多層次模糊綜合評價法在復雜巖溶隧道施工安全風險評估中的應用

肖帥

關鍵詞：多層次模糊綜合評價法；巖溶隧道；風險評估；風險管控

隨著我國社會經濟的快速發展和高速公路建設水平的不斷提高，公路建設逐步從平原地區向山區發展。山區是地質構造活動區，一般存在滑坡、泥石流、崩塌、巖溶、采空區、斷層等多種不良地質現象，導致隧道施工難度增大，風險管控形勢嚴峻[1]。目前，風險評估領域采用的評估方法有多種，針對高速公路建設行業的隧道施工主要以交通運輸部的風險評估指南[2-3]為依據，開展總體風險評估和專項施工風險評估，對風險進行評級，實現分級管控。該方法是基于風險矩陣法和指標體系法，根據隧道施工的風險特點以及類似工程事故情況，進行風險源普查，并針對其中的重大風險源進行量化估測，提出相應的風險控制措施。近年來，多層次模糊綜合評價法被廣泛運用于交通運輸[4]、煤礦安全[5]、移動通信[6]、水利建設、投資風險等領域。層次分析法可以有效地對影響評估目標的風險因素進行定量化分析，并比較各因素的權重大??；模糊評價法可以通過數值量化隧道施工中潛在的各種風險因素。兩者的結合應用可以為多因素、多層次的復雜隧道風險管控提供依據。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段進行施工安全風險評估。

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合，其評估思路為：首先，將復雜風險問題分解為若干層次和若干要素，建立多層次目標風險集及評價集；其次，應用層次分析法對同一層次的各要素進行比較、判斷和計算，得到各因素的權重向量；最后，建立模糊綜合評價矩陣，按照最大隸屬原則，對照評價集確定風險評價結果。

1.1 風險因素識別

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

1.2 層次分析法

層次分析法是按照一定規律將評估過程層次化、數量化，是一種針對目標進行評估的方法，從層次結構的第二層開始，對從屬于上一層某個因素的同層諸因素，用1～9標度法構造比較判斷矩陣，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，得到矩陣的排序權值wi。

2 工程應用實例

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。進口采用端墻式洞門，出口采用貼壁進洞。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。該溶洞發育樁號范圍為ZK13+215～ZK13+330段，沿線路走向長約115 m，橫向寬13～45 m，底板發育標高354～374 m，頂板發育標高383～392 m，最大洞高約38 m。本隧道巖溶發育段大部分位于左右洞中間范圍。

2.2 確定指標權重

結合該巖溶區段的地質特點，構造各風險因素之間的比較判斷矩陣，并根據判斷矩陣計算得到各風險因素的權重值，如表2所示。

2.3 風險模糊估計與評價

針對隧道的施工特點，選用專家經驗法進行風險概率估計和風險損失估計，如表3所示。

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

3 巖溶隧道施工安全風險控制

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

（1）施工時加強地質超前預報，了解不良地質的分布、性質、狀態以及規模。通過超前地質預報，利用一定的技術和手段，收集地下工程所在巖土體的相關信息，運用相應的理論和規律對這些資料和信息進行分析、研究，對施工掌子面前方巖土體情況、不良地質體的工程部位及成災可能性作出解釋、預測和預報，從而有針對性地進行隧道施工。

（2）加強初期支護并采取正確的施工方法。在巖溶區圍巖地段，根據地質情況采用正確的開挖方法，如臺階法、雙側壁導坑法等，確保初期支護質量，制定一整套的防坍塌技術措施，包括超前支護、加強初期支護、監控量測、二次襯砌緊跟等，并執行嚴格的施工工序，各工序應緊密銜接。

（3）根據破碎帶巖性、破碎程度及地下水情況，及時采用超前小導管、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超前帷幕注漿預加固進行封堵，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、坍塌事故應急救援預案的編制、演練工作。

4 結語

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