模糊層次分析法在鵝嶺隧道淺埋段塌方風險評估中的應用

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隧道施工屬于高風險作業,進行施工過程風險評估與控制對確保施工安全極其重要。目前普遍采用定性分析的方法對風險進行評價，如何選擇合適的方法對風險進行定量化分析,對有針對性的強化風險管控具有重要意義。

一、工程概況

衡茶吉鐵路鵝嶺隧道位于江西省境內，全長10445m，為江西省最長隧道。隧道進口DK7+280～DK7+520段共240m為淺埋段，開挖寬度8.9m；洞頂覆土最小厚度僅16m，無偏壓；洞身穿越常年流水的拿山河床，地下水發育；地層為粉質粘土、卵石層，圍巖透水嚴重、穩定性差，地質勘查為Ⅴ級圍巖，較容易發生塌方。因此有必要對隧道淺埋段進行塌方風險評估。

二、塌方風險因素辨識

隧道塌方的因素主要有以下方幾個面：一是圍巖級別，圍巖級別越高，塌方風險越大；二是埋深，淺埋不利于在拱頂形成自然拱，增大塌方風險；三是地下水，水體可以軟化圍巖、破壞巖體完整性；四是偏壓，偏壓易導致隧道局部應力集中，導致結構失穩；五是開挖寬度，一次開挖寬度越大，越不利于圍巖穩定；六是施工技術和管理水平，施工單位技術與管理不到位易影響隧道安全施工。

三、隧道塌方風險評估

(一)建立因素集。由于塌方發生的概率與塌方發生損失的因素一致，根據風險識別結果，建立塌方風險概率與損失的因素集U={u1,u2,u3,u4,u5,u6}，各因素參數見下表：

鵝嶺隧道DK7+280～DK7+520段塌方風險因素參數

(二)建立評價集。評價集的建立，是通過綜合分析所有影響因素，得到最佳評價結果。根據鵝嶺隧道的實際情況，利用模糊語言對隧道的塌方風險概率建立的評價集V和塌方風險損失評價集T。

(三)隸屬度與等級評價矩陣。通過采用梯形隸屬度函數對開挖寬度、埋深、偏壓角度等建立隸屬函數；采用模糊隸屬度評價矩陣對圍巖級別、地下水狀況、承包商技術和管理水平進行分級；采用模糊統計法和隸屬度函數相結合對塌方風險損失進行估計，建立隸屬度矩陣，可以得到鵝嶺隧道淺埋段的塌方風險發生概率評價矩陣R1和塌方發生后果評價矩陣R2：

(四)建立因素權重集的。通過調查和咨詢相關專家，建立判斷矩陣,利用根法得到該判斷矩陣的最大特征值(λmax=6.15)及所對應的特征向量，檢驗判斷矩陣的一致性：

當n=6時，RI=1.26

根據計算，矩陣的一致性可接受。對最大特征值所對應的特征向量進行歸一化處理，得到各因素權重集：

W=(w1,w2,w3,w4,w5,w6)

=(0.302 0.058 0.120 0.302 0.188 0.030)

(五)模糊綜合評價。塌方概率模糊評價集合計算結果：

B1=W×R1=(0.398 0.510 0.431 0.581 0.440)

塌方后果模糊評價集合計算結果：

B2=W×R2=(0.108 0.314 0.174 0.277 0.414)

(六)評價結果。根據最大隸屬度原則，鵝嶺隧道淺埋段塌方概率等級為4級(可能)，塌方后果等級為5級(災難性的)。根據《鐵路隧道風險評估與管理暫行規定》所規定的風險等級標準和風險接受準則，鵝嶺隧道DK7+280～DK7+520段的塌方風險等級為極高，風險不可接受，因此必須采取必要的措施降低隧道的塌方風險。

四、塌方風險控制措施

建議采取以下降低塌方風險的措施：(1)嚴格按照“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的淺埋暗挖方針組織施工。(2)按照“防、排、堵、截，綜合治理”的原則治理地下水。洞外對河床進行改移，對地表進行注漿加固處理;在洞內進行超前注漿加固圍巖，提升圍巖穩定性并防止滲水。(3)綜合使用TSP超前地質預報、超前鉆孔與掌子面地質素描等方式，及時提供可靠的地質資料，預防塌方。(4)嚴格按監測方案做好監測測點布設、初始值側取、測點保護，按規定頻率開展量測并及時反饋、及時預警，信息化指導現場施工，為動態設計提供參考。(5)強化施工技術管理，對作業人員進行詳細安全技術交底，提升施工隊伍的安全意識與技術水平，嚴格落實設計意圖與施工工藝要求。(6)做好應急準備，編制隧道坍塌應急預案并組織培訓演練，準備充足的應急物資，確保及時、有效應急。

總結

根據風險評估結果，施工單位在鵝嶺隧道淺埋段施工過程中有針對性的采取了塌方風險防控措施，順利實現了隧道安全貫通。從中我們可以看到，采取定性與定量相結合的方法對風險進行評估，有利于精確評估風險并采取有針對性的控制措施，確保施工安全。