多層次模糊綜合評價法在復(fù)雜巖溶隧道施工安全風(fēng)險評估中的應(yīng)用

肖帥

關(guān)鍵詞：多層次模糊綜合評價法；巖溶隧道；風(fēng)險評估；風(fēng)險管控

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和高速公路建設(shè)水平的不斷提高，公路建設(shè)逐步從平原地區(qū)向山區(qū)發(fā)展。山區(qū)是地質(zhì)構(gòu)造活動區(qū)，一般存在滑坡、泥石流、崩塌、巖溶、采空區(qū)、斷層等多種不良地質(zhì)現(xiàn)象，導(dǎo)致隧道施工難度增大，風(fēng)險管控形勢嚴(yán)峻[1]。目前，風(fēng)險評估領(lǐng)域采用的評估方法有多種，針對高速公路建設(shè)行業(yè)的隧道施工主要以交通運(yùn)輸部的風(fēng)險評估指南[2-3]為依據(jù)，開展總體風(fēng)險評估和專項施工風(fēng)險評估，對風(fēng)險進(jìn)行評級，實現(xiàn)分級管控。該方法是基于風(fēng)險矩陣法和指標(biāo)體系法，根據(jù)隧道施工的風(fēng)險特點以及類似工程事故情況，進(jìn)行風(fēng)險源普查，并針對其中的重大風(fēng)險源進(jìn)行量化估測，提出相應(yīng)的風(fēng)險控制措施。近年來，多層次模糊綜合評價法被廣泛運(yùn)用于交通運(yùn)輸[4]、煤礦安全[5]、移動通信[6]、水利建設(shè)、投資風(fēng)險等領(lǐng)域。層次分析法可以有效地對影響評估目標(biāo)的風(fēng)險因素進(jìn)行定量化分析，并比較各因素的權(quán)重大??；模糊評價法可以通過數(shù)值量化隧道施工中潛在的各種風(fēng)險因素。兩者的結(jié)合應(yīng)用可以為多因素、多層次的復(fù)雜隧道風(fēng)險管控提供依據(jù)。本研究基于多層次模糊綜合評價法建立評估模型，對張桑高速公路的黃香灣隧道巖溶區(qū)段進(jìn)行施工安全風(fēng)險評估。

1 多層次模糊綜合評價法

多層次模糊綜合評價法是層次分析法和模糊綜合評價法的結(jié)合，其評估思路為：首先，將復(fù)雜風(fēng)險問題分解為若干層次和若干要素，建立多層次目標(biāo)風(fēng)險集及評價集；其次，應(yīng)用層次分析法對同一層次的各要素進(jìn)行比較、判斷和計算，得到各因素的權(quán)重向量；最后，建立模糊綜合評價矩陣，按照最大隸屬原則，對照評價集確定風(fēng)險評價結(jié)果。

1.1 風(fēng)險因素識別

隧道施工安全風(fēng)險因素識別主要基于物的不安全狀態(tài)，從事故類型的角度進(jìn)行分析，主要從坍塌、涌水突泥、瓦斯爆炸事故3個方面建立隧道風(fēng)險指標(biāo)子系統(tǒng)，形成風(fēng)險評價層次指標(biāo)，如表1所示。

1.2 層次分析法

層次分析法是按照一定規(guī)律將評估過程層次化、數(shù)量化，是一種針對目標(biāo)進(jìn)行評估的方法，從層次結(jié)構(gòu)的第二層開始，對從屬于上一層某個因素的同層諸因素，用1～9標(biāo)度法構(gòu)造比較判斷矩陣，將判斷矩陣的元素按行相乘，所得乘積開n次方根，將方根向量歸一化，得到矩陣的排序權(quán)值wi。

2 工程應(yīng)用實例

2.1 隧道概況

黃香灣隧道為左、右分離式隧道。隧道左線全長3 209 m，起止樁號為ZK12+896～ZK16+105；右線全長3 200 m，起止樁號為K12+887～K16+087；屬特長隧道，最大埋深約350 m。進(jìn)口采用端墻式洞門，出口采用貼壁進(jìn)洞。該隧道左洞掌子面樁號ZK13+215處有一大型溶洞，溶洞向右前方延伸。該溶洞發(fā)育樁號范圍為ZK13+215～ZK13+330段，沿線路走向長約115 m，橫向?qū)?3～45 m，底板發(fā)育標(biāo)高354～374 m，頂板發(fā)育標(biāo)高383～392 m，最大洞高約38 m。本隧道巖溶發(fā)育段大部分位于左右洞中間范圍。

2.2 確定指標(biāo)權(quán)重

結(jié)合該巖溶區(qū)段的地質(zhì)特點，構(gòu)造各風(fēng)險因素之間的比較判斷矩陣，并根據(jù)判斷矩陣計算得到各風(fēng)險因素的權(quán)重值，如表2所示。

2.3 風(fēng)險模糊估計與評價

針對隧道的施工特點，選用專家經(jīng)驗法進(jìn)行風(fēng)險概率估計和風(fēng)險損失估計，如表3所示。

根據(jù)表3的第二層風(fēng)險因素評價指標(biāo)，綜合表4的風(fēng)險因素權(quán)重，得到第二層風(fēng)險因素模糊綜合評價指標(biāo)，采用加權(quán)平均法計算得到風(fēng)險水平值，最終確定第一層的風(fēng)險水平計算值和風(fēng)險評價等級。

3 巖溶隧道施工安全風(fēng)險控制

根據(jù)黃香灣隧道巖溶區(qū)段的施工安全風(fēng)險評估結(jié)果，對第二層的風(fēng)險因素評價結(jié)果進(jìn)行分析可知，該隧道坍塌事故和涌水突泥的施工風(fēng)險等級較高，達(dá)到了四級，屬于不可接受風(fēng)險，各參建單位應(yīng)研究決策方案，制定施工控制和預(yù)警措施；綜合考慮單因素風(fēng)險評價結(jié)果可以看出，影響該隧道坍塌和涌水突泥事故的風(fēng)險因素主要是地質(zhì)水文條件和施工工藝，建議施工方重點采取以下風(fēng)險控制技術(shù)保障措施。

（1）施工時加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報，了解不良地質(zhì)的分布、性質(zhì)、狀態(tài)以及規(guī)模。通過超前地質(zhì)預(yù)報，利用一定的技術(shù)和手段，收集地下工程所在巖土體的相關(guān)信息，運(yùn)用相應(yīng)的理論和規(guī)律對這些資料和信息進(jìn)行分析、研究，對施工掌子面前方巖土體情況、不良地質(zhì)體的工程部位及成災(zāi)可能性作出解釋、預(yù)測和預(yù)報，從而有針對性地進(jìn)行隧道施工。

（2）加強(qiáng)初期支護(hù)并采取正確的施工方法。在巖溶區(qū)圍巖地段，根據(jù)地質(zhì)情況采用正確的開挖方法，如臺階法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等，確保初期支護(hù)質(zhì)量，制定一整套的防坍塌技術(shù)措施，包括超前支護(hù)、加強(qiáng)初期支護(hù)、監(jiān)控量測、二次襯砌緊跟等，并執(zhí)行嚴(yán)格的施工工序，各工序應(yīng)緊密銜接。

（3）根據(jù)破碎帶巖性、破碎程度及地下水情況，及時采用超前小導(dǎo)管、拱部大管棚、超前局部注漿、揭示前5 m超前周邊注漿及揭示前5 m超前帷幕注漿預(yù)加固進(jìn)行封堵，以加固地層、降低地下水對圍巖的不利影響。

（4）加大管理力度，按要求配備專職安全管理人員，對重大風(fēng)險源的施工做好管控工作和全程旁站；做好涌水突泥、坍塌事故應(yīng)急救援預(yù)案的編制、演練工作。

4 結(jié)語

在隧道施工安全風(fēng)險評估中應(yīng)用多層次模糊分析法，能對整個隧道施工開展更系統(tǒng)的安全風(fēng)險評價，量化影響隧道施工安全的主要風(fēng)險因素，并為隧道施工建設(shè)提供更有力的技術(shù)支持，使施工組織設(shè)計具備更科學(xué)的理論依據(jù)。