eskesen et al.7 são discutidos modelos de avaliação de risco e índices de avaliação e, pela primeira vez, é proposto um conjunto completo de padrões de referência para avaliação e gestão de riscos em túneis. Com base numa pesquisa e num resumo sistemático de mais de 50 túneis, McFeat-Smith e Harman8 desenvolveram um sistema de avaliação de risco IMS que inclui muitos tipos de risco diferentes. Hyun et al.9 investigaram e analisaram os potenciais fatores de risco de segurança do TBM no processo de construção de túneis por meio de estudo de caso e consulta a especialistas, construíram um conjunto de árvore de falhas a partir de três aspectos de geologia, projeto e construção, e previram efetivamente a probabilidade de ocorrência do risco e seu impacto nas etapas de projeto e construção do túnel TBM usando FTA e AHP. Ao analisar o mecanismo de 76 acidentes de colapso de túneis de grande e médio porte, Gao et al.10 propuseram sete fatores de risco principais como índices de avaliação e realizaram a avaliação do risco de colapso de túneis com base na teoria do sistema cinza ponderado pela entropia. Liu et al.11 discutiram a relação entre deformação de túneis e atividades humanas, e aplicaram o processo de hierarquia analítica difusa para avaliar o risco de colapso em túneis de loess sob áreas residenciais. Balta et al.12 desenvolveram um software de identificação de riscos para engenharia de túneis baseado na teoria Bayesiana e aplicaram-no com sucesso à prática de engenharia. Com base em casos de engenharia e pesquisas, Lin et al.13 resumiram e analisaram quatro fatores de influência intimamente relacionados ao bloqueio do TBM. Usando a teoria ISM, um modelo BN dinâmico foi estabelecido para obter as condições geológicas na frente da face do túnel e obter previsão dinâmica de desastres geológicos e bloqueio de TBM durante a construção do túnel.