巖溶隧洞突涌水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

江新 陳婧 趙力 張騰飛 邱國(guó)坤 李駿驍

摘要：受復(fù)雜地質(zhì)條件的影響，巖溶隧洞在施工過(guò)程中極易發(fā)生突涌水災(zāi)害。為準(zhǔn)確評(píng)估巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，將結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）與改進(jìn)的模糊綜合評(píng)價(jià)法（FCEM）相結(jié)合，構(gòu)建巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。從地形地貌、氣象水文、地層因素、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶水文地質(zhì)、施工因素6個(gè)方面深入研究；利用SEM確定各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)并求得其權(quán)重，運(yùn)用改進(jìn)FCEM法對(duì)巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)；以滇中引水工程昆呈隧洞為應(yīng)用實(shí)例，利用Crystal Ball軟件驗(yàn)證模型的有效性。結(jié)果表明：昆呈隧洞有90%的幾率處于52～73分值區(qū)間范圍內(nèi)（Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)），與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況一致，表明基于SEM-改進(jìn)FCEM法構(gòu)建的巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型具有一定的適用性；其中巖溶水文地質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、氣象水文是該隧洞的主要影響因素，施工中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)這幾方面的監(jiān)控和量測(cè)，避免發(fā)生突涌水災(zāi)害。研究成果可為類似巖溶隧洞工程提供參考。

關(guān)鍵詞：巖溶隧洞； 突涌水； 結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）； 改進(jìn)模糊綜合評(píng)價(jià)法（FCEM）； 蒙特卡洛模擬； 昆呈隧洞； 滇中引水工程

中圖法分類號(hào)： TV512

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.04.022

0引 言

近二十多年來(lái)，中國(guó)西南地區(qū)流域梯級(jí)水電的開(kāi)發(fā)不但有利于充分發(fā)揮雅礱江、瀾滄江等水力資源的規(guī)模效益，還能推動(dòng)“西電東送”的進(jìn)一步發(fā)展。然而，該地區(qū)巖溶分布廣泛，水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜，也為水電開(kāi)發(fā)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。其中，巖溶地區(qū)的隧洞施工極易引發(fā)涌水、突泥等事故，輕則延誤工期，重則造成人員傷亡和重大經(jīng)濟(jì)損失［1］。

巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一。黃小通等［2］利用改進(jìn)理想點(diǎn)法，預(yù)測(cè)楊林隧道4個(gè)突水區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；李錄等［3］以宜萬(wàn)鐵路野三關(guān)隧道工程為背景，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法實(shí)現(xiàn)對(duì)該隧道的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分級(jí)；劉敦文［4］、Lin［5］等為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)巖溶隧道突水的危險(xiǎn)程度，提出基于云模型的綜合評(píng)價(jià)方法并應(yīng)用于具體工程案例；Zhu等［6］通過(guò)對(duì)影響巖溶隧道突水突泥概率的因素進(jìn)行分析，運(yùn)用突變理論確定巖溶隧道突水突泥地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性；周宗青等［7-8］選取7個(gè)致災(zāi)因素構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，建立巖溶隧道突涌水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的屬性識(shí)別模型；李新平等［9］建立以地層巖性、地形地貌、地下水位、不良地質(zhì)構(gòu)造、氣候降水等影響因素為主的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，結(jié)合組合賦權(quán)法-TOPSIS法構(gòu)建一種新的隧道突水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。上述研究將層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、理想點(diǎn)法、屬性區(qū)間識(shí)別法和突變理論應(yīng)用到巖溶隧道突涌水實(shí)際工程案例的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)中，均取得了一定的成果。但上述方法未考慮各指標(biāo)間復(fù)雜的相互關(guān)系，且權(quán)重計(jì)算方法多以主觀賦值法或客觀賦值法為主，存在對(duì)原始數(shù)據(jù)處理的局限性或主觀干擾問(wèn)題，未從整體系統(tǒng)上考慮指標(biāo)的權(quán)重。

巖溶隧洞突涌水的風(fēng)險(xiǎn)影響因素眾多，且因素間相互作用導(dǎo)致其本身具有較強(qiáng)的不確定性和模糊性，部分因素甚至無(wú)法直接觀測(cè)。結(jié)構(gòu)方程模型（structural equation model，SEM）可以同時(shí)處理包括無(wú)法直接觀測(cè)的潛變量在內(nèi)的多個(gè)變量關(guān)系，克服了上述方法確定權(quán)重的不足。模糊綜合評(píng)價(jià)法（fuzzy comprehensive evaluation method，F(xiàn)CEM）以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，能對(duì)評(píng)價(jià)問(wèn)題中的模糊性特征進(jìn)行很好地描述。巖溶隧道突涌水風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)中既有定量指標(biāo)又有定性指標(biāo)，F(xiàn)CEM法可將定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)為定量評(píng)價(jià)，但傳統(tǒng)FCEM法采取的最大隸屬度原則忽略了隸屬度之間相差較小的問(wèn)題，易導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果不能真實(shí)反映實(shí)際工程風(fēng)險(xiǎn)程度。鑒于此，本研究以巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)作為研究對(duì)象，基于SEM-改進(jìn)FCEM法構(gòu)建巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)分析

1.1構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系

巖溶隧洞處于地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜的富水環(huán)境地區(qū)，其突涌水災(zāi)害是不良地質(zhì)構(gòu)造和地下工程活動(dòng)綜合作用導(dǎo)致的［10］，即突涌水災(zāi)害的發(fā)生與隧洞施工中特殊地質(zhì)和施工因素存在復(fù)雜的聯(lián)系。綜合考慮巖溶發(fā)育、蓄積地下水系統(tǒng)、地下水入滲和徑流方式、隧道施工等許多因素［11］，通過(guò)定量與定性相結(jié)合的方法，本文主要從地形地貌、氣象水文、地層因素、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶水文地質(zhì)、施工因素6個(gè)方面進(jìn)行研究，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示。

（1） 地形地貌：負(fù)地形面積比和地形坡度。負(fù)地形面積占比越大，則聚水能力越強(qiáng)，巖溶越發(fā)育；地形坡度影響地表水的下滲流量，地形越陡，地表徑流越快，巖溶越發(fā)育，在周宗青［8］、楊艷娜［12］等研究的基礎(chǔ)上，將負(fù)地形面積比和地形坡度劃分為4個(gè)等級(jí)。

（2） 氣象水文：年均降雨量和地表水系。降雨量的多少影響水入滲條件和水交替運(yùn)動(dòng)，是巖溶地區(qū)地下水補(bǔ)給的主要來(lái)源，在借鑒劉敦文等［4］研究的基礎(chǔ)上，將年均降雨量劃分為4個(gè)等級(jí)。地表水系［13］通過(guò)下滲或徑流進(jìn)入地下，形成水流通道，增加隧洞地下水體的聯(lián)系，隧洞排水時(shí)，水體流失嚴(yán)重，會(huì)增加突涌水的可能性。

（3） 地層因素：地層巖性和巖層傾角。地層巖性是巖溶發(fā)育的基礎(chǔ)，決定巖溶的可溶性，隧洞在可溶巖層發(fā)生突涌水情況的比重達(dá)到99%［14］。根據(jù)巖石的可溶性，可分為非可溶巖、弱可溶巖、中等可溶巖和強(qiáng)可溶巖4級(jí)［15］。巖層傾角不僅影響巖溶發(fā)育，對(duì)地下水的流動(dòng)性也有重要影響，當(dāng)巖層傾角為25°～65°時(shí)最利于巖溶發(fā)育，發(fā)生突涌水的概率極高，借鑒周宗青等［8］的研究，將修正后的巖層傾角作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（4） 地質(zhì)構(gòu)造：斷層構(gòu)造、褶皺構(gòu)造、節(jié)理裂隙。斷層是地下水集中滲入和循環(huán)地帶，張性斷層比壓性斷層的巖溶更為發(fā)育，因此張性斷層發(fā)生突涌水的概率較高，根據(jù)斷層性質(zhì)分為壓性、扭性、張扭性、張性4個(gè)等級(jí)［16］。褶皺構(gòu)造影響巖溶發(fā)育的方向和部位，根據(jù)巖溶發(fā)育狀況將褶皺構(gòu)造分為緩傾褶皺翼部、緩傾褶皺核部、陡傾褶皺翼部、陡傾褶皺核部4級(jí)［12］。節(jié)理裂隙是地下水入滲的基本結(jié)構(gòu)面，傾角越陡溶蝕越強(qiáng)烈。

（5） 巖溶水文地質(zhì)：地下水位與隧洞底板高程差、巖溶水動(dòng)力分帶、巖溶水補(bǔ)徑排條件、巖溶含水巖組富水性。地下水是影響巖溶隧洞發(fā)生突水災(zāi)害的根本原因，地下水的水位、隧洞與巖溶水動(dòng)力分帶的位置關(guān)系都會(huì)導(dǎo)致隧洞施工中所遭遇突水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的差異。巖溶水的補(bǔ)徑排條件以及含水巖組富水性與地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶發(fā)育、大氣降雨的補(bǔ)給等條件有密切聯(lián)系。

（6） 施工因素：超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測(cè)、開(kāi)挖擾動(dòng)與支護(hù)強(qiáng)度。施工因素是導(dǎo)致突涌水災(zāi)害發(fā)生的直接因素，主要包括超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測(cè)、開(kāi)挖擾動(dòng)與支護(hù)強(qiáng)度3個(gè)方面。對(duì)預(yù)報(bào)和量測(cè)的數(shù)據(jù)解譯不合理、設(shè)備陳舊、施工人員支護(hù)不及時(shí)等問(wèn)題，均是導(dǎo)致突涌水災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)因素。

1.2風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)

本文共選取16個(gè)二級(jí)指標(biāo)，其中定量指標(biāo)5個(gè)，定性指標(biāo)11個(gè)，參考GB 50487-2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》［17］及相關(guān)文獻(xiàn)［4，8，12，15，18］，將突涌水等級(jí)劃分為4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（Ⅰ～Ⅳ），其中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別表示無(wú)風(fēng)險(xiǎn)或微風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)、中等風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)。Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)表示隧洞施工中突涌水的概率很低，可以不采取任何措施；Ⅱ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)表示突涌水的概率較低，但需要采取相應(yīng)的防治措施；Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)表示突涌水的概率較高，必須采取有效的防治措施；Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)表示突涌水的概率非常高，必須采取最為有效的防控措施，否則可能造成嚴(yán)重的災(zāi)害后果。定量指標(biāo)為各變量測(cè)度，定性指標(biāo)確定分?jǐn)?shù)依次為0～25分、25～50分、50～75分、75～100分評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)量化值區(qū)間，巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1所列。

2巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型建立

2.1SEM-改進(jìn)FCEM法

在巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，綜合考慮了地形地貌、氣象水文、地層因素、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶水文地質(zhì)、施工因素等多個(gè)因素，有些因素難以量化，往往需要用定性描述的方式來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。考慮到FCEM法可將定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)為定量評(píng)價(jià)，對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體的評(píng)價(jià)，因此，采用FCEM法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

但傳統(tǒng)的權(quán)重計(jì)算方法和FCEM法存在以下局限性：

（1） 權(quán)重的確定方法一般分為兩類。一類是主觀賦值法，常見(jiàn)的有專家評(píng)判法和層次分析法等；第二類是客觀賦值法，常見(jiàn)的有變異系數(shù)法和熵值法等。但不論是主觀賦值法還是客觀賦值法，都存在著信息的缺失，缺少?gòu)恼w層面考慮指標(biāo)的權(quán)重，無(wú)法確定因素之間的關(guān)系。

（2） 傳統(tǒng)FCEM法根據(jù)最大隸屬度原則，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行判定，但最大隸屬度原則適用于指標(biāo)間隸屬度相差較大時(shí)的情況。而在實(shí)際工程評(píng)價(jià)中，會(huì)出現(xiàn)各指標(biāo)隸屬度相差較小的情況，最大隸屬度原則會(huì)因舍棄其他隸屬度的客觀存在而失效或低效，可能得到不合理的評(píng)價(jià)結(jié)果［19］。

由于巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)因素眾多，且多風(fēng)險(xiǎn)因素間相互影響，而SEM可以很好地處理多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素間的相互影響關(guān)系，克服了主觀賦值法過(guò)分依賴專家的意見(jiàn)和客觀賦值法過(guò)分依賴統(tǒng)計(jì)或數(shù)學(xué)的定量方法而忽視了評(píng)價(jià)指標(biāo)的主觀定性分析的不足。因此，為實(shí)現(xiàn)對(duì)巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)的科學(xué)評(píng)價(jià)，本文在已有研究基礎(chǔ)之上，參考文獻(xiàn)［20］，綜合運(yùn)用SEM與改進(jìn)FCEM法，構(gòu)建了巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，具體評(píng)價(jià)流程如圖2所示。

2.2確定因素集和評(píng)語(yǔ)集

根據(jù)建立的巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立因素集如下：U=U1，U2，U3，U4，U5，U6。其中U1～U6代表各一級(jí)指標(biāo)。因一級(jí)指標(biāo)的每個(gè)指標(biāo)又包含若干個(gè)二級(jí)指標(biāo)，故以Ui=Ui1，…，Uim表示指標(biāo)體系第i層第j個(gè)指標(biāo)，且j=1，2，…，m。評(píng)語(yǔ)集用V來(lái)表示：V=V1，V2，V3，V4，V1～V4分別表示無(wú)風(fēng)險(xiǎn)或微風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)、中等風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)。

2.3確定權(quán)重集

SEM是由測(cè)量模型和結(jié)構(gòu)模型組成的，測(cè)量模型主要反映潛變量和觀測(cè)變量之間的關(guān)系，結(jié)構(gòu)模型主要反映潛變量之間的關(guān)系，文中潛變量為地形地貌、氣象水文和地質(zhì)構(gòu)造等一級(jí)指標(biāo)，觀測(cè)變量為負(fù)地形面積比、地形坡度等二級(jí)指標(biāo)。公式如下：

通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的形式，利用SPSS和AMOS對(duì)構(gòu)建的模型進(jìn)行檢驗(yàn)、擬合，確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)間的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)進(jìn)行歸一化處理，進(jìn)而確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

利用AMOS軟件對(duì)模型進(jìn)行擬合計(jì)算，得到各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)間的路徑系數(shù)，根據(jù)公式（4）對(duì)其進(jìn)行歸一化處理，進(jìn)而得到各指標(biāo)的權(quán)重。

2.4確定隸屬度函數(shù)

最常見(jiàn)的隸屬函數(shù)有矩形、三角形、梯形、菱形等，雖然各個(gè)隸屬函數(shù)的形式有所不同，但是最終的分析結(jié)果一致，因此所選擇的隸屬函數(shù)種類不會(huì)影響研究結(jié)論［2］。在巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，采用梯形和三角形隸屬函數(shù)構(gòu)造各個(gè)指標(biāo)的隸屬度。

對(duì)于定量指標(biāo)（例如負(fù)地形面積比、地形坡度等因素），隸屬度函數(shù)公式如下：

2.5確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

將突涌水風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的權(quán)重集W與各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的模糊判斷矩陣R進(jìn)行乘積，進(jìn)而構(gòu)建各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的評(píng)判結(jié)果向量B，即

式中：E為指標(biāo)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果；bm為第m等級(jí)的隸屬度；em為不同等級(jí)的具體分值，4個(gè)等級(jí)從低到高分別取風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間邊界值0，25，50，75；k′為待定系數(shù)，本文取k′=1。

3巖溶隧洞突涌水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.1工程概況

昆呈隧洞全長(zhǎng)56.584 km，為滇中引水工程第2長(zhǎng)隧洞，位于云南省昆明市，該區(qū)域內(nèi)降雨量主要集中于6～10月，約占全年降雨量的80%，地表水系屬于金沙江水系，與地下水的補(bǔ)給徑流量密切相關(guān)。該隧洞巖溶形態(tài)較為發(fā)育，洼地、巖溶漏斗、溶洞分布廣泛，其中洼地分布最為廣泛，總面積達(dá)0.354 km2，溶蝕多集中于1 870～1 930 m高程范圍內(nèi)。該隧洞沿線穿越多個(gè)巖溶水系統(tǒng)，其中富水性最好的巖層為二疊系棲霞茅口組（Pq+m1）。該隧洞不良地質(zhì)復(fù)雜，巖溶分布廣泛，極易發(fā)生突涌水。2020年3月1日施工到11號(hào)支洞時(shí)，受到雨季持續(xù)降水影響，巖溶系中的水量增大，地表匯水面積增大，導(dǎo)致水壓力增強(qiáng)，嚴(yán)重影響圍巖穩(wěn)定性，圍巖較差位置出現(xiàn)的裂痕水水量突增，小溶洞突涌水現(xiàn)象嚴(yán)重，由于施工單位及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，迅速處置，因此并未出現(xiàn)人員傷亡事故。

通過(guò)查閱昆呈隧洞水文地質(zhì)、地形地質(zhì)及相關(guān)施工信息，參考文獻(xiàn)［21-22］，結(jié)合工程實(shí)際情況確定定量指標(biāo)數(shù)據(jù)，定性指標(biāo)則邀請(qǐng)15位經(jīng)驗(yàn)豐富且具有權(quán)威性的專家，結(jié)合昆呈隧洞實(shí)際工程情況打分評(píng)定后取得加權(quán)平均結(jié)果，具體參數(shù)取值見(jiàn)表2。

3.2確定權(quán)重集

（1） 問(wèn)卷調(diào)查。

邀請(qǐng)從事施工和管理的工作人員從知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)上衡量各因素對(duì)發(fā)生突涌水事故的影響程度，填寫(xiě)調(diào)查問(wèn)卷。問(wèn)卷采用Likert五級(jí)量表，將影響因素的重要等級(jí)分為5級(jí)。調(diào)查過(guò)程中共發(fā)放問(wèn)卷320份，回收有效問(wèn)卷290份，問(wèn)卷有效率為90.6%。根據(jù)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，受問(wèn)卷調(diào)查人員的性別、年齡、受教育程度和工作年限等信息符合這一行業(yè)群體特征。

（2） 信效度分析。

為反映問(wèn)卷的可靠性和設(shè)計(jì)的有效性，運(yùn)用SPSS 25.0對(duì)問(wèn)卷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，問(wèn)卷總體的Cronbach′α系數(shù)為0.922，各一級(jí)指標(biāo)的Cronbach′α系數(shù)也均大于0.8，表明問(wèn)卷信度較好，可靠性較高；問(wèn)卷整體的KOM值為0.856且Bartlett球形度檢驗(yàn)的顯著性值為0.000，適合做因子分析。

（3） 模型擬合和修正。

將問(wèn)卷數(shù)據(jù)導(dǎo)入 AMOS 24.0軟件中，對(duì)一階SEM進(jìn)行擬合，如圖3所示。為檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合的優(yōu)良程度，SEM引入適配度進(jìn)行評(píng)價(jià)，適配度類型包括絕對(duì)適配度、增值適配度和精簡(jiǎn)適配度。絕對(duì)適配度指標(biāo)常用CMIM/DF、GFI、AGFI等指標(biāo)進(jìn)行衡量；增值適配度指標(biāo)常用NFI、TLI、CFI等指標(biāo)進(jìn)行衡量；精簡(jiǎn)適配度指標(biāo)常用PGFI、PNFI、PCFI等指標(biāo)進(jìn)行衡量。表3結(jié)果顯示一階SEM整體擬合度較好，雖然增值適配度指標(biāo)中的AGFI系數(shù)小于0.9，但大于0.85，在可接受范圍內(nèi)。

（4） 確定指標(biāo)權(quán)重。

3.3建立評(píng)價(jià)矩陣

根據(jù)表2所得昆呈隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)參數(shù)取值，結(jié)合表1給出的風(fēng)險(xiǎn)因素參數(shù)取值范圍和對(duì)應(yīng)的等級(jí)，通過(guò)公式（5）～（13）計(jì)算得出各個(gè)因素指標(biāo)的隸屬度，從而得出評(píng)價(jià)矩陣R1～R6：

3.4評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

根據(jù)公式（14）～（16）計(jì)算昆呈隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表5。

由圖3可知，潛變量之間相關(guān)系數(shù)均位于0～0.95之間，說(shuō)明潛變量之間有較強(qiáng)的共線性，即地形地貌、氣象水文、地層因素、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶水文地質(zhì)以及施工因素間有較強(qiáng)的相關(guān)性。由圖4可得，巖溶水文地質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、氣象水文、地層因素是影響昆呈隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)的主要因素，其次是施工技術(shù)和地形地貌。結(jié)合實(shí)際工程情況來(lái)看，該研究區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖溶形態(tài)發(fā)育，地下水壓力高，隧洞在施工過(guò)程中，尤其是雨季施工，如果遇到容腔體系中包含巖溶地質(zhì)構(gòu)造，在高水壓的作用下，極易發(fā)生突涌水災(zāi)害。即一個(gè)因素的變動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致其他因素產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，最終引發(fā)突涌水災(zāi)害，因此在施工過(guò)程中應(yīng)重視并采取有效的防控措施。

由表5可知，昆呈隧洞發(fā)生突涌水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)（即中等風(fēng)險(xiǎn)），具體來(lái)看，巖溶水文地質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高，為Ⅳ級(jí)，其次是氣象水文、地質(zhì)構(gòu)造、地層因素和施工因素。其中，地形地貌、巖溶水文地質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造的有效度均大于0.5，說(shuō)明采用最大隸屬度原則判別其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)是可靠的；氣象水文、地層因素和施工因素的第一大隸屬度值和第二大隸屬度值相差較小，此時(shí)采用最大隸屬度原則進(jìn)行判別風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可能會(huì)得到不合理的判別結(jié)果，通過(guò)計(jì)算兩者的有效度，得到α＜0.5，改用加權(quán)平均原則進(jìn)行計(jì)算，氣象水文、地層因素、地質(zhì)構(gòu)造的風(fēng)險(xiǎn)值均位于Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)間范圍內(nèi)。

3.5模擬驗(yàn)證與防控措施

3.5.1模擬驗(yàn)證

為驗(yàn)證構(gòu)建的巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型是否具有可行性，本文利用蒙特卡洛模擬的思想，運(yùn)用Crystal Ball 11.1對(duì)該模型進(jìn)行模擬驗(yàn)證。將表2和表4中的數(shù)據(jù)設(shè)置為模擬數(shù)據(jù)，設(shè)置模擬次數(shù)為5 000次，以置信度5%劃分區(qū)間，運(yùn)行后可得昆呈隧洞突涌水各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)敏感度圖及風(fēng)險(xiǎn)分布趨勢(shì)圖，如圖5～6所示。

由圖5可知，各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)敏感性排序?yàn)閹r溶水文地質(zhì)＞地質(zhì)構(gòu)造＞氣象水文＞地層因素＞施工因素＞地形地貌，巖溶水文地質(zhì)的敏感度最高，為 24.60%，地形地貌敏感度最低，為10.60%，即巖溶水文地質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、氣象水文、地層因素是影響昆呈隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)的主要因素，其次是施工技術(shù)和地形地貌。在風(fēng)險(xiǎn)分布趨勢(shì)圖中，藍(lán)色代表90%確定性范圍的帶區(qū)，表示預(yù)測(cè)有90%的幾率處于該值范圍。由圖6可得，除巖溶水文地質(zhì)有90%的幾率處于72～85分值區(qū)間范圍內(nèi)（Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)），地形地貌有90%的幾率處于30～52分值區(qū)間范圍內(nèi)（Ⅱ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)），其余各一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)均有90%的幾率處于52～74分值區(qū)間范圍內(nèi)（Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)），昆呈隧洞有90%的幾率處于52～73分值區(qū)間范圍內(nèi)（Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)），表明該隧洞發(fā)生突涌水災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)概率較高，但若及時(shí)采取防控措施，可避免發(fā)生重大事故。

實(shí)際情況中該隧洞強(qiáng)巖溶地層分布廣泛，水環(huán)境交互影響深遠(yuǎn)，在雨量充沛的季節(jié)，地表水量大幅增加，地表水通過(guò)巖體滲入到地下，增加了蓄水系統(tǒng)中的含水量，水壓升高，極易發(fā)生突涌水災(zāi)害。因此施工過(guò)程中應(yīng)更為重視巖溶水文地質(zhì)、地層、地質(zhì)構(gòu)造以及氣象水文情況。若施工單位在施工前及時(shí)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，施工過(guò)程支護(hù)得當(dāng)，則該洞段突涌水風(fēng)險(xiǎn)在可控范圍內(nèi)，該模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況基本相符。

3.5.2防控措施

昆呈隧洞巖溶地貌分布廣泛，巖溶狀態(tài)較為發(fā)育，為更加準(zhǔn)確地掌控水文地質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造的變化規(guī)律和實(shí)時(shí)情況，在施工前，可運(yùn)用物探手段對(duì)其進(jìn)行探測(cè)分析，查明隧洞軸線巖溶發(fā)育位置、形態(tài)、規(guī)模等地下巖溶系統(tǒng)，同時(shí)兼顧查明地質(zhì)構(gòu)造和地下水埋深情況，向當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(mén)了解歷年的氣象資料，針對(duì)性地撰寫(xiě)施工組織設(shè)計(jì)，編制雨季施工作業(yè)指導(dǎo)書(shū)。在施工過(guò)程中，利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬分析，對(duì)隧洞不同地段涌水量進(jìn)行預(yù)測(cè)，確定合理的開(kāi)挖順序，降低對(duì)周圍水位的影響面積，在開(kāi)挖過(guò)程中，加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度，盡量減小隧洞開(kāi)挖對(duì)環(huán)境的擾動(dòng)，雨季施工的工程嚴(yán)格執(zhí)行施工技術(shù)規(guī)范的各項(xiàng)規(guī)定，做好排水、擋水、防水工作。

4結(jié) 論

（1） 巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)間是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的。利用SEM的原理，確定各指標(biāo)的權(quán)重，同時(shí)也能得到指標(biāo)間的相關(guān)性系數(shù)，進(jìn)而找到指標(biāo)間的內(nèi)在聯(lián)系，為制定合適的巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)緩控措施提供依據(jù)。

（2） 依據(jù)有效度原則和加權(quán)平均原則對(duì)傳統(tǒng)FCEM法進(jìn)行改進(jìn)，避免當(dāng)隸屬度值相差小時(shí)最大隸屬度原則低效或失效的問(wèn)題，也可避免單一評(píng)判原則給巖溶隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)帶來(lái)的局限性。

（3） 依托滇中引水工程昆呈隧洞，結(jié)合工程實(shí)際情況得到的參數(shù)取值，對(duì)昆呈隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并利用Crystal Ball 11.1對(duì)該模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行模擬驗(yàn)證，結(jié)果表明：昆呈隧洞發(fā)生突涌水的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，巖溶水文地質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、氣象水文、地層因素是影響昆呈隧洞突涌水風(fēng)險(xiǎn)的主要因素，即施工過(guò)程中可針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)處理，及時(shí)采取防控措施，可避免發(fā)生重大事故。

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（編輯：劉 媛）