게임이론을 기반으로 복잡한 환경에서의 황토터널 건설의 안전 위험성 평가

Aug 15, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12249(2023) 이 기사 인용

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주변환경의 영향으로 인해 황토터널 건설 시 마주하게 되는 안전영향인자는 복잡하고 다양하여 사고가 빈번히 발생하고 있으며, 복잡한 환경 하의 황토터널 건설에 적용할 수 있는 안전위험평가 방법이 부족하다. . 본 논문에서는 시안-옌안 고속철도의 뤄촨 터널 프로젝트를 기반으로 황토터널 건설 위험의 영향 요인을 분석하고, 주관적 요인과 객관적 요인이 포함된 15개 주요 영향 요인을 선정하여 안전 위험성 평가를 수립하였다. 복잡한 환경에서의 황토터널 건설 시스템. 본 논문에서는 임팩트 팩터의 가중치를 결정하기 위해 게임 이론에 기초한 조합 가중치 방식을 처음으로 소개한다. 그리고 기존의 클라우드 모델 이론을 이용하여 황토터널 건설 안전성의 위험성 평가 모델을 구축하였다. 마지막으로 검증을 위해 모델을 지원 프로젝트에 적용합니다. 연구 결과, 지지와 라이닝이 터널 건설 안전에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 건설 관리, 주변 암반 등급, 유해 토목 지반, 모니터링 측정, 포어 폴링, 시공 방법 순으로 나타났습니다. 평가 결과는 실제 건설 위험도와 일치하며 이는 모델의 평가 결과가 정확하고 신뢰할 수 있음을 입증하며 모델은 복잡한 환경에서 황토 터널 건설의 안전 위험 평가에 대한 지침 중요성을 가지고 있음을 입증합니다.

황토는 중국 중서부 지역에 널리 분포되어 있으며, 그 면적은 631,000km2에 달하며, 중국 전체 면적의 약 6.6%를 차지합니다1. 황토는 제4기 퇴적물로서 수직 마디 발달, 느슨한 구조, 연수화의 특징을 가지고 있다2. 특수한 공학적 특성은 서부 지역의 엔지니어링 건설에 큰 도전을 가져오며, 특히 황토층을 횡단하는 터널 프로젝트의 경우 산사태, 진흙 토양 돌출, 물 분출, 건설 중 큰 변형 등의 재해가 자주 발생하며, 큰 안전 위험과 경제적 손실을 초래하는 재난3. 과거 많은 학자들이 황토터널의 주변 암석 특성과 구조적 안정성4,5,6에 대해 연구해 왔으며, 그 목적은 생산 현장에서 시공 위험을 최소화하는 것입니다. 따라서 황토터널의 건설 위험성을 철저히 분석하고 효과적인 평가방법을 제시하는 것이 시급히 해결해야 할 핵심과제이다.

최근 몇 년간 수많은 학자들이 터널 위험 평가를 광범위하게 연구해 왔습니다. Eskesen 등이 저술한 "Guidelines for Tunneling Risk Management"라는 책에서는 위험 평가 모델 및 평가 지표가 논의되었으며, 처음으로 터널링의 위험 평가 및 관리를 위한 완전한 참조 표준 세트가 제안되었습니다. McFeat-Smith와 Harman8은 조사 연구와 50개 이상의 터널에 대한 체계적인 요약을 기반으로 다양한 위험 유형을 포함하는 IMS 위험 평가 시스템을 개발했습니다. 현 등9은 사례연구와 전문가 자문을 통해 터널 건설과정에서 TBM의 잠재적인 안전위험요인을 조사, 분석하였고, 지질학, 설계, 시공의 3가지 측면에서 단층계통을 구축하여 위험 발생 확률을 효과적으로 예측하였다. FTA와 AHP를 활용하여 TBM 터널 설계 및 건설 단계에 미치는 영향. Gao et al.10은 76건의 대형 및 중형 터널 붕괴사고의 메커니즘을 분석하여 7가지 주요 위험요소를 평가지표로 제안하고 엔트로피 가중 회색계 이론에 기초한 터널 붕괴 위험도 평가를 실현하였다. Liu et al.11은 터널 변형과 인간 활동 사이의 관계를 논의하고 퍼지 분석 계층 프로세스를 적용하여 주거 지역 아래 황토 터널의 붕괴 위험을 평가했습니다. Balta et al.12는 베이지안 이론을 기반으로 터널 엔지니어링을 위한 위험 식별 소프트웨어를 개발하고 이를 엔지니어링 실무에 성공적으로 적용했습니다. 엔지니어링 사례와 연구를 바탕으로 Lin 등13은 TBM 재밍과 밀접한 관련이 있는 4가지 영향 요인을 요약하고 분석했습니다. ISM 이론을 이용하여 터널 막면 전면의 지질 조건을 획득하고 터널 건설 중 지질 재해 및 TBM 재밍에 대한 동적 예측을 달성하기 위해 동적 BN 모델을 구축했습니다.