Valutazione del rischio per la sicurezza della costruzione di gallerie con loess in ambienti complessi basata sulla teoria dei giochi

Aug 15, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12249 (2023) Citare questo articolo

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A causa dell'impatto dell'ambiente circostante, i fattori di impatto sulla sicurezza incontrati durante la costruzione di tunnel loess sono complessi e numerosi, il che causa frequenti incidenti, e mancano metodi di valutazione del rischio per la sicurezza applicabili alla costruzione di tunnel loess in ambienti complessi . Basato sul progetto del tunnel Luochuan della ferrovia ad alta velocità Xi'an-Yan'an, questo documento analizza i fattori di impatto dei rischi di costruzione del tunnel loess e vengono selezionati 15 principali fattori di impatto che coinvolgono fattori soggettivi e oggettivi per stabilire la valutazione del rischio per la sicurezza sistema di costruzione di tunnel loess in ambienti complessi. Per determinare il peso dei fattori di impatto, questo articolo introduce per la prima volta il metodo della ponderazione combinata basato sulla teoria dei giochi. Quindi, il modello di valutazione del rischio relativo alla sicurezza della costruzione del tunnel loess viene stabilito utilizzando la teoria del modello cloud convenzionale. Infine, il modello viene applicato al progetto di supporto per la verifica. I risultati mostrano che il supporto e il rivestimento hanno l’impatto maggiore sulla sicurezza della costruzione del tunnel, seguiti dalla gestione della costruzione, dal grado della roccia circostante, dal terreno ingegneristico dannoso, dal monitoraggio delle misurazioni, dall’infilatura e dal metodo di costruzione. Il risultato della valutazione è coerente con l'effettivo grado di rischio della costruzione, il che dimostra che il risultato della valutazione del modello è accurato e affidabile e che il modello ha un significato guida per la valutazione del rischio per la sicurezza della costruzione di gallerie loess in un ambiente complesso.

Il Loess è ampiamente distribuito nelle regioni centrali e occidentali della Cina e la sua superficie raggiunge i 631.000 km2, pari a circa il 6,6% della superficie totale del Paese1. Come il sedimento quaternario, il loess ha le caratteristiche di sviluppo articolare verticale, struttura sciolta e addolcimento dell'acqua2. Le speciali caratteristiche ingegneristiche rappresentano anche una grande sfida per l'ingegneria delle costruzioni nella regione occidentale, in particolare per i progetti di tunnel che attraversano lo strato di loess, che spesso incontrano disastri come frane, proiezioni di terreno fangoso e zampilli d'acqua e grandi deformazioni durante la costruzione, e quei disastri che causano grandi rischi per la sicurezza e perdite economiche3. In passato, molti studiosi hanno studiato le caratteristiche delle rocce circostanti e la stabilità strutturale dei tunnel di loess4,5,6, con lo scopo è quello di minimizzare il rischio di costruzione nella pratica produttiva. Pertanto, il problema chiave che deve essere risolto urgentemente è analizzare approfonditamente i rischi di costruzione dei tunnel loess e proporre metodi di valutazione efficaci.

Numerosi accademici hanno studiato approfonditamente la valutazione del rischio dei tunnel negli ultimi anni. Nel libro “Linee guida per la gestione del rischio di tunneling” scritto da Eskesen et al.7 vengono discussi i modelli di valutazione del rischio e gli indici di valutazione e, per la prima volta, viene proposto un set completo di standard di riferimento per la valutazione e la gestione del rischio nel tunneling. Sulla base di un'indagine di ricerca e di un riepilogo sistematico di oltre 50 tunnel, McFeat-Smith e Harman8 hanno sviluppato un sistema di valutazione del rischio IMS che include molti tipi diversi di rischio. Hyun et al.9 hanno studiato e analizzato i potenziali fattori di rischio per la sicurezza della TBM nel processo di costruzione del tunnel attraverso lo studio di casi e la consultazione di esperti, hanno costruito un albero delle faglie basato su tre aspetti di geologia, progettazione e costruzione e hanno previsto in modo efficace la probabilità che si verifichi il rischio e il suo impatto nelle fasi di progettazione e costruzione del tunnel TBM utilizzando FTA e AHP. Analizzando il meccanismo di 76 incidenti di crollo di tunnel di grandi e medie dimensioni, Gao et al.10 hanno proposto sette principali fattori di rischio come indici di valutazione e hanno realizzato una valutazione del rischio di crollo del tunnel basata sulla teoria del sistema grigio ponderato entropia. Liu et al.11 hanno discusso la relazione tra la deformazione del tunnel e le attività umane e hanno applicato il processo di gerarchia analitica fuzzy per valutare il rischio di collasso nei tunnel loess sotto le aree residenziali. Balta et al.12 hanno sviluppato un software di identificazione del rischio per l'ingegneria dei tunnel basato sulla teoria bayesiana e lo hanno applicato con successo alla pratica ingegneristica. Sulla base di casi ingegneristici e ricerche, Lin et al.13 hanno riassunto e analizzato quattro fattori d'influenza strettamente correlati all'inceppamento della TBM. Utilizzando la teoria ISM, è stato creato un modello BN dinamico per ottenere le condizioni geologiche davanti al fronte del tunnel e ottenere una previsione dinamica dei disastri geologici e degli inceppamenti della TBM durante la costruzione del tunnel.