導(dǎo)語：巖溶隧道突水突泥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

［摘要］在巖溶區(qū)隧道建設(shè)的過程中，突水突泥災(zāi)害頻繁發(fā)生，對(duì)工程建設(shè)造成巨大的安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。以馬口排隧道為工程依托，采用理論分析與工程實(shí)際相結(jié)合的技術(shù)手段，分析了引發(fā)突水突泥災(zāi)害的關(guān)鍵性影響因子，并對(duì)各影響因子進(jìn)行二級(jí)指標(biāo)劃分，提出層次分析法與加權(quán)平均法相結(jié)合的巖溶隧道突水突泥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，得到相應(yīng)結(jié)論。

［關(guān)鍵詞］加權(quán)平均法；層次分析法；巖溶隧道；突水突泥；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

隨著高速公路網(wǎng)逐步建設(shè)，在巖溶區(qū)修建隧道的現(xiàn)象已屢見不鮮。但因巖溶區(qū)工程地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)勘查難以準(zhǔn)確無誤，使突水突泥等地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生。因此，有必要系統(tǒng)的研究淺埋偏壓巖溶隧道突水突泥的影響因素，并制訂針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，以實(shí)現(xiàn)災(zāi)害預(yù)測(cè)與化解的目的。因此，在數(shù)學(xué)理論的基礎(chǔ)之上，結(jié)合層次分析法與加權(quán)平均法建立綜合評(píng)價(jià)模型，并將模型與工程實(shí)際緊密結(jié)合。詳細(xì)探討馬口排巖溶隧道突水突泥災(zāi)害的關(guān)鍵影響因素，采用加權(quán)平均法建立多因素–單一評(píng)價(jià)體系，通過開挖結(jié)果與評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)比，驗(yàn)證該模型的可行性，能較好地指導(dǎo)施工，以避免突水突泥災(zāi)害發(fā)生，降低施工風(fēng)險(xiǎn)與經(jīng)濟(jì)損失。

1工程概況

1.1隧道線路概況。馬口排隧道設(shè)計(jì)為小凈距/分離式隧道，雙線四車道，雙洞單向行車。隧道內(nèi)縱坡為人字坡，左洞縱坡2.4%和–1.00%，變坡點(diǎn)在進(jìn)洞后約490m處；右洞縱坡2.55%和–0.95%，變坡點(diǎn)在進(jìn)洞后約515m處。本隧道路面橫坡±2%，無超高路面。1.2地形地貌概況。隧址區(qū)為構(gòu)造溶蝕低山地貌單元區(qū)。隧道穿越山體呈南北向延伸，地表植被發(fā)育，山體兩側(cè)自然斜坡總體呈東陡西緩，山體中發(fā)育有槽谷，地形平緩，表層為殘坡積紅粘土覆蓋，巖溶漏斗、巖溶塌陷及落水洞多有分布。隧道進(jìn)口位于英紅鎮(zhèn)朱屋村，地形為向東傾斜山灣內(nèi)，相對(duì)高差約為270.76m；隧道洞身段為巖溶槽谷，地形相對(duì)平緩，走向與山體延伸方向基本一致。隧道出口側(cè)自然斜坡總體向西側(cè)傾斜。1.3地質(zhì)條件概況。據(jù)隧址區(qū)工程地質(zhì)測(cè)繪及鉆孔成果，隧道進(jìn)、出口地形平緩地段為第四系全新統(tǒng)殘坡積（Q4el+dl）層覆蓋，出露基巖為石炭系下統(tǒng)大塘階石磴子段（C1ds）地層。隧道區(qū)所處地層情況為馬口排背斜，背斜軸呈北東南西向，隧道穿越背斜兩翼及軸部，樞紐略有擺動(dòng)。1.4水文概況隧址區(qū)地下水主要以兩種類型存在。第四系土層分布于隧道進(jìn)、出口自然斜坡及洞身段溶蝕槽谷中，其孔隙水雨季含量較高且變化較大，對(duì)表層覆蓋土層穩(wěn)定性影響較大；碳酸鹽巖類分布廣泛，巖溶水的富集狀況與隧址區(qū)的巖溶發(fā)育程度關(guān)系密切。

2綜合評(píng)價(jià)總體技術(shù)路線

巖溶隧道突水本質(zhì)上是外部作用破壞了地下水原有的運(yùn)移網(wǎng)絡(luò)或存儲(chǔ)狀態(tài)，其影響因素復(fù)雜多樣。本文通過加權(quán)平均法建立多因素–單一綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可有效避免上述不利影響，同時(shí)該體系比較全面地涵蓋了對(duì)隧道突水產(chǎn)生影響的各個(gè)因素，又通過融合各因素得到一個(gè)定量的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值。其技術(shù)路線為：確定突水突泥災(zāi)害影響因子→建立指標(biāo)體系→運(yùn)用層次分析法進(jìn)行權(quán)值分析→關(guān)鍵指標(biāo)分級(jí)→構(gòu)件綜合評(píng)價(jià)模型→對(duì)突水突泥風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

3層次分析法指標(biāo)體系

3.1構(gòu)建指標(biāo)體系。關(guān)于巖溶隧道突水突泥災(zāi)害的影響因子多而繁雜，對(duì)于評(píng)價(jià)體系并沒有嚴(yán)格的規(guī)定與劃分。結(jié)合馬口排隧道施工現(xiàn)場(chǎng)遇到的突水突泥災(zāi)害分析與評(píng)價(jià)，總結(jié)出4類關(guān)鍵性影響因子，分別為巖溶發(fā)育、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件以及施工影響。每個(gè)類別又下分有二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)。3.2影響因素與權(quán)值分析?；趯哟畏治龇▽?duì)各影響因子進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估權(quán)值分析。構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算因素權(quán)向量ω，最大特征值λmax，隨機(jī)一致性比率CR。3.2.1巖溶發(fā)育。巖溶發(fā)育類影響因子主要包括圍巖級(jí)別及可溶巖成分。對(duì)巖溶水的運(yùn)移具有重要的影響，而圍巖級(jí)別的不同也表征了巖溶水運(yùn)移與存儲(chǔ)條件的變化。通過理論分析與實(shí)例統(tǒng)計(jì)得：ω=[0.582,0.309,0.109],λmax=3.004,CI=0.002,CR=0.004<0.1，滿足一致性條件。3.2.2地質(zhì)構(gòu)造。巖溶發(fā)育類影響因子主要包括斷層構(gòu)造、褶皺及巖層產(chǎn)狀。針對(duì)巖石的性質(zhì)進(jìn)行分析，若存在原始裂隙，在地表徑流、化學(xué)腐蝕的作用下，進(jìn)一步過大形成溶蝕裂隙，甚至發(fā)育成巖溶管道，久而久之形成溶洞。通過理論分析與實(shí)例統(tǒng)計(jì)得：ω=[0.635,0.197,0.178],λmax=3.124,CI=0.002,CR=0.003<0.1，滿足一致性條件。3.2.3水文地質(zhì)。巖溶發(fā)育類影響因子主要包括匯水面積、地下水位及承壓水壓力。地下水是引發(fā)突水突泥災(zāi)害的主控性因素，而地下水頭是預(yù)測(cè)突水突泥危害的可能性程度。若隧道底板與水頭有相對(duì)距離，而水頭又處于上部，若距離為60m時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)最大；距離為30m<h<60m時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)次之；距離為0<h<30m時(shí)，突水突泥可能性較低。通過理論分析與實(shí)例統(tǒng)計(jì)得：ω=[0.531,0.257,0.212],λmax=4.104,CI=0.003,CR=0.004<0.1，滿足一致性條件。3.2.4施工影響施工影響因子主要包括隧道埋深、開挖支護(hù)及超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。隧道施工對(duì)巖體的應(yīng)力平衡及受力狀態(tài)影響較大，水力梯度是突水突泥發(fā)生的直接性因素。此外，當(dāng)掌子面與溶洞的相對(duì)空間位置改變了水力梯度，極易引發(fā)突水突泥災(zāi)害。對(duì)于不同工程、不同情況下，若選取處治措施不當(dāng)，極有可能造成突水突泥災(zāi)害。通過理論分析與實(shí)例統(tǒng)計(jì)得：ω=[0.526,0.198,0.276],λmax=4.021,CI=0.007,CR=0.007<0.1，滿足一致性條件。3.3二級(jí)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)。針對(duì)更為詳細(xì)的二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)值分析，找出關(guān)鍵影響指標(biāo)，為后期評(píng)價(jià)模型的建立提供基礎(chǔ)。通過理論分析與實(shí)例統(tǒng)計(jì)：ω=[0.027,0.103,0.114,0.094,0.173,0.027,0.021,0.133,0.034,0.131,0.143],CI=0.008,RI=0.908,CR=0.008<0.1，滿足一致性條件。通過對(duì)馬口排隧道影響因素的權(quán)值分析可知：巖溶發(fā)育所占總比例為13%，其中圍巖等級(jí)比重較大；地質(zhì)構(gòu)造所占比例為38.1%，相比于其他指標(biāo)巖層產(chǎn)狀的權(quán)重較大達(dá)到17.3%，而其他兩個(gè)二級(jí)指標(biāo)在所有二級(jí)指標(biāo)中所占的指標(biāo)也較為突出；水文地質(zhì)所占比例為18.1%，地下水位對(duì)巖溶隧道突水突泥的評(píng)估更為突出；工程影響所占比例為30.8%，其中超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和開挖支護(hù)分別占13.1%和14.3%。

4突水突泥關(guān)鍵性指標(biāo)等級(jí)劃分

按照工程情況和各評(píng)價(jià)指標(biāo)所占的權(quán)重，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行定性的分析后，建立定量的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合各指標(biāo)對(duì)突水突泥災(zāi)害的關(guān)聯(lián)性情況，將定量評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)按十分制劃分成5個(gè)等級(jí)。結(jié)合突水突泥災(zāi)害危險(xiǎn)性情況，將災(zāi)害等級(jí)分為安全、較安全、較危險(xiǎn)、危險(xiǎn)、極危險(xiǎn)5個(gè)等級(jí)。

5巖溶隧道突水突泥評(píng)估模型

5.1評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)確定。指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的重要程度可以通過指標(biāo)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行量化。指標(biāo)相關(guān)系數(shù)越大，重要程度越高。通過簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)確定指標(biāo)相關(guān)系數(shù)，設(shè)：式中：rik為物元；vik為第i個(gè)影響因子的第k個(gè)二級(jí)指標(biāo)xi對(duì)應(yīng)的量值。當(dāng)待評(píng)事物的影響程度越高時(shí)，該指標(biāo)所占的權(quán)值也相應(yīng)越大，?。海?）sj=c1jω1+c2jω2+…+ci–1jωi–1+cijωi（4）式中：sj為巖溶隧道突水危險(xiǎn)性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值；cij為評(píng)價(jià)分值，分別為2,4,6,8,10；ωi為影響因子權(quán)重值。將得到的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值sj根據(jù)巖溶隧道突水災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定該隧道的突水危險(xiǎn)性。5.3評(píng)定結(jié)果及分析。從評(píng)價(jià)模型對(duì)馬口排隧道的突水突泥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果中選取代表性施工段（左線ZK225+475~ZK225+510段）數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)該段隧道工程的水文地質(zhì)與工程地質(zhì)資料，并經(jīng)專家評(píng)議，得到評(píng)價(jià)指標(biāo)的分值，并將數(shù)據(jù)代入式（1）–（3），計(jì)算出綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值sj=5.49。由此可以判斷馬口排隧道左線ZK225+475~ZK225+510段處于較危險(xiǎn)狀態(tài)。實(shí)際開挖時(shí)，左線ZK225+475~ZK225+510段圍巖主要為中等風(fēng)化灰?guī)r，存在較為明顯的層理結(jié)構(gòu)，裂隙較發(fā)育，其中裂隙中存在砂礫，多呈塊狀～裂隙塊狀結(jié)構(gòu)，掌子面圍巖地下水發(fā)育，滲水嚴(yán)重，多處出現(xiàn)白色析出物或黃泥印記，局部裂隙滲滴水，易發(fā)生掌子面掉塊、局部小坍塌等地質(zhì)災(zāi)害，有較大突水突泥的可能性。該評(píng)價(jià)結(jié)果與工程實(shí)際吻合較好，從而證明了該方法的正確性。

6結(jié)論

通過對(duì)馬口排隧道的水文地質(zhì)條件進(jìn)行探討，分析了引發(fā)突水突泥災(zāi)害的關(guān)鍵性影響因子，并對(duì)各影響因子進(jìn)行二級(jí)指標(biāo)劃分，提出層次分析法與加權(quán)平均法相結(jié)合的巖溶隧道突水突泥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，并成功運(yùn)用于馬口排隧道，其主要結(jié)論如下。（1）基于統(tǒng)計(jì)與層次分析法甄選出突水突泥災(zāi)害的4種關(guān)鍵性影響因素，并進(jìn)行二級(jí)指標(biāo)的劃分，建立突水突泥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，通過權(quán)重分析，確定地質(zhì)構(gòu)造與工程影響為主控性因素。（2）基于簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)理論與加權(quán)平均法相結(jié)合的技術(shù)手段，構(gòu)建多因素–單一綜合評(píng)價(jià)模型，該模型解決了多因素評(píng)價(jià)方法不準(zhǔn)確的問題，為突水突泥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供一種新方法。（3）將構(gòu)建的評(píng)估模型成功運(yùn)用于馬口排巖溶隧道，評(píng)估結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)施工情況進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的合理性與可行性，對(duì)類似工程的評(píng)估起到借鑒作用。

作者:李德臣 單位:中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司

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