公路隧道施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究

1、公路隧道施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究隨著我國(guó)國(guó)道和高速公路網(wǎng)的迅速建設(shè)，公路隧道越來(lái)越顯示出穿山 越嶺的優(yōu)越性，隨之而來(lái)的公路隧道施工項(xiàng)目增多，其安全問(wèn)題也逐 漸顯露出來(lái)。公路隧道施工不同于其他生產(chǎn)形式，兼顧建設(shè)工程施工 和礦山生產(chǎn)，具有其自身獨(dú)特的安全生產(chǎn)特點(diǎn)。 在現(xiàn)有的施工條件下， 沒(méi)有系統(tǒng)的安全生產(chǎn)保證體系，因此，急切需要建立和健全隧道施工 安全評(píng)價(jià)體系，通過(guò)安全評(píng)價(jià)，可以讓施工人員更系統(tǒng)的、全面的了 解隧道施工過(guò)程危險(xiǎn)、危害因素，促使施工企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)做好施工安全措 施管理決策，真正做到貫徹落實(shí) “安全第一、預(yù)防為主 ”的安全生產(chǎn)方針。1 公路隧道施工安全現(xiàn)狀1.1 隧道施工過(guò)程中事故頻發(fā)隧道

2、施工過(guò)程中，由于地質(zhì)條件的多樣性和復(fù)雜性，其施工事故發(fā)生 率比其他巖土工程高且嚴(yán)重，給隧道工程施工人員身心帶來(lái)嚴(yán)重的危 害。隧道工程開(kāi)挖過(guò)程的事故發(fā)生率一般占隧道總事故率的 50，隧 道裝巖運(yùn)輸過(guò)程中事故一般占隧道總事故率的25 （包括運(yùn)輸設(shè)備引起的事故 ），其他事故占隧道總事故率的 25。1.2 傷亡事故類別 公路隧道施工中引起傷亡事故的因素很多，其類別主要有：坍塌、冒頂片幫、物體打擊、放炮、車輛傷害、起重傷害、瓦斯爆炸、火藥爆炸、觸電、火災(zāi)、灼燙、淹溺、中毒和窒息、其他傷害等。由于地質(zhì)類型和性質(zhì)不同，公路隧道施工技術(shù)條件千變?nèi)f化，無(wú)統(tǒng)一固定的施工模式，而且隨著施工環(huán)境和施工機(jī)械等客觀條件的

3、變化，在隧道施 工過(guò)程中還會(huì)不斷出現(xiàn)新的情況。2 公路隧道施工安全的特殊性在隧道施工過(guò)程中，施工情況復(fù)雜，各種危險(xiǎn)、有害因素相互交織， 工傷事故屢見(jiàn)不鮮，是一個(gè)復(fù)雜多變的人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)，通常是作 業(yè)中的人員、設(shè)備和設(shè)施處于諸多不安全因素的威脅之下，具有一般 系統(tǒng)的特點(diǎn)，也具有自己的特殊性。2.1 隧洞圍巖穩(wěn)定性的不確定性在鑿巖、爆破后，對(duì)圍巖的支護(hù)和襯砌是否及時(shí)是直接影響到圍巖穩(wěn) 定性的一個(gè)方面。另外我國(guó)現(xiàn)行的公路隧道圍巖按其坑道圍巖穩(wěn)定性 分為 6 類，由于圍巖類別的不同，往往采用不同的施工方法和在遇到 特殊地質(zhì) （如膨脹性圍巖、黃土、流沙、斷層破碎帶、巖溶、巖爆等） 的情況下，圍巖的穩(wěn)定性很

4、難保證，在強(qiáng)大的地壓作用下，可能導(dǎo)致 冒頂、片幫、底鼓和支護(hù)、襯砌變形，甚至塌方。2.2 施工機(jī)械化程度較低機(jī)械化施工是現(xiàn)代生產(chǎn)所追求的目標(biāo)，我國(guó)隧道建設(shè)起步較晚，機(jī)械 化水平和程度還相對(duì)較低，還存在大量的手工操作的作業(yè)。機(jī)械的可 靠性高于人的可靠性，人受主觀因素的影響較大，而機(jī)械會(huì)遵循設(shè)計(jì) 模式進(jìn)行規(guī)范化的工作， 是實(shí)現(xiàn)施工操作規(guī)范化、 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的保證 目前，隧道施工的機(jī)械化、自動(dòng)化程度還不能達(dá)到要求，甚至有些機(jī) 械管理還不夠完善，可能造成重大的工傷事故。在現(xiàn)有的機(jī)械程度條 件下，加之物質(zhì)條件的不安全性和管理的缺陷，都是隧道施工事故多 發(fā)的潛在因素。2.3 施工環(huán)境條件惡劣隨著隧道隧洞施工

5、的不斷縱向深入，作業(yè)場(chǎng)所在時(shí)間和空間上經(jīng)常發(fā) 生變化，隧洞的環(huán)境條件也隨之不斷改變和惡化。主要表現(xiàn)在，工作 空間狹小 （施工設(shè)備和機(jī)械不但占用空間，而且各種施工活動(dòng)還要在這 樣的空間內(nèi)進(jìn)行交叉作業(yè) ），工作照明造成的視覺(jué)環(huán)境差，灰塵和噪聲 污染嚴(yán)重，有些隧道還存在著溫度高和濕度大的危害，不但易發(fā)生事 故，而且易導(dǎo)致職業(yè)病。 另外隧道內(nèi)存在一些多發(fā)性事故 （如物體打擊、 墜落傷害、車輛傷害等 ）也給職工帶來(lái)一些精神上的壓抑感。而且隧道 施工環(huán)境是一個(gè)惡劣多變的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。因此，隧道施工中環(huán)境條件惡 劣以及多變的固有屬性是引起隧道施工事故多發(fā)的潛在危險(xiǎn)因素。2.4 職工素質(zhì)低在隧道施工這個(gè)人 機(jī)環(huán)境

6、系統(tǒng)中， 人是主要的， 又是脆弱的。 由于 隧道中作業(yè)環(huán)境差， 工作空間狹小 勞動(dòng)強(qiáng)度大， 工資水平又不太高， 這樣就難以吸收和穩(wěn)定具有文化和素質(zhì)較高的工人安心在隧道施工企 業(yè)長(zhǎng)期工作。 從事隧道施工的人員大多是分包企業(yè)招收的農(nóng)民輪換工、 合同工和臨時(shí)工， 這些職工總體文化及素質(zhì)水平較低， 一旦發(fā)生事故， 往往驚慌失措，避災(zāi)能力薄弱，在很多情況下難以自救，甚至有可能 造成二次事故。這樣的施工隊(duì)伍較難形成較好的安全文化氛圍，給隧 道施工安全工作帶來(lái)了重大的安全隱患，成為隧道施工事故多發(fā)的一 個(gè)重要因素。3 公路隧道施工安全評(píng)價(jià)公路隧道施工是屬于建設(shè)工程施工系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，但從公路隧道 施工的工

7、藝來(lái)看，它又有其自己的特殊性，并且在施工方式和施工機(jī)械和設(shè)備方面有所不同，這就給建立公路隧道施工安全評(píng)價(jià)體系提供 了空間，使其對(duì)公路隧道施工安全評(píng)價(jià)更具有針對(duì)性和科學(xué)性。公路 隧道施工過(guò)程通常由鑿巖爆破、 支護(hù)、襯砌、出碴與洞內(nèi)運(yùn)輸、 通風(fēng)、 供水、供電、供氣 （壓縮氣 ）、排水，有的隧道還有豎井 （斜井）提升等幾 個(gè)大子系統(tǒng)組成，各個(gè)子系統(tǒng)表面上看相對(duì)獨(dú)立，其實(shí)他們具有相互 聯(lián)系，直接影響和制約著隧道施工過(guò)程的安全狀況和生產(chǎn)效益。3.1 公路隧道施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的選擇和確定是評(píng)價(jià)研究?jī)?nèi)容的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，直接影響 到評(píng)價(jià)的精度和結(jié)果。根據(jù)中華人民共和國(guó)安全法 、公路隧道施

8、工技術(shù)規(guī)范、公路工程施工安全技術(shù)規(guī)程及爆破安全規(guī)程等 法律、法規(guī)、規(guī)范和對(duì)隧道施工的安全狀況調(diào)查、分析的基礎(chǔ)上，從 系統(tǒng)的角度把公路隧道施工分為安全管理、環(huán)境條件、爆破作業(yè)及爆 破器材、出碴與洞內(nèi)運(yùn)輸、施工通風(fēng)、個(gè)人防護(hù)、施工用電、施工設(shè) 備及設(shè)施等公路隧道施工安全生產(chǎn)條件必須的基本條件、指標(biāo)。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系不但要遵循科學(xué)性、可行性和可比性原則，還要具有動(dòng) 態(tài)性原則。公路隧道施工安全評(píng)價(jià)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程， 在施工不同階段， 不同的情況下， 影響施工安全的因素 （評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的指標(biāo) ）會(huì)隨之變 化。因此，在建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)要注意該體系的開(kāi)放性、動(dòng)態(tài)性。3.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的公路隧道施工安全評(píng)價(jià)公

9、路隧道施工安全評(píng)價(jià)體系是個(gè)自我完善的自成體系，有自成一體的 安全評(píng)價(jià)通則和安全評(píng)價(jià)方法， 但又不能脫離建設(shè)工程施工的大環(huán)境， 應(yīng)和建設(shè)工程施工企業(yè)建立的有關(guān)體系相融合。公路隧道施工安全評(píng) 價(jià)體系是對(duì)公路隧道施工中的安全管理、環(huán)境條件、爆破作業(yè)與爆破 器材、出碴與洞內(nèi)運(yùn)輸、施工通風(fēng)、個(gè)人防護(hù)、施工用電和施工設(shè)備 及設(shè)施的綜合評(píng)價(jià)，公路隧道施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖 1。影響公路隧道施工安全系統(tǒng)的因素眾多， 關(guān)系十分復(fù)雜， 數(shù)據(jù)干擾大， 是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。因素的測(cè)度難以確定，所有這些公路隧道 施工安全評(píng)價(jià)的特性正是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究對(duì)象所具有的特點(diǎn)。 并且， 公路隧道施工安全評(píng)價(jià)過(guò)程實(shí)際上是在確

10、定了公路隧道施工安全評(píng)價(jià) 標(biāo)準(zhǔn)后，將待評(píng)價(jià)的樣本與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。3.2.1BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(1) 多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不僅有輸入點(diǎn)Xj、輸出節(jié)點(diǎn)Oi,而且有1層或多層隱節(jié)點(diǎn)yi,典型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型見(jiàn)圖2(2) 傳遞函數(shù)一般為(0, 1) S型函數(shù)(3) 誤差函數(shù)。對(duì)第P個(gè)樣本誤差計(jì)算公式為式中tpi，Opi，分別為期望輸出和網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算輸出。3.2.2BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的公路隧道施工安全評(píng)價(jià)模型通過(guò)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和公路隧道施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的廣泛分析，建立了基于優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的公路隧道施工安全評(píng)價(jià)模型，如圖3 所示。3.2.3 公路隧道施工安全評(píng)價(jià)3.2.3.1公路隧道施工安全等級(jí)

11、劃分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原始數(shù)據(jù)的訓(xùn)練結(jié)果期望目標(biāo)值與評(píng)價(jià)結(jié)果的輸出格式如表 1 所示。表 1 安全評(píng)價(jià)輸出結(jié)果等級(jí)的劃分對(duì)照見(jiàn)表在公路隧道施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系確定的指標(biāo)中，存在定性指標(biāo)和定 量指標(biāo)兩種不同的指標(biāo)狀態(tài)，在利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)求解 過(guò)程中，對(duì)定性指標(biāo)和定量指標(biāo)行歸一化處理。并依據(jù)其傳遞函數(shù)的 特性要求對(duì)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練所需的原始樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化處理，轉(zhuǎn)化為分 布于0，1區(qū)間范圍的數(shù)據(jù)。3.2.3.3指標(biāo)體系網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備在建立完善、合理的公路隧道施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià) 模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)對(duì)某公路局在建公路隧道提供的隧道施工安全原始數(shù)據(jù)分析和整理根據(jù)確定的樣本數(shù)據(jù)量化區(qū)間

12、，對(duì)評(píng)價(jià)前數(shù)據(jù)進(jìn) 行分析和整理，收集現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)其它相關(guān)的參數(shù)，并利用 Delphi 編制了公路隧道施工安全評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成程序，并由此得到 的各個(gè)分級(jí)單元指標(biāo)的 20 個(gè)實(shí)例樣本。3.2.3.4網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過(guò)程根據(jù)各單元評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)， 利用 Matlab 工具箱編寫(xiě)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練程序， 網(wǎng)絡(luò)第2層、3層和4層的轉(zhuǎn)移函數(shù)分別采用“ tan sig ” “ tan sigW“ purelie其設(shè)置的訓(xùn)練參數(shù)最大循環(huán)次數(shù)、顯示中間結(jié)果的頻率、網(wǎng) 絡(luò)訓(xùn)練動(dòng)量、學(xué)習(xí)速率、訓(xùn)練目標(biāo)誤差如表 2 所示。單元網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練各 層神經(jīng)元參數(shù)情況略。表 2 網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練的參數(shù)見(jiàn)表3.2.4 公路隧道施工安全評(píng)價(jià)結(jié)果

13、分析選用專家評(píng)判法，得到指標(biāo)體系準(zhǔn)則集的權(quán)重：U=0.20，0.05，0.10，0.20，0.15，0.15，0.05，0.05，0.10利用上述各待評(píng)單元的評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合u,得到各個(gè)待評(píng)公路隧道施工 安全評(píng)價(jià)體系的安全狀況， 其實(shí)際各公路隧道施工的安全狀況為 4、3、 3、2、2，與其實(shí)際情況相比較，具有較強(qiáng)的一致性，體現(xiàn)了運(yùn)用神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。該方法運(yùn)用于公路隧道施工安全評(píng) 價(jià)，能夠結(jié)合各個(gè)公路隧道施工的實(shí)際情況，進(jìn)行科學(xué)的安全評(píng)價(jià)， 充分辨識(shí)公路隧道施工中存在的安全隱患， 力爭(zhēng)把其消滅在萌芽之中； 也可以在施工中，分不同階段對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到公路隧道施工的不 同時(shí)期的安

14、全狀況。4 公路隧道施工安全評(píng)價(jià)的作用事故發(fā)生不外乎兩種因素導(dǎo)致：人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)。 隧道施工過(guò)程中的事故多以地質(zhì)災(zāi)害和常見(jiàn)慣性事故為主，以往對(duì)隧 道建設(shè)的危險(xiǎn)源、 有害因素雖有初步的認(rèn)識(shí)， 但沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)的了解， 未來(lái)隧道施工安全評(píng)價(jià)理論方面需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題是隧道施工過(guò)程 中人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的安全型分析、 隧道施工安全評(píng)價(jià)方法的選擇及創(chuàng)新 和不斷完善安全評(píng)價(jià)體系， 通過(guò)評(píng)價(jià)，可以使認(rèn)識(shí)更系統(tǒng)化、 完整化、 科學(xué)化，做到及早地對(duì)事故發(fā)生的可能性和危險(xiǎn)、 有害因素進(jìn)行辨識(shí)， 切斷危險(xiǎn)源，把事故消滅在萌芽之中。同時(shí)，通過(guò)公路隧道施工安全 評(píng)價(jià)，針對(duì)隧道施工存在的安全隱患，采取必要的安全技術(shù)措施和安 全管理手段，并對(duì)施工員工進(jìn)行安全教育，提高他們的安全意識(shí)，制 止和控制勞動(dòng)者的不安全行為。5 結(jié)論公路隧道施工安全評(píng)價(jià)體系的建立， 通過(guò)系統(tǒng)的研究隧道施工安全 先進(jìn)行危險(xiǎn)及有害因素的普查、辨識(shí)，進(jìn)而進(jìn)行整個(gè)公路隧道施工過(guò) 程的