地铁工程地质灾害危险性综合评估定量方法_以西安地铁一号线为例.pdf

第31卷 第3期 2009年9月 地球科学与环境学报 Journal of Earth Sciences and Environment Vol. 31 No. 3 Sep. 2009 收稿日期 2008212220 基金项目国家自然科学基金重点项目40534021 ;中国博士后科学基金项目20080431256 ;长安大学科技发展基金项目030521001 作者简介邓亚虹19782 , 男,湖南益阳人,讲师,工学博士,从事岩土工程、 地质灾害防治教学与研究。E2mail hoverdyh zju. 地铁工程地质灾害危险性综合评估定量方法 以西安地铁一号线为例 邓亚虹1 ,2 ,3,彭建兵1 ,3,卢全中1 ,2 ,3,林鸿州1 ,2 ,3 1. 长安大学 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室,陕西 西安710054 ; 2.长安大学 国土资源部 岩土工程开放研究实验室,陕西 西安710054 ;3.长安大学 地质工程与测绘学院,陕西 西安710054 摘要以西安市地铁一号线建设工程地质灾害危险性评估为例,对综合评估量化评分方法进行了理论探讨和实 例分析,主要讨论了评估因子的选取、 各因子权重和分级取值、 危险性等级划分和各级分值范围确定、 评分方法 和步骤等几个方面的内容。实例分析结果表明,基于本文量化评分方法基础上的地质灾害危险性分区能够较好 地反映多因素的综合影响,评估结果合理可信。 关键词地铁工程;地质灾害;危险性综合评估;量化评分方法 中图分类号 P642. 5 文献标志码 A 文章编号 16722656120090320291204 Quantification Grading in Subway Engineering Risk Assessment of Geological Disasters Taking No. 1 Subw ay in Xiπan as an Example DENG Ya2hong1 ,2 ,3, PEN GJian2bing1 ,3, LU Quan2zhong1 ,2 ,3, LIN Hong2zhou1 ,2 ,3 1. Key L aboratory of Western Mineral Resources and Geological Engineering of Ministry of Education , Changπan University , Xiπan710054, Shaanxi, China;2. Open Research L aboratory of Geotechnical Engineering of Ministry of L and and Resources , Changπan University , Xiπan710054, Shaanxi, China;3. School of Geological Engineering and Surveying , Changπan University , Xiπan710054, Shaanxi, China Abstract Taking the geological disaster assessment of No. 1 subway in Xiπan as an example , Theoretical discuss and practical analysis are made on quantification grading . The selection of assessment factors , weight of each factor and its value , division of risk grade and its scope and score , scoring s and steps are discussed. The practical analysis result shows that this can better reflect the comprehensive influence of multi2factor , and the result is reasonable and creditable. Key words subway engineering; geological disaster ; risk comprehensive assessment ; quantification grading 0 引言 建设工程的地质灾害危险性评估包括现状评 估、 预测评估和综合评估3个层次的内容。综合评 估是在现状和预测评估基础上,按照致灾地质体发 生地质灾害危险性 “区内相同、 区际相异” 的原则进 行地质灾害危险性分区段。由于需要考虑多灾 种、 多因素对建设工程的综合影响,因此,单纯的定 性分析已不能满足综合评估进行地质灾害危险性 分区段的要求。由于国家有关地质灾害危险性 评估的行业标准尚处于征求意见稿阶段,所以当前 执行的技术依据为国土资源部在2004年第69号 文件中发布的 地质灾害危险性评估技术要求试 行 [1] ,但该技术要求并没有具体的定量分析评估 方面的内容,只是提到在调查和资料收集的基础上 进行定性 半定量的评估。实际工程中使用的综 合评估定量或半定量方法主要有层次分析法 AHP、 模糊数学评判法、 灰色聚类分析法、 信息 量模型法、 灾损率法和风险区划法等。前4种方 法在使用过程中存在着模型建立和计算过程复 杂、 影响因素过多等不足,从而使得计算结果意义 不明确,可控性较差;后2种方法属于定性 半定 量方法,因而人为因素影响较大,使得评价结果的 可变性较大,可比性较差[227]。因此,笔者结合西 安市地铁一号线后围寨 纺织城建设工程的地 质灾害危险性评估工作,对综合评估量化分析的 方法、 步骤和结果表述等进行了理论探讨和实践, 以期能够为类似的地下线性工程的地质灾害危险 性综合评估和危险性分区提供具有理论和实际意 义的参考和借鉴。 1 评估工作概况 1. 1 拟建工程概况 拟建西安地铁一号线近期规划线路为咸阳森 林公园 纺织城,近期一期工程为后围寨 纺织 城。后围寨 纺织城段呈东西走向,线路沿枣园 路 大庆路 莲湖路 东、 西五路 长乐路 浐河 东路 纺北路一线布置,途经未央区、 莲湖区、 新城 区、 浐灞生态区及灞桥区,将三桥镇、 城西客运站、 大庆路 “电工城” 、 玉祥门、 北大街、 火车站、 五路口、 康复路批发市场、 金花路、 万寿路、 长乐坡、 城东客 运站、 半坡、 纺织城等大型客流集散点紧密地联系 起来,有力地支撑了东西向拓展的城市发展格局,是 西安轨道交通线网中的骨干线路。线路全长 2515 km ,其中高架线5138 km后围寨 汉城路 , 地 下线19185 km汉城路 纺织城 , 过渡段0127 km AK5 380～AK5 650 ;共设车站17座,其中地下 站14座,高架站3座,5座换乘站[8]。 1. 2 评估范围 由于地铁建设涉及工程地质、 水文地质、 环境 地质、 灾害地质等问题,因此调查工作面积应适当 拉大,并将拟建项目所在区域分为一般调查区和重 点调查区即评估区。一般调查区范围以地铁中心 线向南北两侧延伸1 000 m ,在起点车场西侧边界和 终点车场东侧边界向远离线路方向各扩展1 000 m; 重点调查区相对线路向南北两侧各扩展500 m ,始 末车场向远离线路方向各扩展500 m。调查中心 线长度2918 km ,总评估面积为2718 km2,调查面 积为5916 km2。 2 综合评估量化评分方法 2. 1 评估原则 在综合分析地质灾害危险性现状和未来发展 趋势的基础上,围绕本工程致灾严重的主要灾害类 型,结合拟建工程自身重要性及所处的岩土体工程 地质类型,全面权衡、 准确合理地划分地质灾害危 险程度与危险性大小区带。 2. 2 评估因子及其权重和分类取值 根据现状和预测评估结果,最终确定参与评估 的因子及其权重和分级取值的大小表 1 。 表1 评价因子权重及分类取值 Tab. 1 Weight and G rade V alues of Assessment Factor 评价因子 权重分级指标分值 地 裂 缝 0. 5 地面 沉降 0. 3 工程位置 及 重要性 0. 2 活动强烈,在线位上有近期活动致灾 证据 100 活动中等,在线位两侧500 m以内有 近期活动致灾证据 70 活动微弱,在线位两侧500 m外有近 期活动致灾证据 40 累计沉降量 2 000 mm ,沉降速 率 100 mm/ a 100 累计沉降量1 000～2 000 mm ,沉降 速率50～100 mm/ a 70 累计沉降量400～1 000 mm ,沉降速 率 50 mm/ a 40 累计 沉 降 量 400 mm ,沉 降 速 率 50分地质灾害严重危险性大Ⅰ 级 30～50分地质灾害一般危险性中等Ⅱ 级 30分地质灾害轻微危险性小Ⅲ 级 3根据单元的危险性等级和分值综合考虑, 392第3期 邓亚虹,等地铁工程地质灾害危险性综合评估定量方法 以西安地铁一号线为例 将等级和分值基本相当的单元进行合并,划入同一 个危险性分区中。考虑本工程的线状特点,综合分 区时的分区界线采用垂直于线路走向的控制断面, 因此,同一断面上4个单元的最终危险性等级是一 致的。 对同一断面的4个单元进行综合评定时,依据 灾害与线路越近危险性越大的原则,规定如下等级 划分方法当与线路较近的2个单元分值高于较远 的2个单元时,按较近单元分值给定此断面的综合 危险性等级;当较远单元分值高于较近单元,且两 者分值危险性存在等级差别时,按较远单元分值降 一级给定此断面的危险性等级,如不存在等级差 别,则按原等级给定。 如一个危险性分区仅包括同一断面的4个单 元网格,即分区沿线路走向长度为500 m左右,则 此分区通过综合考虑并入相邻2个分区中的1个, 不再单独划分。但分区长度1 km以上者,为提高 分区精度,需独立成区,不可并入相邻分区内。 2. 5 地质灾害危险性综合评估结果 运用上述方法,最终将整个待评估区划分为3 个危险性等级、9个区段、7个地裂缝危险性地带, 即1区段车辆段 桃园路口附近,为危险性小区 段;2区段,桃源路口 玉祥门盘道,为危险性大区 段;3区段,玉祥门盘道 许士庙街口,为危险性小 区段;4区段,许士庙街口 北新街街口,为危险性 大区段;5区段,北新街街口 康乐街口,为危险性 中等区段;6区段,康乐街口 长乐坡,为危险性大 区段;7区段,长乐坡 半坡,为危险性中等区段; 8区段,半坡 新寺,为危险性大区段;9区段,新 寺 停车场,为危险性小区段。3个危险性大地裂 缝带 f 3西段,f5、f6东段东侧 ,3 个危险性中地裂 缝带 f 3东段,f4、f6东段西侧 ,1 个危险性小地裂 缝带 f 6西段。 通过对分区结果分析,可以发现 1由于评估区域的地面沉降灾害危险性相对 较轻,因此危险性分区等级主要决定于地裂缝灾害 的影响,与其有较好的对应关系。从西往东,地铁 沿线依次受f3西段、f3东段、f4～f6东段西侧及f6 东段东侧的影响,基本上在活动较强烈的地裂缝与 线路相交区域形成危险性大的区域,而相邻地裂缝 之间的区域形成危险性相对较小的区域,两者交替 出现。从总体来看,由于西段受地裂缝影响小,故 其危险性整体小于中段和东段。 2地质灾害严重,危险性大的Ⅰ 级区段有4 个区段2、 区段4、 区段6、 区段8 ,总长810 km ,占 设计路线总长的3114 。区段受f3西段、f3东段、 f5、f6东段东侧地裂缝影响,且各条裂缝活动性危险 性均较大,仅4区段的f3东段为中等,但此处有北 大街换乘大站。综合评估灾害分值大于50分,对 地铁建设威胁严重。 3地质灾害危害程度较大,危险性中等的Ⅱ 级区段有2个,区段5和区段7 ,总长615 km ,占 线路总长度的2515 。区内发育f4～f6西段及f6 东段西侧等地裂缝,总体情况是地裂缝活动性危险 性小至中等,尽管f5、f6西段的活动性较强,但其距 线路较远,危险性降低,综合评估灾害分值为30～ 50分,对地铁建设威胁中等,较严重。 4地质灾害危害程度轻微、 危险性小的有3 个区段,即1区段、3区段和9区段。区段内几乎不 遭受地裂缝影响,地面沉降影响也微弱,综合评估 灾害分值小于30分,对地铁建设影响较小。 通过对分区结果的分析可以看出,笔者采用的 量化评分方法可较好地反映各评价因子的综合影 响,同时评价结果又与最主要的致灾灾种的分布具 有良好的一致性和对应性。评分结果直观明了,评 价结果合理可信。 3 结语 采用综合量化评分方法,对西安市地铁一号线 地质灾害危险性进行了综合评估,并根据评估结果 进行了危险等级的分段。通过理论和实例分析,可 以获得如下认识 1评价因子应包括区内对拟建工程有较大影 响的主要地质灾害类型,同时应考虑工程自身对灾 害效应的影响。 2评价因子权重的确定应在各因子致灾严重 性比较的基础上进行合理的分配,各因子权重之和 为1 ;权重的合理性可通过不同因子最高等级分值 之间的对比关系来考察。 3各因子项内分级取值一般可采用百分制, 各因子项最高等级取值应一致,项内各级之间的分 值可采用能合理反映不同等级致灾严重性差别的 等差数列。同时,分值的取值还需考虑不同评价因 子之间的协调性,使具有相同致灾严重性因素的最 终分值考虑权重基本相当。 下转第298页 492地球科学与环境学报 第31卷 在成层土体中,由于土层对结构的约束作用的大小 不同,结构除产生一定量的整体沉降外还产生了一 定的不均匀变形,这些变形会导致结构产生一定的 扭转,在结构的内部产生剪切作用。 2地震荷载下结构的动力响应中,结构顶板 处的主应力最大,加速度响应也最大,从分析结果 看,结构的顶板、 侧板及角隅处易发生破坏,因而在 设计和施工中对这些部位要引起一定的重视。 地震动荷载作用下地铁结构与土体的相互作 用是目前岩土工程研究的一个热点和难点。在这 一分析的基础上,进行竖向地震荷载作用下隧道结 构的反应分析及竖向和水平地震荷载耦合作用时 地铁结构的反应分析、 车站与隧道接口处在地震荷 载作用下的反应分析是土与地下结构在动力荷载 作用下需要进一步研究的课题,这些问题的解决对 于地下结构的抗震设计会起到重要的指导作用。 参考文献 [ 1 ] 门玉明,石玉玲.地裂缝研究中的若干重要科学问题[J ].地 球科学与环境学报,2008 ,302 1722176. [ 2 ] 长安大学.西安城市快速轨道交通2号线穿过地裂缝带的结 构措施专题研究[R].西安长安大学,2007. [ 3 ] GB 5015722003 ,地下铁道施工及验收规范[S]. [ 4 ] 李德寅,王邦楣,林亚超.结构模型试验[ M].北京科学出版 社,1996. [ 5 ] 李凯玲,张 亚,刘妮娜.土2地铁隧道动力相互作用模型试 验分析[J ].工程地质学报,2007 ,154 5342538. [ 6 ] 史 良.黄土隧道抗震设计研究[D].西安长安大学,2005. [ 7 ] 邱法维,钱稼茹,陈志鹏.结构抗震实验方法[ M].北京科学 出版社,2000. [ 8 ] 庄海洋.土2地下结构非线性动力相互作用及其大型振动台 试验研究[D].南京南京工业大学,2006. [ 9 ] 王国波.软土地铁车站结构三维地震响应计算理论与方法的 研究[D].上海同济大学,2007. 上接第294页 4危险性等级根据适宜性原则,一般取用 Ⅲ 级制,分别为危险性大Ⅰ 级、 危险性中等Ⅱ 级 和危险性小Ⅲ 级 , 关键在于如何根据表2确定各 等级的界限分值。界限分值的选取需考虑最重要 地质灾害类型的 “决定性”,同时依据不同搭配组合 的总评分值进行综合确定。 5具体评分方法可采用在网格分块评分基础 上的综合评分法,网格大小可根据具体情况有所不 同。对于线性工程,以不大于015 km015 km 为宜。 6在合理确定量化评分因子、 权重、 分值等因 素的基础上,采用定量方法进行地质灾害危险性分 析是可行的。其既可以考虑各灾种的综合影响,同 时又可使评价者跳出纷繁复杂的多因素谜局,用一 个简单明确的 “分值” 来评价地质灾害的危险程度。 当然,笔者仅以西安地铁一号线这一具体的线 性地下工程的地质灾害评价为例,对量化评分方法 进行了粗浅的理论探讨,所得出的结论也不一定具 有 “普适性”,相信随着定量方法的工程实践和理论 研究的深入,最终将会形成此方法的规范化和统一 化,并以国家标准的形式在规范中予以明确。 参考文献 [ 1 ] 国土资源部.地质灾害危险性评估技术要求试行 [ S].北 京国土资源部,2004. [ 2 ] 宗 辉.地质灾害危险性评估的半定量评价方法[J ].地质灾 害与环境保护,2003 ,142 51253. [ 3 ] 王国良.层次分析法在地质灾害危险性评估中的应用[J ].西 部探矿工程,20069 2862288. [ 4 ] 周建中,刘忠敏,张 博.地质灾害危险性评估及其半定量分 析法在罗家寨气田内部集输工程中的应用[J ].中国煤田地 质,2007 ,191 47251. [ 5 ] 吴亚子.山区公路地质灾害危险性评估方法研究[D].成都 成都理工大学,2005. [ 6 ] 张会刚.西南山区水电站建设用地地质灾害危险性评估方法 研究[D].成都成都理工大学,2005. [ 7 ] 刘江波.建设项目地质灾害危险性评估分区定量方法研究 [D].昆明昆明理工大学,2006. [ 8 ] 长安大学工程设计研究院.西安市地铁一号线后围寨 纺 织城建设工程地质灾害危险性评估报告[ R].西安长安 大学, 2008. 892地球科学与环境学报 第31卷