论文部分内容阅读
由于瓦斯的性质及其严重危害性，瓦斯及其危害等级预测研究一直是国内外安全学者的重要研究课题之一，但是这些研究主要是侧重于矿山、煤炭、化工等高危行业，对于轨道交通行业基建领域的研究很少。近年来，伴随着城市地铁施工规模的不断扩大，地铁交通在人们日常出行中所占的比重越来越大，地铁规模也越来越大，由于地铁隧道施工主要采用盾构机进行掘进，特殊地层构造区域施工期间会伴有瓦斯气体溢出，对安全施工造成严重安全隐患，因此必须对其施工区域的地质环境等因素进行分析，摸清瓦斯产生的机理及原因，同时要对施工过程中产生的瓦斯浓度及涌出量进行监测、分析，以预测其未来一段时间的变化趋势，在施工过程中采取相应的安全防范措施，从而避免重大安全事故的发生。
通过对昆明地铁二号线福保路路段的地质结构研究发现，该路段瓦斯气体的产生主要与该地层地质构造有关，由于某些土层中含有机物和微生物，这些有机物和微生物经过化学反应能够产生瓦斯气体，当掘进过程中穿过这些土层就会有瓦斯气体溢出，其中福保路瓦斯气体富集在粉质黏土层和泥炭质土层中。
本文以昆明地铁二号线福保路为例，通过对福保路路段钻孔2、钻孔4、钻孔7、钻孔8和钻孔9重点勘察孔位溢出的瓦斯浓度进行分析，构建GM(1,1)-马尔可夫链模型进行瓦斯浓度预测。首先对福保路路段有瓦斯气体溢出的这些重点孔位分别建立5-8维度的GM(1,1)灰色预测模型进行灰色预测分析，然后运用后验差比值、平均相对误差和小误差概率三个指标对模型预测精度进行检验，从中选取精度最高的维度再与马尔可夫链模型进行结合，建立灰色 GM(1,1)-马尔可夫链模型预测这些重点孔位在未来一段时间内的瓦斯浓度，最后再用三个评价指标进行模型精度检验。
通过构建灰色GM(1,1)-马尔可夫链模型发现，当对福保路路段钻孔2、钻孔4和钻孔7建立五维灰色GM(1,1)-马尔可夫链模型，对钻孔8和钻孔9分别建立七维和八维灰色 GM(1,1)-马尔可夫链模型时，模型的预测结果与原始瓦斯浓度监测数据的拟合度最好，预测效果最好，除了钻孔2、钻孔8的平均相对误差检验结果为勉强和钻孔钻孔9的平均相对误差检验结果为合格外，所有的精度检验结果都为好，达到最优级，灰色GM(1,1)-马尔可夫链预测模型的综合平均相对误差为5.2%，平均准确率高达94.8%；另外，根据灰色GM(1,1)-马尔可夫链模型对重点孔位的预测结果来看，随着时间的延续，钻孔2、钻孔7、钻孔8和钻孔9的瓦斯浓度在2%以上，钻孔4的瓦斯浓度在 4%以上，而根据国家安全生产标准的相关规定，隧道内的瓦斯浓度不能超过 0.5%，因此这些重点孔位的瓦斯浓度都处于严重超标的状态，必须在施工过程中进行通风，稀释隧道内空气中瓦斯的浓度，否则当瓦斯浓度处于5%～16%时，遇火可能会发生爆炸事故，同时高浓度的瓦斯也会造成地铁隧道受限空间内施工人员窒息 死亡，容易导致地铁工程施工人员群死群伤等重大或者特别重大事故的发生。
通过对昆明地铁二号线福保路路段的地质结构研究发现，该路段瓦斯气体的产生主要与该地层地质构造有关，由于某些土层中含有机物和微生物，这些有机物和微生物经过化学反应能够产生瓦斯气体，当掘进过程中穿过这些土层就会有瓦斯气体溢出，其中福保路瓦斯气体富集在粉质黏土层和泥炭质土层中。
本文以昆明地铁二号线福保路为例，通过对福保路路段钻孔2、钻孔4、钻孔7、钻孔8和钻孔9重点勘察孔位溢出的瓦斯浓度进行分析，构建GM(1,1)-马尔可夫链模型进行瓦斯浓度预测。首先对福保路路段有瓦斯气体溢出的这些重点孔位分别建立5-8维度的GM(1,1)灰色预测模型进行灰色预测分析，然后运用后验差比值、平均相对误差和小误差概率三个指标对模型预测精度进行检验，从中选取精度最高的维度再与马尔可夫链模型进行结合，建立灰色 GM(1,1)-马尔可夫链模型预测这些重点孔位在未来一段时间内的瓦斯浓度，最后再用三个评价指标进行模型精度检验。
通过构建灰色GM(1,1)-马尔可夫链模型发现，当对福保路路段钻孔2、钻孔4和钻孔7建立五维灰色GM(1,1)-马尔可夫链模型，对钻孔8和钻孔9分别建立七维和八维灰色 GM(1,1)-马尔可夫链模型时，模型的预测结果与原始瓦斯浓度监测数据的拟合度最好，预测效果最好，除了钻孔2、钻孔8的平均相对误差检验结果为勉强和钻孔钻孔9的平均相对误差检验结果为合格外，所有的精度检验结果都为好，达到最优级，灰色GM(1,1)-马尔可夫链预测模型的综合平均相对误差为5.2%，平均准确率高达94.8%；另外，根据灰色GM(1,1)-马尔可夫链模型对重点孔位的预测结果来看，随着时间的延续，钻孔2、钻孔7、钻孔8和钻孔9的瓦斯浓度在2%以上，钻孔4的瓦斯浓度在 4%以上，而根据国家安全生产标准的相关规定，隧道内的瓦斯浓度不能超过 0.5%，因此这些重点孔位的瓦斯浓度都处于严重超标的状态，必须在施工过程中进行通风，稀释隧道内空气中瓦斯的浓度，否则当瓦斯浓度处于5%～16%时，遇火可能会发生爆炸事故，同时高浓度的瓦斯也会造成地铁隧道受限空间内施工人员窒息 死亡，容易导致地铁工程施工人员群死群伤等重大或者特别重大事故的发生。