本發(fā)明涉及高速鐵路隧道健康狀態(tài)評價
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于評價調(diào)整鐵路隧道健康狀態(tài)的三級模糊綜合評價模型。
背景技術(shù)：
：中國已經(jīng)成為世界上高速鐵路運營里程最長、運行速度最高、在建規(guī)模最大的國家。截止2015年底，高速鐵路運營里程達到1.9萬公里，位居世界第一，其中隧道2000余公里。隧道作為高鐵運輸中重要的基礎(chǔ)設(shè)施，其使用性能和服役狀態(tài)直接決定著整條線路的運營能力和安全。對于普速鐵路或重載鐵路隧道較小的隧道缺陷或病害，在高速鐵路隧道中可能會造成影響行車安全的遭難性后果?？焖佟⒏咂巾樞浴⒏叻€(wěn)定性的特點使得高鐵隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)的安全等級劃分標準較普速鐵路與重載鐵路隧道嚴格。目前，《鐵路橋隧建筑物劣化評定標準—隧道》(tb/t2820.2-1997)、《鐵路隧道襯砌質(zhì)量無損檢測規(guī)程》(tb10223-2004)、《鐵路運營隧道襯砌安全等級評定暫行規(guī)定》(鐵運函[2004]174號)等標準或規(guī)程，將鐵路隧道病害進行了分類分級，并給出了病害劣化標準、等級評定方法和判定標準，它僅適用于時速160km以下的單線運營鐵路隧道，而目前高速鐵路尚無隧道狀態(tài)的評估體系和結(jié)構(gòu)安全評價標準。隨著運營期高鐵隧道里程增加，亟需建立適用于高速鐵路隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)的安全等級標準。由于高鐵隧道結(jié)構(gòu)病害類型及對病害的響應(yīng)異于普速與重載鐵路隧道，因此，研究定性與定量評價相結(jié)合，科學性與可靠性兼?zhèn)淝疫m用性強的分類分級方法十分必要。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種高速鐵路隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)評價方法，其特征在于，包括如下步驟：1)建立高速鐵路質(zhì)量的三級評價因素集并為各因素編號；2)通過層次分析法和物元分析理論相結(jié)合，確定各評價因素的權(quán)重；3)采用三級模糊綜合評價法確定高速鐵路隧道結(jié)構(gòu)受各因素綜合影響結(jié)果。優(yōu)選的，所述高速鐵路質(zhì)量的三級評價因素集及各因為素的編號如表1：表1：三級評價因素表優(yōu)選的，所述各評價因素的權(quán)重確定方法為：1)同層次兩指標因素兩兩比較得可拓區(qū)間數(shù)矩陣，并表示為左右矩陣的形式，如a＝<a-,a+>，其中a-、a+分別為區(qū)間下端點與上端點構(gòu)成的矩陣；2)分別計算a-、a+的最大特征值，組成矩陣λ＝[λ-,λ+]，由此計算對應(yīng)的特征向量，歸一化得特征矢量x-,x+；3)由其中aij為因素i與因素j的重要性之比，分別計算k和m的值以判斷可拓區(qū)間一致性，若0≤k≤1≤m，則一致性較好。其中，4)求出a關(guān)于區(qū)間特征值λ＝[λ-,λ+]的特征向量s＝<kx-,mx+>；5)計算區(qū)間數(shù)比的重要程度6)尋求j，使得滿足都能滿足成立，并取且由此確定所有元素對上層元素的權(quán)重向量歸一化處理得優(yōu)選的，所述三級模糊綜合評價法包括如下步驟：(1)確定評價對象因素集設(shè)u＝(u1,u2,…um)為刻畫被評價對象的m種評價因素，由所述表1劃分為三級因素；(2)確定評價對象的評判集設(shè)v＝(v1,v2,…vn)是評價者對被評價對象可能做出的各種總的評價結(jié)果組成的評語等級的集合，vj代表第j個評價結(jié)果，確定評判集為v＝[v1(完好),v2(輕微),v3(較嚴重),v4(嚴重),v5(極嚴重)]。(3)確定評價因素的權(quán)重向量設(shè)w＝(w1,w2,…wm)為權(quán)重分配模糊矢量，其中wi表示第i個因素的權(quán)重，根據(jù)所述各評價因素的權(quán)重確定方法，計算各級因素權(quán)重；(4)進行單因素模糊評價，確立隸屬度模糊關(guān)系矩陣r采用相應(yīng)的隸屬函數(shù)μ(x)對某一單因素進行單獨性的評價，從而計算該評價對象對評價集元素的隸屬程度，采用正態(tài)型隸屬函數(shù)：其中a，b為常數(shù)，a為所屬區(qū)間均值，若x1、x2分別為對應(yīng)區(qū)段相應(yīng)指標的左右邊界值，則a＝(x1-x2)/2；表2高鐵隧道襯砌病害量化指標表3高鐵隧道襯砌空洞或回填不密實量化指標所述klc為襯砌背后回填有空洞地段測線連續(xù)長度；slc為襯砌背后回填不密實地段測線連續(xù)長度；表4高鐵隧道襯砌結(jié)構(gòu)病害單因素打分標準表4中指標分值范圍的邊界值為過渡值，屬于模糊邊界，同時隸屬于對應(yīng)的兩種級別，結(jié)合式(3)得：由式(4)及表4可求得a，b的值，見表5。表5隸屬函數(shù)μ(x)中a，b取值依據(jù)表4統(tǒng)計打分結(jié)果，然后根據(jù)絕對值減數(shù)法求得：其中c為常數(shù)，需滿足0≤rij≤1。由式(5)得到單因素隸屬度關(guān)系評價矩陣(5)合成多級多因素模糊綜合評價結(jié)果矢量集利用模糊合成算子將權(quán)重分配模糊矢量w＝(w1,w2,…wm)與單因素隸屬度關(guān)系評價矩陣r合成得到多級多因素模糊綜合評價結(jié)果矢量集b：其中w＝(w1,w2,…wm)由前述計算得到；“o”代表合成算子，常見的合成算子如表6所示，本文選用(6)對模糊綜合評價結(jié)果進行分析計算被評價對象對各等級模糊子集的隸屬度，對多個評價對象進行比較并排序，并計算每個評價對象的綜合分值，按照大小排序，按序擇優(yōu)。優(yōu)選的，所述模糊合成算子為：優(yōu)選的，依據(jù)最大隸屬度原則對模糊綜合評價結(jié)果進行分析，若模糊綜合評價結(jié)果矢量中則被評價對象隸屬于第r等級，選擇其作為評價隧道健康狀態(tài)的結(jié)果；優(yōu)選的,本發(fā)明所述的方法，具體步驟如下：1)得到高鐵隧道病害單因素檢查結(jié)果，并依據(jù)表1～表4進行單因素打分；2)根據(jù)式(3)及表5計算第三層級因素隸屬關(guān)系評價矩陣rij，計算第三層級權(quán)重微量wij；3)計算第二層級因素隸屬關(guān)系評價矩陣rk，計算第二層級權(quán)重向量wk；4)計算第一層級因素隸屬度關(guān)系評價矩陣r，計算第一層級權(quán)利向量w；5)計算隧道病害多級多因素模糊綜合評價結(jié)果矢量集b；6)根據(jù)最大隸屬度原料，bimax與評判集v中vi等級對應(yīng)，給定高鐵隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)評價結(jié)果。本發(fā)明所述的方法具有如下有益效果：(1)參照評價體系的建立原則，重點考慮定性分析與定量分析的原則，建立了高鐵隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)三級評價指標體系，并基于層次分析法及物元理論給出了各級評價指標的權(quán)重計算方法。(2)基于單因素打分結(jié)果并采用模糊評價理論提出了高鐵隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)三級模糊綜合評價方法，確定了評價對象因素集u，評判集v，隸屬度模糊關(guān)系矩陣r及多級多因素模糊綜合評價結(jié)果矢量集b。(3)結(jié)合實際工程算例，對所提評價方法的合理性及適用性進行了驗證，知所提方法可對現(xiàn)階段運營期高鐵隧道科學管理提供理論支撐。具體實施方式以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。實施例1本實施例涉及一種對高鐵隧道結(jié)構(gòu)情況進行評論的實例，包括如下步驟：我國北方季節(jié)性凍土地區(qū)某高鐵隧道，設(shè)計時速300km/h，洞身圍巖為ⅱ～ⅴ級圍巖，洞口兩端為ⅴ級圍巖。通過對dk100+100～dk100+120段進行無損檢測及現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)洞口邊墻附近施工縫少量滲漏水。襯砌拱頂與邊墻表面局部存在環(huán)形裂縫且伴隨滲水現(xiàn)象，裂縫長度3.0m，寬度2mm，裂縫發(fā)展速度緩慢。冬季邊墻滲水部位局部結(jié)冰，但無侵限。評價過程及結(jié)果由檢測結(jié)果知，隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)一級因素為水u1與結(jié)構(gòu)u2，二級因素為滲漏水u11、凍害u12與襯砌裂紋u21，三級因素為滲漏水位置u111、季節(jié)凍融圈范圍u121、裂縫長度u211與裂縫寬度u212。依據(jù)表2～表4，對檢測結(jié)果進行病害因素定性與定量指標評價，分別見表7、表8。表7病害因素定性指標評價序號定性指標定性評價1邊墻施工縫滲漏較嚴重2拱頂裂縫滲漏較嚴重3邊墻裂縫滲漏較嚴重4裂縫滲漏水情況較嚴重5裂縫發(fā)展情況輕微表8病害因素定量指標評價序號定量指標定量評價(分值)1滲漏水位置3.02季節(jié)凍融圈范圍5.03裂縫長度2.04裂縫寬度1.2定性評價指標所對應(yīng)的隸屬度函數(shù)取值為：輕微r1＝[0.350.300.200.100.05]，較嚴重r2＝[0.200.200.400.100.10]。根據(jù)最大隸屬度原則，評定為較不安全。依據(jù)表8打分結(jié)果，利用3.1節(jié)指標權(quán)重方法計算各級權(quán)重，并依據(jù)式(3)及表5計算各層級隸屬度函數(shù)，最終求得單因素隸屬度關(guān)系評價矩陣r與多級多因素模糊綜合評價結(jié)果矢量集b為：根據(jù)最大隸屬度原則知b3＝0.3885最大，對應(yīng)于評判集中v3，即較嚴重。值得說明的是，表8中所取打分值為對應(yīng)區(qū)間的最大值，故評價結(jié)果較真實狀態(tài)偏于保守，由此可知該隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)尚未對行車安全造成大的影響，但需進一步觀察裂紋發(fā)展情況。雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明、具體實施方式及試驗，對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。當前第1頁12