毛 永 強，張 子 平，2，袁 青，2，熊 齊 歡，3，陳 世 豪，3

(1.中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北 武漢 430040； 2.長大橋梁建設(shè)施工技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，湖北 武漢 430040； 3.交通運輸行業(yè)交通基礎(chǔ)設(shè)施智能制造技術(shù)研發(fā)中心，湖北 武漢 430040)

0 引 言

在隧道、硐室施工過程中，穿過溶洞發(fā)育的地段，尤其遇到地下暗河系統(tǒng)、含水泥沙礫層、富水破碎帶時，易發(fā)生突然大量涌水突泥現(xiàn)象，它對礦山、隧道等地下工程的施工危害極大。隧道穿越富水破碎帶的涌水突泥災(zāi)害問題也是隧道工程地質(zhì)災(zāi)害的重點問題。涌水突泥災(zāi)害發(fā)生突然、危害較大，易造成人員傷亡、經(jīng)濟損失。若隧道通過區(qū)域工程地質(zhì)條件復(fù)雜，水源補給量充足，則呈現(xiàn)出巨大的破壞性。首先突水量大，施加了巨大壓力；其次，涌水突泥過程中，由于夾帶大量的泥沙礫石等，隨著隧道的循進開挖，地下水排泄有了新通道，破壞了原有的補徑，加速了地下水對巖體的改造作用。

國內(nèi)外的專家學(xué)者對于隧道涌水突泥的風(fēng)險評價與力學(xué)機制問題已取得一定突破。國外學(xué)者對隧道等地下工程中的涌水問題進行了大量的研究，并提出了一系列研究方法，如Goodman方法[1]、Heuer分析法[2]及IMS法[3]等。國內(nèi)常采用模糊綜合評價法、層次分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、加權(quán)平均法、可拓理論等方法，對隧道涌水突泥危險性進行建模分析，提出評價體系與判斷標準。毛邦燕[4]、許振浩[5]、翁其能等[6]均分析了隧道涌水突泥控制因素與因素權(quán)值，得到隧道涌水突泥風(fēng)險評價模型。張偉杰[7]研究了斷層破碎帶注漿加固機理，建立了富水斷層破碎帶涌水突泥地質(zhì)災(zāi)害復(fù)合控制注漿治理關(guān)鍵技術(shù)體系。楊卓等[8]綜合分析了巖溶隧道水文地質(zhì)條件，運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對巖溶隧道突涌水風(fēng)險進行評估。譚英華[9]研制了大型三維富水斷層破碎帶隧道模型試驗系統(tǒng)，建立了工程預(yù)警機制。徐鐘等[10]等根據(jù)風(fēng)險控制目標和形成條件劃分風(fēng)險影響因素，明確風(fēng)險指標要素的分級標準，考慮了影響因素的動態(tài)屬性。黃鑫[11]將誘發(fā)隧道涌水突泥災(zāi)害的致災(zāi)系統(tǒng)劃分為3類11型，提出了一種隧道涌水突泥抗突評判方法RBAM法。張凱等[12]基于可拓理論建立了巖溶區(qū)隧道涌水風(fēng)險的可拓評估模型，通過最大關(guān)聯(lián)度原則確定隧道的涌水風(fēng)險等級。周宗青等[13]提出了一種改進的屬性區(qū)間識別方法，包括多指標屬性測度計算方法及其對應(yīng)的屬性識別分析方法。

上述方法中模糊綜合評價法和層次分析法[14-17]由于專家打分機制與定性定量的問題導(dǎo)致結(jié)果不夠明確；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法需要大量的參數(shù)，不能觀察學(xué)習(xí)過程，輸出結(jié)果難以解釋，會影響到結(jié)果的可信度；學(xué)習(xí)時間過長，甚至可能達不到學(xué)習(xí)的目的；加權(quán)平均法結(jié)果偏差波動較大，不利于統(tǒng)計分析；可拓理論中的量值域在工程領(lǐng)域中不好確定。

本文在結(jié)合模糊綜合評價法和層次分析法的基礎(chǔ)上，基于已有研究成果和相關(guān)實例確定評價指標和權(quán)重信息，根據(jù)工程地質(zhì)因素、水文地質(zhì)因素、工程施工因素提出了隧道穿越富水破碎帶的涌水突泥等級劃分標準。結(jié)合工程規(guī)范和專家評判信息實現(xiàn)了各分項指標的隸屬度分配，確定了涌水突泥的風(fēng)險評價體系；將成果應(yīng)用于西雙版納隧道玉溪至磨憨鐵路工程的涌水突泥風(fēng)險評估，較好地預(yù)測出風(fēng)險等級情況，并針對具體工況提出安全度改善措施，提高了隧道監(jiān)測水平和超前預(yù)報能力。

1 隧道穿越富水破碎帶涌水突泥風(fēng)險評價模型

1.1 模糊層次分析法原理

模糊層次分析法是一種結(jié)合模糊綜合評價法和層次分析法的評價分析方法。明確分析問題的指標和評價等級分級后，通過定性定量的方法來對確定的評價指標進行權(quán)重分配，得到權(quán)重向量，基于專家評分和客觀因素評判后計算各子級指標的隸屬度評價體系。根據(jù)實際情況中的隸屬度條件，配合權(quán)重分配，即可得出實際環(huán)境所屬的評價等級情況。主要步驟如下：

(1)建立層次結(jié)構(gòu)模型，確定評價指標、結(jié)果等級；

(2)構(gòu)造判斷矩陣計算各指標權(quán)重向量；

(3)層次排序及其一致性檢驗，證明劃分指標的可行性與準確性；

(4)建立隸屬度評價等級和結(jié)果所屬隸屬度等級；

(5)根據(jù)實際情況帶入隸屬度和權(quán)重分配確定結(jié)果。

1.2 層次結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)相關(guān)規(guī)范和專家學(xué)者的結(jié)果分析，在研究大量隧道穿越富水破碎帶涌水突泥現(xiàn)場案例的基礎(chǔ)上，提出圖1所示的層次結(jié)構(gòu)模型。即將評價體系劃分為三大主要指標和16個次級指標。

圖1 涌水突泥層次結(jié)構(gòu)模型

考慮模型整體指標建立結(jié)果和相關(guān)規(guī)范指南的要求，將隧道穿越富水破碎帶涌水突泥的風(fēng)險等級劃分為4個級別(見表1)。

表1 涌水突泥風(fēng)險等級劃分

1.3 權(quán)重確定及其一致性檢驗

作為該風(fēng)險評估模型的3項主要指標，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和隧道施工對于隧道穿越富水破碎帶發(fā)生涌水突泥災(zāi)害均有重要影響，但工程地質(zhì)與水文地質(zhì)對于工程的影響更為深遠，復(fù)雜多變的不良地質(zhì)條件是引發(fā)隧道涌水突泥風(fēng)險的決定因素。

在總結(jié)諸多類似工程經(jīng)驗，參考相關(guān)規(guī)范并借鑒行業(yè)內(nèi)專家建議的基礎(chǔ)上，提出了各級指標的判斷矩陣以得到權(quán)重占比。

(1)一級判斷矩陣A-B：

(2)二級判斷矩陣。首先構(gòu)建B1-C判斷矩陣：

計算可以得到CI=0.027 9，CR=0.019 8<0.1，該判斷矩陣通過一致性檢驗。最大特征值λ=8.195 1，最大特征向量W1即為權(quán)重，W1=[0.325 6 0.162 6 0.122 9 0.042 1 0.182 6 0.041 0 0.070 0 0.053 2]。

再構(gòu)建B2-C判斷矩陣：

計算可以得到CI=0.015 3，CR=0.017 0<0.1，該判斷矩陣通過一致性檢驗。最大特征值λ=4.045 8，最大特征向量W2即為權(quán)重，W2=[0.459 8 0.200 9 0.119 4 0.219 8]。

最后構(gòu)建B3-C判斷矩陣，通過對各規(guī)范進行總結(jié)分析提出判斷矩陣

計算可以得到CI=0.083 0，CR=0.092 2<0.1，該判斷矩陣通過一致性檢驗。最大特征值λ=4.248 9，最大特征向量W3即為權(quán)重，W3=[0.507 5 0.249 8 0.085 8 0.156 9]

1.4 隸屬度等級確定

根據(jù)現(xiàn)有的規(guī)范標準中對于各項指標的范圍劃分以及模糊隸屬函數(shù)確定方法中的梯形分布方法來對各項指標進行隸屬度的界定。梯形分布計算主要為

式中：a，b，c，d分別為評價因素相對應(yīng)級別上、中、下限值。

1.4.1工程地質(zhì)隸屬度等級確定

(1)不良地質(zhì)情況隸屬度。作為富水破碎帶涌水突泥風(fēng)險的決定性因素，不良地質(zhì)的存在與數(shù)量問題對隧道施工的安全管控具有重大影響，也是工程地質(zhì)因素中權(quán)重最大的指標。由于不良地質(zhì)情況常常沒有具體的數(shù)值界定體系，可通過標準規(guī)范[18-20]等規(guī)定的分類情況予以確定隸屬度。根據(jù)4個風(fēng)險等級，將不良地質(zhì)分為4種情況并確定其對應(yīng)的隸屬度(見表2)。

表2 不良地質(zhì)情況分級

在不良地質(zhì)多發(fā)區(qū)域，富水斷層、巖溶、儲水斷裂帶、高山峽谷、洼地等匯水構(gòu)造往往是大氣降水和地表徑流的匯集區(qū)域，大量地表水轉(zhuǎn)入地下，補給地下水，提高了地下水位，是引起隧道涌水突泥災(zāi)害的重要因素之一。隧道施工中所遭遇的大中型涌水突泥現(xiàn)象都與暗河、水泥充填溶洞、儲水導(dǎo)水構(gòu)造、巖溶管道等不良地質(zhì)有關(guān)。

(2)地層巖性隸屬度。不同的地層巖性，引發(fā)隧道涌水突泥災(zāi)害的類型有所不同，巖層的透水性、可溶性和風(fēng)化程度對是否發(fā)生涌水突泥影響巨大。在石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖巖層中，如果伴有構(gòu)造裂隙，風(fēng)化程度較高，充填介質(zhì)往往以碎石角礫為主，具有較強的透水導(dǎo)水性，容易形成富水斷層，開挖施工揭露后會引起突涌水災(zāi)害。而在泥質(zhì)軟巖等親水巖層中，充填介質(zhì)以黏土類礦物的斷層泥為主，風(fēng)化程度越高的斷層泥強度越低，遇水發(fā)生軟化，在地下水壓力作用下發(fā)生流動，對隧道施工安全威脅極大，是造成涌水突泥的重要來源。

根據(jù)巖層的透水性、巖溶性和風(fēng)化程度將地層巖性分級并確定其對應(yīng)的隸屬度(見表3)。

表3 地層巖性情況分級

(3)地形地貌隸屬度。地形地貌特征與隧道涌水突泥災(zāi)害發(fā)生有密切聯(lián)系。巖溶地區(qū)、落水洞、洼地等集水構(gòu)造往往是大氣降水和地表徑流的匯集區(qū)域，大量地表水轉(zhuǎn)入地下，補給地下水。地表不同集水構(gòu)造、巖溶地貌發(fā)育程度使得儲水匯流有極大的差別，影響著地下水向隧道儲集與運移的水量。集水量與各處地表匯水面積有關(guān)，也即地表出露封閉負地形面積，匯水面積很大程度上決定了地下系統(tǒng)的補給水量，反映出地下富水帶不良地質(zhì)和巖溶水的賦存特征。

地形地貌情況可采取定性定量相結(jié)合的方式進行分級，通過地表出路封閉負地形面積占比進行量級劃分，結(jié)合集水能力強弱，將地形地貌情況分級并確定其對應(yīng)的隸屬度(見表4)。

表4 地形地貌情況分級

(4)巖體質(zhì)量與完整性隸屬度。圍巖質(zhì)量及其完整性特征對隧道涌水突泥是否發(fā)生也有一定影響。圍巖的自穩(wěn)性對不良地質(zhì)的發(fā)生有反向促進作用，圍巖完整無填充、質(zhì)量高、體積節(jié)理數(shù)少，裂隙不發(fā)育，則抗變形能力強，施工擾動變形小，一般不易發(fā)生涌水突泥等災(zāi)害。圍巖強度低、結(jié)構(gòu)破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育則易失穩(wěn)發(fā)生變形，施工擾動影響大，特別是斷層破碎帶、夾泥層等軟弱地質(zhì)體在地下水作用下，易發(fā)生失穩(wěn)破壞，施工不加注意即造成突水突泥等災(zāi)害。

依據(jù)相關(guān)規(guī)范，以巖石質(zhì)量指標BQ和圍巖級別進行等級劃分(見表5)。

表5 巖體質(zhì)量與完整性情況分級

(5)斷裂破碎帶寬度隸屬度。斷裂破碎帶是巖體中具有一定寬度和延伸長度的破碎條帶地段，會使巖體喪失連續(xù)性和完整性，對涌水突泥災(zāi)害的發(fā)生有較大影響。作為一個強度低、透水性大、抗水性差的存在，斷裂破碎帶通常導(dǎo)致兩側(cè)巖體在物理力學(xué)特性上具有顯著的差異，并且由于勘察設(shè)計和地質(zhì)預(yù)報的不準確，其引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害往往具有突發(fā)性。規(guī)模較大的斷裂帶常為多期活動，地下工程在這種地段通過時，常發(fā)生嚴重坍方、冒頂、涌水。斷層破碎帶厚度越大，越容易產(chǎn)生不利影響。

根據(jù)隧道圍巖中主要斷裂破碎帶的最大寬度對此進行分級并確定對應(yīng)的隸屬度(見表6)。

表6 斷裂破碎帶寬度情況分級

(6)層間裂隙隸屬度。層間裂隙發(fā)育程度影響地下水活動與徑流情況，從而造成巖溶發(fā)育形態(tài)與程度差異，進而引發(fā)涌水災(zāi)害。裂隙發(fā)育帶滲透性強，地下水較活躍，促使裂隙不斷擴張，加速水循環(huán)，從而導(dǎo)致巖溶發(fā)育程度較強；層間裂隙弱發(fā)育或不發(fā)育地層內(nèi)，多數(shù)地段巖溶發(fā)育程度低。

故以層間裂隙的長度、對于巖溶地層的影響為依據(jù)進行等級劃分并確定隸屬度(見表7)。

表7 層間裂隙情況分級

(7)褶皺構(gòu)造隸屬度。巖層產(chǎn)狀是巖溶發(fā)育和地下水流動性的重要影響因素之一，巖層具有各向異滲透性。水平巖層滲透條件差，巖溶發(fā)育較弱；直立巖層地表匯水面積小，水循環(huán)較弱，巖溶發(fā)育亦較弱。最有利于巖溶發(fā)育的巖層產(chǎn)狀是傾角25°～65°的褶皺翼部?？扇軒r中褶皺形成時所受的構(gòu)造作用力越強，核部地層相對翼部地層裂隙也愈發(fā)育，富水性愈好，隧道穿越時發(fā)生涌水災(zāi)害的幾率和危險性級別越高。

根據(jù)傾角大小和所處區(qū)域?qū)Ⅰ薨櫂?gòu)造情況分為4個等級并確定其對應(yīng)的隸屬度(見表8)。

表8 褶皺構(gòu)造情況分級

(8)巖石結(jié)構(gòu)隸屬度。巖石的結(jié)構(gòu)差異是巖溶發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，造成了地下水的富集各異。巖石結(jié)構(gòu)控制了巖石中原始孔隙的分布類型及孔隙度大小，從而對巖石溶蝕性有顯著影響。碳酸鹽巖不等粒結(jié)構(gòu)比等粒結(jié)構(gòu)的相對溶解度大，溶蝕指標大小的依次關(guān)系為泥晶>亮晶>粉晶>微晶。

根據(jù)晶粒大小情況進行分級并確定對應(yīng)的隸屬度(見表9)。

表9 巖石結(jié)構(gòu)情況分級

1.4.2水文地質(zhì)隸屬度等級確定

(1)地下水含量隸屬度。地下水含量是隧道穿越富水破碎帶發(fā)生涌水突泥風(fēng)險最重要的因素之一，地下水含量越大，圍巖軟化作用越劇烈，穩(wěn)定性越差。地下水以孔隙水、裂隙水、巖溶水3種形式存在，具有較強的致災(zāi)能力，能夠分割巖層中的節(jié)理裂隙，減小巖體的抗剪強度，進而制造更多的破碎巖體。

根據(jù)地下水賦存程度和每10 m洞長出水量進行分級并確定對應(yīng)的隸屬度(見表10)。

表10 地下水含量情況分級

(2)水壓力隸屬度。地下水對圍巖的作用力主要包括靜水壓力和動水壓力。地下水處于不同水位分帶時，具有不同的致災(zāi)特性，通常水位較高的區(qū)域水壓力也隨之增大，易造成涌水災(zāi)害。高位水壓力，是造成圍巖破壞，引起隧道涌水突泥的重要作用力。當斷層富水但水壓力較低時，隧道開挖后，雖有少量涌水，但難以造成重大的涌水突泥災(zāi)害。

以水壓力和地下水位情況進行分級并確定對應(yīng)的隸屬度(見表11)。

表11 水壓力情況分級

(3)環(huán)境溫度隸屬度。環(huán)境溫度會改變富水破碎地層的水量補給，從而給隧道施工帶來較大影響。常年氣溫低于0 ℃的高寒隧道，會由于冰凍水體的融化產(chǎn)生大量積水，導(dǎo)致進洞易發(fā)生滑塌、涌水現(xiàn)象。而氣溫高于40 ℃的高地溫隧道在惡化施工作業(yè)環(huán)境，威脅人員健康安全的同時會增加圍巖的滲透性，降低穩(wěn)定性，當開挖至富水斷層時，在地應(yīng)力和水壓力的綜合作用下，易造成破碎帶滲透失穩(wěn)，引發(fā)涌水突泥風(fēng)險。

由此參考大氣溫度分級標準和大多數(shù)工程環(huán)境溫度信息，給出表12所示的分級。

表12 環(huán)境溫度情況分級

(4)降水量影響隸屬度。降水量多少也是引起隧道涌水突泥的重要因素。雨季降水量較大，提升了隧道圍巖壓力，加強了地下水的運移和儲藏作用。降水量大的持續(xù)降水，會通過裂隙、斷層等滲入地下，補充地下水，提高地下水位線。豐富的地下水和較高的地下水壓力會降低圍巖的穩(wěn)定性，為隧道安全施工帶來巨大威脅。

根據(jù)日均降水量對此進行分級并確定隸屬度(見表13)。

表13 降水量情況分級

1.4.3工程施工隸屬度等級確定

(1)超前地質(zhì)預(yù)報隸屬度?；诔暗刭|(zhì)預(yù)報的地質(zhì)詳勘是預(yù)防涌水突泥災(zāi)害的重要步驟。如果因為未施作超前地質(zhì)預(yù)報或監(jiān)測方案不合理、數(shù)據(jù)解譯準確度低而未能對地層進行詳細勘查，未提前探明斷層、溶洞等災(zāi)害源，繼而未能正確指導(dǎo)設(shè)計和施工，會導(dǎo)致原設(shè)計的支護體系不足以維持圍巖的穩(wěn)定性，發(fā)生失穩(wěn)破壞，為后續(xù)地質(zhì)災(zāi)害埋下隱患。

以超前水平鉆孔數(shù)值界定體系，包含地質(zhì)雷達、TSP等方法的分級情況予以確定隸屬度，分級結(jié)果如表14所示。

表14 超前地質(zhì)預(yù)報情況分級

(2)監(jiān)控量測隸屬度。監(jiān)控量測是對隧道施工中地質(zhì)結(jié)構(gòu)變形、穩(wěn)定狀態(tài)和環(huán)境動態(tài)的周期觀測工作，可為涌水突泥災(zāi)害防治提供重要的前兆信息。通過對災(zāi)變前兆的揭露，反映富水巖溶體或斷層破碎帶發(fā)生涌水突泥時的特征信息。如果施工過程未進行監(jiān)控量測或監(jiān)測方案不合理，會導(dǎo)致災(zāi)變發(fā)生時無法實時記錄，繼而使涌水突泥災(zāi)害持續(xù)惡化，引發(fā)工程事故。

對觀察量測工作進行分級評價，分級結(jié)果如表15所示。

表15 監(jiān)控量測情況分級

(3)開挖支護隸屬度。開挖和支護是隧道施工的關(guān)鍵工序，合理的施工方案一定程度上可以減少涌水突泥災(zāi)害風(fēng)險。當隧道開挖至富水斷層破碎帶時，如果循尺過大或未設(shè)置合理的支護結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致預(yù)留的安全厚度不足，誘發(fā)圍巖發(fā)生變形與裂隙擴展，形成涌水突泥通道。

根據(jù)現(xiàn)場實際的開挖循進情況和支護手段進行分級和隸屬度分配，分級結(jié)果如表16所示。

表16 開挖支護情況分級

(4)地下水處理隸屬度。地下水是隧道涌水突泥災(zāi)害的重要誘因，處理好地下排水有助于從源頭減少災(zāi)變的發(fā)生。地下水的流動性和滲透性較強，能夠深入隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)，對其安全和穩(wěn)定性造成損害，嚴重時引發(fā)突涌水災(zāi)變。合理的疏導(dǎo)排水措施可以幫助減少災(zāi)變發(fā)生的可能性，每日疏水流量則是衡量排水處理的有效指標。

通過標準規(guī)范及相關(guān)實際案例中的地下水處理、排水控制分類情況確定隸屬度，分級結(jié)果如表17所示。

表17 地下水處理情況分級

1.5 單一隸屬度評價分析

經(jīng)過大量案例實際分析，以及上述各評價指標權(quán)重和隸屬度的分配分級，以單一隸屬度分級作為實際案例中某個因素代表的評價等級情況，將每一個因素的評價等級確定，與其所對應(yīng)的權(quán)重相乘，即得到最后的案例實際評價向量，確定最終實際案例的風(fēng)險等級，做出相對應(yīng)的調(diào)整措施。

單一隸屬度表示根據(jù)某一因素的具體情況劃分對應(yīng)的風(fēng)險等級隸屬度因子，如表18所示。

表18 單一隸屬度風(fēng)險等級評價

基于實際地質(zhì)勘查和隸屬度等級評價可以得到所有C級指標因子的評價矩陣。對應(yīng)C級評價矩陣乘各二級權(quán)重再乘一級權(quán)重即得到最后的總體評價矩陣：

記C級指標的評價矩陣分別為C1-C16，則最后結(jié)果為

(2)

得到R為四維向量，根據(jù)數(shù)值大小比較此工況下的評價風(fēng)險等級情況。

2 工程實例應(yīng)用

2.1 工程概況

西雙版納隧道玉溪至磨憨鐵路工程測區(qū)長度6 000多米，Ⅳ級圍巖占總長的53.2%，Ⅴ級圍巖占隧道總長的25.7%。不良地質(zhì)信息為斷裂帶、滑坡、高地應(yīng)力、高地溫等，區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜、地層變動、巖漿活動、斷裂發(fā)育。受區(qū)域構(gòu)造影響，發(fā)育3條斷層、1個背斜，地層巖性以第四系粉質(zhì)黏土和泥灰?guī)r為主，巖溶有一定發(fā)育。屬低中山地貌，地面高程580～1 325 m，相對高差20～750 m，自然橫坡5°～40°，局部較陡。丘坡上覆土層較薄，基巖部分裸露，溝槽等低洼地帶覆土較厚。斷層破碎帶寬度5 m左右，層間裂隙發(fā)育為中等裂隙。巖石結(jié)構(gòu)為泥晶結(jié)構(gòu)。

水文地質(zhì)方面，流量受季節(jié)控制明顯，雨季水量較大，地下較含水，洞身地表季節(jié)性溝水對隧道區(qū)基巖裂隙水及斷層水的補給作用明顯，易引發(fā)隧道涌水突泥，水壓力約0.3 MPa，受高地溫影響工作環(huán)境溫度較高，洞內(nèi)年平均氣溫在31 ℃左右，濕潤多雨，雨季一般持續(xù)6個月且降雨量較大。

超前地質(zhì)預(yù)報采取TSP、HSP、紅外探水儀器、地質(zhì)雷達、水平鉆機同步實施；監(jiān)控量測采用全站儀、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測傳感器等裝置；建立了超前支護、初期支護及二襯結(jié)構(gòu)，循進速度較慢；排水采取有效控制。

2.2 評價結(jié)果

將工程概況中的具體情況，對應(yīng)上述隸屬度模型中的具體分級得到16個C級權(quán)重因子的隸屬度情況，如表19所示。

表19 C級權(quán)重因子隸屬度

由此得到C級權(quán)重因子的評價矩陣：

據(jù)此得到C級指標評價矩陣與二級權(quán)重的加乘結(jié)果為

(3)

故根據(jù)公式(2)，最后的評價結(jié)果為R=[0.1760 0.179 4 0.275 4 0.369 1]，即此隧道標段的涌水突泥風(fēng)險等級為Ⅳ級，風(fēng)險很大，需要加強固結(jié)和排水處理。實際情況中由于隧道區(qū)基巖裂隙水，斷層水的補給情況較大，地質(zhì)條件較差，涌水突泥常常突發(fā)且劇烈，符合風(fēng)險評價結(jié)果。

3 結(jié) 論

(1)基于模糊綜合評價法和層次分析法建立了隧道穿越富水破碎帶的涌水突泥評價模型，提出了以不良地質(zhì)條件、地層巖性、地下水含量等16個指標的評價體系，根據(jù)相關(guān)規(guī)范案例設(shè)定定量參照，專家打分等為定性參照確定各評價指標權(quán)重和隸屬度，以此計算分析風(fēng)險評價等級。

(2)權(quán)重結(jié)果表明，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的天然條件對隧道涌水突泥風(fēng)險影響最大，而不良地質(zhì)體、斷裂帶的富水性等因素更是作用顯著。施工過程中可針對這些問題進行重點處理。經(jīng)過測試，該模型能較全面地預(yù)測涌水突泥風(fēng)險等級，為施工的提前防護和風(fēng)險處理提供參考，針對具體工況提出安全措施，提高隧道監(jiān)測水平和超前預(yù)報能力。