城市地铁网络系统的脆弱性分析论文
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篇1：城市地铁网络系统的脆弱性分析论文
【摘要】本文以降低城市地铁网络系统运行过程中的事故发生率为目的，本着尽量避免事故造成经济损失，减少给社会带来负面影响的的原则，对城市铁路运行的脆弱性进行探讨。以真实的事故案例的统计分析和对城市地铁网络系统的运行特点分析，归结地铁网络运行的脆弱性为三大类，即物理、结构以及社会功能的脆弱性，来明确城市地铁网络系统运行脆弱性在事故发生中的地位，并为城市地铁网络系统在运行时的自系统故障、抵抗外界干扰能力中的缺陷等重新定义。借鉴以往的真实事例，我们不难分析出运行脆弱性的发生过程，旨在为提出降低城市地铁运行脆弱性的优良方案提供参考和导向。
相关调查显示，城市地铁网络运行脆弱性对地铁事故的发生和最终造成的损失状况有直接的影响，物理和社会脆弱性在地铁事故中主要在事故发生的初始阶段产生较大影响，结构脆弱性主要会导致事故的蔓延扩大，社会功能的脆弱性即决定着事故最终造成的损失情况。所以，从城市地铁网络系统的结构、网络和社会功能三个方面入手，积极探讨解决相关方面问题的最优方案，从而使得城市地铁网络运行的脆弱性能够有效降低。
篇2：城市地铁网络系统的脆弱性分析论文
1前言
我国经济不断发展，城市化进程也随之加快，城市地铁的发展也日渐普及，地铁已经成为众多城市的交通系统的最关键环节，有着不可替代的交通地位，为城市中人们的出行带来极大的便利，可谓是城市交通的生命线。中国城市铁路正走进网络化地铁时代，城市地铁网络系统的发展趋势必然有单线向多线发展，其管理系统的建设也必然随之而变得丰富和分工明确。城市地铁的多元化复杂化发展也难免的带来更多的问题，如城市地铁网络系统中的设备故障，人为失误以及由于社会因素而导致的抵御系统内外部干扰能力的不足，更重要的是，目前的城市地铁网络系统不稳定性较高，在时有发生的事故中往往会造成重大的社会经济损失，带来较大的负面影响。城市地铁网络系统的安全稳定性在保障系统运行中的顺畅和安全有重要意义，更对促进社会的和谐稳定有重要作用。所以努力提高城市地铁网络系统的抗干扰能力，综合探讨城市地铁网络系统的脆弱性，最大限度的避免地铁运行事故的发生及其带来的损失刻不容缓。
如今国内外对于城市地铁网络系统的研究主要集中在技术问题、社会影响以及自然灾害等方面，紧紧围绕可靠性和安全性来展开，而对于城市地铁网络系统的脆弱性方面的研究则相对缺失。城市地铁网络系统的的脆弱性研究主要从道路路网和公交网络系统的脆弱性分析上借鉴参考，没有自己独立有效的分析系统。当前的探讨主要偏向城市地铁网络系统的结构问题。总的来讲，现在的对于城市地铁网络系统的脆弱性分析对于社会干扰因素的关注度还不够，对于整个系统的综合评价也不够具体，在研究的过程中往往因为不合理的方案和分工使得城市地铁网络系统的设备、线路和工作人员以及乘客相互分割。本文将在传统的以系统故障和网络结构的研究基础上，结合城市地铁网络系统的运行特点和社会影响，系统的探究城市地铁网络系统的运行脆弱性问题。力求取得良好的成效，保证系统运行的安全稳定性。
2城市地铁网络系统的运行特点
2.1单线向多线网络运营的方式转变
城市地铁网络系统的发展，主要是因为单线独立运营向多线的交汇发散而有了质的跨越。单一的线路运行比较容易管理和保证列车的行车安全，不会产生线路之间相互影响的情况。而多元化发展后的城市地铁，逐渐加大了线路、站点之间的复杂程度，扩大了局部问题对于整个系统的干扰，也使得更多的不同地区运力和运量的矛盾被放大，而给城市地铁网络系统带来更打的影响。并且线路之间的统一协调问题也更加突出，增大了我们对其组织和处理的难度系数。如此一来，复杂程度的加大不可避免的导致小事故引发大问题的风险增加，处理好细节问题，规避城市受到大的影响已然成为我们的工作中心。
2.2城市地铁网络系统的高复杂度
城市地铁网络系统之所以称为系统，必然具有一定的综合性和复杂性。我们可以这样的解读该系统，轨迹线路是边，车站为点，纵横交错的铁路运行线构成了这样一个大网络。城市地铁网络系统长期经受着许多不可预知的内外部干扰因素，有时会出现设备运转不正常的情况，并影响到整个网络系统的可靠性。自然灾害、人为破坏、工作人员的操作不当等众多内外干扰因素，会使得线网及客流的负担加重，线网功能超载甚至损坏而导致运行效率降低，导致整个网络的运行安全性受到影响。并且城市地铁网络系统在事故发生后的复杂程度也非常之高，不仅因为线网供给能力被破坏而缺失，更因为涉及到大量的人民群众，所以，对于社会的复杂性给予高度重视非常必要。
2.3城市地铁网络系统的脆弱点和脆弱域
整个系统的复杂性不言而喻，那么其脆弱性的关键体现，就在城市地铁网络系统的脆弱点和脆弱域上，其存在也是系统不能正常运行的根本原因。当这些脆弱点和脆弱域受到自技术和社会自然的干扰时就会出现功能受到损害而缺失甚至系统瘫痪的状况。研究表明，城市地铁网络系统的运行脆弱性主要存在于各单元的传输载体上以及整个网络结构的组成上。在此我们从网络失效后果和概率方面来进行解析，某些部分失效产生的影响就会增加网络整体的脆弱性，这些容易失效，并且失效后果会导致网络运行能力下降的部分即为脆弱点；在一定失效概率的基础上发生的失效后果并在特定环境下有一定的变化范围，就是网络系统的脆弱域，它是城市地铁网络系统的抗干扰能力和事故后的恢复能力的集中体现。
篇3：城市地铁网络系统的脆弱性分析论文
3.1城市地铁网络系统运行脆弱性解析
城市地铁网络系统的事故后恢复能力取决于系统对事故的敏感性以及事故发生的不同危害程度。我们知道，城市地铁网络系统的抵抗风险能力越强，在事故发生后的损失就越小，也就是说，系统的脆弱性直接关系都到地铁网络系统的安全稳定运行。城市地铁网络系统的运行脆弱性在结构上主要有物理脆弱性、结构脆弱性和社会功能的脆弱性。系统的元件以及设施本体是物理脆弱性探究的主要对象，城市地铁网络系统的车辆系统、供电、轨道系统以及通信系统包括其元件在受到干扰后的相互补给的协调性是城市地铁网络系统的主要表现，主要是要求物理设备具有一定的可靠性以及工作人员能满足不同系统之间的相互协调。受干扰的部分受到损坏而丧失其既定功能，甚至会波及到其他元件和系统从而扩大了干扰的失效后果，严重时会导致整个网络系统的运行受阻甚至停止运行。城市地铁网络系统的结构脆弱性作为网络拓扑结构的内在属性侧重于探究整个网络系统的拓扑结构和运行方式。拓扑网络的失效过程是单元功能失效通过相连的点和线为传播载体，从而在有效性的层面上产生失效的后果。
当地铁的脆弱点或者脆弱域受到干扰，干扰通过地铁线路、流动的乘客等载体在整个地铁网络系统中扩散，此时容易发生级联效应，尤其是关键点的失效，对整个地铁网络系统的影响更加明显和巨大。城市地铁网络系统的社会功能脆弱性的研究从整个网络系统与社会之间的关系及服务特征方面展开。地铁网络的社会功能是交通运输，所以其社会功能的脆弱性主要体现在乘客的满意程度，提供的服务的效率以及为社会和国家带来的经济效益等方面。社会功能脆弱性最注重的就是在系统受到干扰时仍然可以实现系统应该发挥的功能为社会提供正常的服务或者能够迅速及时的恢复其社会服务。地铁受到干扰影响或者造成地铁系统整体失效的情况下，会对乘坐地铁的乘客产生不能到达目的地或者需要额外增加换乘才能到站的影响，会造成对乘客、企业乃至社会的经济损失。在城市地铁网络系统的运行事故中，上述的三个脆弱性存在一定的.关联，他们在重大事故中出现损失和导致事故后果扩大的不同时段有着不同的影响。一般来说系统的物理脆弱性和社会功能脆弱性容易导致小事故的发生，也就导致脆弱点的出现，脆弱点受干扰的影响随着系统网络蔓延传播而产生波及范围更广的二次干扰，就会出现脆弱域，在物理结构以及社会功能脆弱性的综合影响背景下使得设备运行受损，人员伤亡，造成社会经济的损失。
3.2事故分类及分析
根据国内外事故案例的实际情况以及地铁运营服务的现状和危险因素的考虑，现在主要分为自身设备设施类事故、行车类事故、客运类事故和自然灾害类事故等。设备类事故主要由设施的损坏或故障引起，主要表现为设备运转失常，设施主体损坏；行车类事故主要表现为行车过程中能量外溢，主要后果是列车脱轨，挤岔碰撞等；客运类事故是受到客运服务功能障碍的影响而导致的车门夹人夹物，电梯扶梯的伤害；自然类事故则是自然环境及外部因素的影响，包括恶劣天气、高温、特殊环境等造成的列车运行事故。经调查显示在城市地铁网络系统运行的事故中，设备类事故占58.2%，客运类事故占32.5%其他类事故占10%左右。这一数据对我们发现城市地铁网络系统中脆弱性导致的事故有重要参考作用，我们应在加强设备维护与保养，定期检修工作上加大力度，保证设备设施的正常运转和优质耐用，降低自身设备的故障率，完善监管制度，定期的认真排查设备故障，做好预防工作。也要加强新技术的开发，增强设备的反馈能力，加强设施正确使用的宣传，尽量避免客运类事故的发生。优化城市地铁网络系统的构建方案，增强其抗干扰能力和在恶劣环境中运行的能力，最大限度的保证行车安全。
4结合实际案例的脆弱性分析
4.1事故介绍
本文中列举的案例是9月发生在上海的10号线2列车在豫园至老西门百米标处发生的追尾事件，事故中多人受伤，造成巨大的经济损失。后经调查证实事故是因设备失电导致运营信号中断最终采取人工调度的行车方式过程中，调度员未能严格按照规定发布命令而导致。具体情况是调度员在未准确定位的故障区发布电话闭塞命令，与此同时接车站值班员在没有确认路线空闲与否的情况下也没有按照规定就同意了其发出的闭塞请求。最终才导致了惨剧的发生。该事故在上海市造成巨大影响，牵连到多个站点，事故发生后还实行了临时封站，给相关线路的运行带来极大不便，该处又处于上海的繁华地段，带来很大的社会负面影响。
4.2针对案例的脆弱性讨论
从本质来说，事故的发生不过是系统的小问题，但就是这样的小的脆弱点在复杂系统中的蔓延使得整个系统受到的影响越来越大，最终导致整个网络系统的崩溃。城市地铁网络系统的物理脆弱性导致某一特点发生事故，结构脆弱性促进了该小事故的蔓延过程而形成大面积的影响。从整个事件来就是看脆弱点的影响扩散到脆弱域进而影响整个网络系统造成严重损失，是城市地铁网络系统脆弱性的综合体现。事故的发生总是给我们带来惨痛的教训，所以我们应以此让警钟长鸣。
5结语
本文着重围绕城市地铁网络系统的脆弱性进行探究，总结了现有探究对于城市地铁网络系统脆弱性分析的不足之处，并结合真实事例从物理、结构和社会功能三个大的方面对系统的脆弱性进行了进一步的剖析。我国对城市地铁的投入使用不断增多，保证地铁的安全稳定的运行越发重要，主要从提高城市地铁网络系统的组成单元的可靠性，还有地铁网络设计的方案优化和科学合理的复杂性分析，充分的考虑到各关键点、衔接点，繁忙地段的干扰因素等等。重视流动的乘客给系统带来的不确定影响，增强动态监测部门的监测能力，保证各个工作单位严格按照规定执行命令，为构建良好、安全、稳定的城市地铁网络系统做出十二分的努力！
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篇4：城市地铁浅埋暗挖隧道地层沉降分析与控制论文
城市地铁浅埋暗挖隧道地层沉降分析与控制论文
摘 要结合深圳地铁一期工程第六标段科华区间暗挖隧道工程实例,分析了软弱富水地层的沉降特性和引起地层沉降的原因,根据沉降原因提出了严格执行“十八字方针”、适度排放地下水、讲究开挖施工方法等控制对策,为软土地层进行城市地铁暗挖隧道有效控制沉降提供借鉴。
关键词地铁 浅埋隧道 暗挖隧道 沉降控制
1 引言
随着城市建设的迅猛发展,地面空间压力越来越大,为解决城市交通、停车、贸易、通讯、供水、供电等工程项目占地的重大难题,城市隧道及地下空间将被大力开发与利用。任何地下工程的开挖施工,无论其埋深大小,均将扰动地下土体,地表面必将发生或大或小的沉降。而城市地铁隧道其埋深均较浅,如不根据地表环境保护要求,分析引起沉降的主要因素,并采取适当措施加以控制,则将危及地面建筑物的安全,危及城市道路、管线的安全。现根据深圳地铁一期工程施工情况,分析城市浅埋暗挖隧道沉降的主要特性、引起沉降的主要因素,提出采取的控制措施,供类似地质暗挖隧道参考。
2 地层沉降的特性
深圳地铁一期工程全长19.47双正线km,共设车站17座,除4个区间采取盾构施工外,其余区间均为暗挖施工,根据监测资料汇总分析,区间隧道开挖对地层沉降的影响具有以下特性。
(1) 地表沉降值大于隧道拱顶下沉值
在深圳地铁一期工程施工中,沿线地表沉降值普遍较大,特别是洞顶有砂层的地段,沉降值一般为100～200mm,个别点达250mm以上;而洞内拱顶沉降值相对较小,最大100mm左右,洞内周边收敛值不超过10mm。
(2) 开挖对地表影响范围大
隧道开挖引起地表沉降范围大。从监控量测资料看,开挖引起地表沉降纵向、横向范围较大,一般超过开挖两侧边缘约30～40m的地面出现沉降裂缝,在砂层地段甚至更远。
(3)支护成环后土体达到稳定所需的时间较长
从深圳地铁施工情况看,隧道初期支护闭合成环后,其拱顶及地表仍有一定下沉,一般持续40d左右沉降基本结束。待结构二次衬砌施作完成后,才完全稳定。
(4)隧道开挖超前影响范围小于其滞后影响范围
按可比下沉值比较,开挖超前影响范围一般约在30m左右;而对后方影响范围较大,唯有二次衬砌完成后,隧道结构才趋于稳定。
3 地层沉降的原因分析
(1) 地层土体特性的影响
隧道力学理论认为,浅埋暗挖隧道上覆地层已无自承载能力,荷载应全部由隧道结构来承担。但实践表明,不仅土层,即使是干砂,地层仍能形成自然载拱。深圳地铁隧道上覆土是海冲击层,空隙比较大,若保持最优含水量时,为极硬土性质,失水后易造成超固结,引起较大沉降;隧道开挖扰动后,引起开挖周边土体松弛变形,出现潜在坍滑区,尤其在砂层地段,坍滑现象会更严重。土的特性决定了地表影响范围大,地表下沉值大于隧道拱顶下沉值,特别在砂层、砾砂层段表现更为突出。
(2) 地下水的影响
地铁隧道一般处在地下水位以下,开挖排水后地下水不断渗出,形成多道渗水通道,使地层持续失水,土层空隙及节理裂隙固结收缩,引起地表超前、超大范围沉降。从深圳地铁施工监测情况看,地层持续失水是引起地表沉降最根本、最主要的原因。
(3) 地层应力释放
由地层的收敛约束特性可知,随地层位移的增大,上覆地层施加到隧道结构上的荷载将减小。最佳支护概念就是在允许地层产生稳定的位移条件下,使支护结构所受的力最小。城市地铁隧道,尤其是浅埋暗挖隧道,为保证地表的变形得到控制,原则上不允许地表出现超越规定值的下沉而换取最佳支护,地层预加固与及时支护且封闭成环是超浅埋暗挖隧道的关键。
多孔介质土且具潜在坍滑面的地层,随地表下沉、地层应力的释放,坍滑面会渐次产生,伴随着地表大范围下沉,沉降槽宽度及下沉量均较大。可见,控制地层应力释放度是解决下沉及波及范围的关键。
(4) 隧道作用的叠加影响
实践表明,已衬砌的隧道,当两隧道的中心线距>2.5D(D为隧道宽度)时,两隧道之间的相互作用减弱,但若中心线距≤2D时,则其相互作用明显。对未衬砌隧道,当两隧道中心线距为5D时,可不考虑相互作用,但中心线距≤3D时,则必须考虑其相互作用影响。很明显,若两平行隧道间距小,两隧道同时开挖对地层的扰动要大于单一隧道的开挖,会造成地层的突然松弛,出现大的和持续不断的沉降。两隧道的相互作用会使地表沉降有叠加效应,因此在左右线间距一定的情况下,增大两隧道的相对开挖距离是减少其叠加作用影响的关键。
(5) 施工方法
城市地铁隧道开挖常用的工法中,台阶法是引起地表下沉最为严重的一种施工方法,但因其操作简单,成本低,只要措施得当,一般可满足地表沉降要求。国内外区间单线隧道施工多采用台阶法。但台阶法也多种多样,需根据不同的断面形式及地层条件谨慎选取。
应用台阶法的关键是要保证开挖工作面的稳定。软弱地层尤其是渗水较大的地层,台阶长度不可过短。此外,尚需采取环形开挖留核心土,并施加辅助工法等措施。
台阶法的理论与实践表明,软弱地层台阶长度不宜小于5～6m,若涌水严重,山岭隧道普遍采用的2～4m超短台阶应杜绝应用。一般而言,台阶长度愈长,工作面前方土体对工作面的挤压流动会愈小,工作面愈稳定。另一方面,在软弱地层采用台阶法时,应充分领悟“浅埋暗挖”的精神实质即早封闭理念,一般多在上台阶底部增设临时仰拱,使上下台阶及早各自闭合成环。
(6)开挖进尺的影响
开挖进尺的大小实质上是工作面无支护空间的大小,其值决定着地表下沉及拱顶沉降,也影响开挖面的稳定性。
软土隧道工作面难以自稳,因而必须支撑。研究表明,开挖时工作面需支撑的压力并不大,仅10MPa就足以使工作面短期内自稳,使开挖顺利进行;另外,稳定开挖工作面的支撑力与上覆土层的厚度以及土体的密度几乎没有什么关系,与隧道的直径呈线性关系。法国的研究表明,如果工作面无支护距离小于0.2D,对稳定工作面开挖的支撑力无特别要求,但若超过此值,则无支护空间要求的稳定工作面开挖的支撑力就要变大,否则工作面就会失稳。软弱地层、浅埋暗挖法施工的地铁隧道,开挖进尺的控制十分重要,应分析研究,有目的地控制。
(7)工作面的推进速度
沉降具有时空效应。工作面推进速度的加快,意味着各工序时间的`缩短,隧道开挖裸露的空间亦小,其存在的时间亦短,利于控制地层变位的调整。
(8)初期支护刚度
大刚度支护是控制地表下沉的有效措施,尤其是对浅埋暗挖隧道。在总刚度一定的条件下,地层刚度小,势必要增大初期支护的刚度。复合式衬砌结构,根据设计的荷载分配,一般结构二次衬砌不承担施工期荷载,但根据实际施工及有关监测资料,初期支护后至地表达到稳定的时间较长,唯有二次衬砌后,隧道及地表才完全稳定。因此,适当提高初期支护刚度对稳定地层是有好处的。
4控制地层沉降的对策
地表下沉是多因素的综合作用。在地层条件一定的情况下,合理的设计与巧妙的施工乃是控制地表下沉的最为关键的手段。针对上述原因分析,提出以下控制对策供参考。
(1) 领会并严格执行“十八字方针”
浅埋暗挖法是在城市地铁隧道施工历经多地区实践基础之上提出的具有我国特色的软土隧道施工方法。它的精神实质及要领都融合在这十八字方针里―――“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。
“管超前”不仅仅是简单地利用小导管等进行超前预加固支护,其加固效果与小导管直径、长度、间距、安设角度、搭接长度以及浆液等都有关系;“短开挖”不是指台阶长度短,而是指控制循环进尺,少扰动地层,开挖范围小且留核心土;“快封闭”不仅仅是指全断面及早封闭,在分部开挖中,每一分部开挖面也应能尽快封闭。
总之,城市地铁隧道施工,要很好地控制地表下沉,必须深入领会十八字方针,在施工中认真贯彻落实。
(2)适度排放地下水
地下水的排放无疑会使上覆地层尤其是隧道工作面附近地层的强度增加,刚度变大。但对于砂层、砾砂等特殊地层,过度抽排地下水,会使上覆多孔介质土层超固结,反而引起地表大范围沉降。因此,在能保证工作面稳定、能保证正常开挖的条件下,应尽量减少地下水的抽排,可根据情况采取止水帷幕或旋喷桩等阻断地下渗水通道,采取地表或洞内注浆措施封堵部分地下水;采取地表或洞内降排水时,尽量缩短抽排时间,掌子面开挖过后及时停止;采取断面注浆、喷混凝土等措施稳定工作面;根据具体地层条件,及时调整小导管、格栅支护参数、注浆参数,确保注浆效果。
(3)确定适合地层条件的施工方法
为有效控制地表沉降,台阶法应预留核心土,台阶长度应根据地层条件确定,地层愈软,台阶长度愈长;为使开挖各分部早闭合,上台阶一般应增设临时仰拱,特殊地段上台阶拱脚处应架设钢支撑喷混凝土作托梁,实践表明,采用该方法施工,拱顶及地表下沉明显减缓。
(4)拉开左右线隧道的开挖距离
两隧道的中心线距≤3D时,两隧道的开挖对地层沉降会有叠加影响。软弱围岩其沉降影响范围大,建议两工作面的开挖距离控制在30m以上。
(5)缩短开挖进尺
城市地铁尤其是软弱地层隧道,开挖进尺应尽量小。根据实践经验,建议每循环进尺取断面开挖宽度的0.1倍。
(6)加快工作面的推进速度
工作面速度的加快,意味着各工序施工时间的缩短,地层应力的释放得到有效控制,地层内部的变位调整也将减小。
(7)增大初期支护刚度
初期支护施作后,本身有一个徐变过程。超前支护,一般采取增大小导管直径、减小布置间距、严格注浆等措施加强;钢格栅,在间距一定时,宜增大主筋直径,增大支护初期刚度,以控制沉降。
(8)合理安排二次衬砌时间
孔隙水的调整所产生的附加应力是一个漫长的递增过程。软弱富水地层,随着渗排水,地表大范围沉降,初期支护的刚度与地层刚度的相互作用会愈来愈强,因此,软土隧道应及时施作二次衬砌。深圳地铁隧道的实践表明,二次衬砌施作后,地层变位趋于稳定。
5 结论
地表下沉是多因素的综合作用,在地层特性一定的条件下,尽量采取措施,做到设计、施工与地层的耦合至关重要。
软弱围岩条件下进行地铁暗挖隧道施工,水是施工的大敌,如何有效地控制地下水,处理好降排水、施工与地表沉降三者的关系,尚需作更深入的研究。
地表沉降问题目前仍是困扰城市地铁暗挖隧道施工的难点,其所带来的环境问题以及由此引发的负面社会效应不容忽视。
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