基于動(dòng)態(tài)不確定隨機(jī)模擬的隧道突水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

摘" 要：為進(jìn)一步完善隧道突水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，在考慮地下工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性與影響隧道突水風(fēng)險(xiǎn)因素的基礎(chǔ)上，建立基于時(shí)間加權(quán)的多源不確定動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型。其中，將由語(yǔ)言值、區(qū)間值、直覺模糊數(shù)組成的多源不確定信息進(jìn)行分類整合形成信息框架。屬性權(quán)重使用BWM法計(jì)算，時(shí)間權(quán)重采用熵值規(guī)劃法進(jìn)行確定。然后從隨機(jī)模擬的視角對(duì)多源不確定數(shù)據(jù)隨機(jī)聚合求解，得出帶有概率特征的可能性排序。最后通過實(shí)例說明該隨機(jī)模型的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：隧道工程；突水；動(dòng)態(tài)不確定評(píng)價(jià)；隨機(jī)模擬；信息框架

中圖分類號(hào)：U458" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）15-0047-06

Abstract：" In order to further improve the risk assessment method of tunnel water inrush， a multi-source uncertain dynamic evaluation model based on time weighting is established on the basis of considering the complexity of underground engineering geological conditions and the factors affecting tunnel water inrush risk. Among them， the multi-source uncertain information composed of linguistic value， interval value and intuitionistic fuzzy number is classified and integrated to form an information framework. The attribute weight is calculated by BWM method， and the time weight is determined by entropy programming method. Then， the multi-source uncertain data are randomly aggregated from the perspective of random simulation， and the possibility ranking with probability characteristics is obtained. Finally， an example is given to illustrate the application of the stochastic model.

Keywords： tunnel engineering; water inrush; dynamic uncertainty evaluation; stochastic simulation; information framework

近年來，我國(guó)已建、在建、擬建隧道工程量迅猛增長(zhǎng)，隧道建設(shè)已擴(kuò)展到巖地質(zhì)條件復(fù)雜巖性巖相變化大的山嶺地區(qū)，對(duì)于潛在的含水體、溶洞暗河等不良地質(zhì)環(huán)境，施工中一旦發(fā)生突水災(zāi)害，人員生命安全將受到威脅，施工設(shè)備遭到損壞，項(xiàng)目工期被嚴(yán)重拖延，引起重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，開展隧道突水潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)對(duì)維護(hù)隧道施工安全有重大理論意義和工程價(jià)值。目前，模糊數(shù)學(xué)相關(guān)理論廣泛應(yīng)用在隧道工程中[1-5]；李錄等[6]提出了基于IAHP-Fuzzy法的隧道突水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法；李利平等[7]提出了隧道施工許可機(jī)制，并在應(yīng)用中證明了規(guī)避突水風(fēng)險(xiǎn)的有效性；楊卓等[8]建立了基于PCA-改進(jìn)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)鐵路隧道突水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型優(yōu)化了預(yù)測(cè)算法精度。

雖然上述研究結(jié)果充分考慮了影響隧道突水風(fēng)險(xiǎn)因素的變異性、模糊性和復(fù)雜性特征，但普遍沒有注意到隧道突水的影響因素是隨著掘進(jìn)進(jìn)度和時(shí)間的變化而不同的，即隧道內(nèi)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、不可逆的開放系統(tǒng)。同時(shí)，現(xiàn)有的評(píng)價(jià)方法大多在建立了相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系后，指標(biāo)數(shù)據(jù)往往是一個(gè)精確的值，忽略了地下工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性和風(fēng)險(xiǎn)本身的不確定性。事實(shí)上，在影響坡度風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)因子中，有一些更適合數(shù)值型，有一些更適合語(yǔ)言型，還有一些可能更適合區(qū)間值型。因此，多源不確定信息評(píng)價(jià)是比較普遍的。本文討論了考慮時(shí)變的多源不確定動(dòng)態(tài)信息評(píng)價(jià)在隧道突水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。

1" 隧道突水風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1" 影響隧道突水的水文地質(zhì)條件

水文地質(zhì)條件是影響隧道突水決定性因素，為突水提供物質(zhì)基礎(chǔ)。隧道周邊有含水體或地下水位較高均會(huì)增加突水風(fēng)險(xiǎn)。同樣，地表徑流與突水量也有著直接關(guān)系，隧道在穿越斷層帶或裂隙發(fā)育帶時(shí)，地表水流量越大，施工擾動(dòng)下突水的可能性越大[9]。

大氣降水是隧道突水評(píng)價(jià)的重要因素，其周期性動(dòng)態(tài)影響著地下水位的升降。汛期強(qiáng)降雨增加滲透壓力是導(dǎo)致隧道突水的主要原因與直接原因。

1.2" 影響隧道突水的工程地質(zhì)條件

工程地質(zhì)條件包括不良地質(zhì)、巖層傾角、巖體裂隙密度等。隧道施工附近潛在的含水層、溶洞、地下暗河等不良地質(zhì)構(gòu)造，其構(gòu)造的富水性、導(dǎo)水性及其與空間位置關(guān)系的差異性，在很大程度上決定突水風(fēng)險(xiǎn)的大小。巖層傾角與巖體裂隙密度是影響隧道抗?jié)B系數(shù)重要因素[10]，不同巖層傾角引起的水流匯聚變化直接影響著地下水走向與巖溶發(fā)育；而巖體裂隙密度增加，導(dǎo)致隧道突水的臨界水壓力減少，抗?jié)B穩(wěn)定性降低[11]。

1.3" 影響隧道突水的巖體質(zhì)量條件

巖體質(zhì)量條件是巖溶隧道突水的誘發(fā)因素。如果圍巖完整性好，強(qiáng)度高，無結(jié)構(gòu)面缺陷，結(jié)構(gòu)面填充物不透水，內(nèi)部不含軟巖礦物，則圍巖具有較強(qiáng)的抗變形能力，隧道施工中引發(fā)的各種變形都較小，產(chǎn)生突水的可能性很??；反之，如果圍巖完整性較差，強(qiáng)度不足，不利結(jié)構(gòu)面較多，圍巖滲透性大，圍巖形變量增大，突水風(fēng)險(xiǎn)上升[12]。

1.4" 影響隧道突水的致險(xiǎn)因素

人類對(duì)隧道的開挖活動(dòng)必然會(huì)導(dǎo)致隧道內(nèi)部的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，科學(xué)地開挖配合有效的支護(hù)措施，可以降低突水的風(fēng)險(xiǎn)。錯(cuò)誤的開挖方式將直接揭露潛在的巖溶水體，而支護(hù)是突水防治的最后一環(huán)，支護(hù)的強(qiáng)度與耐久性對(duì)防止突水有重大影響。

隧道開挖時(shí)大多采用鉆爆法開挖，爆破產(chǎn)生的振擊波對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性造成強(qiáng)烈沖擊，隨著荷載傳遞圍巖瞬時(shí)應(yīng)力飆升。同時(shí)，沖擊波對(duì)圍巖產(chǎn)生的巖體拉伸也對(duì)圍巖穩(wěn)定性產(chǎn)生極大影響，若開挖前的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)不合理，則巖土體開挖面前方的地質(zhì)情況和圍巖等級(jí)判斷不正確，爆破沖擊將對(duì)隧道施工安全造成較大影響[13]。

2" 方法原理

2.1" 區(qū)間數(shù)定義

4" 結(jié)論

利用語(yǔ)言值、區(qū)間值、直覺模糊數(shù)的隧道突水風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)更符合工程實(shí)際需要，時(shí)間變量的引入可以保證在復(fù)雜多變的地質(zhì)條件和諸多不確定因素作用下觀測(cè)系統(tǒng)的持續(xù)研究。通過增加評(píng)價(jià)模型中隨機(jī)模擬次數(shù)得到的隧道突水評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性將得到提高，且整個(gè)評(píng)價(jià)過程的計(jì)算量小，易于編程。本研究不僅豐富了隧道突水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，而且可推廣到其他領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳舞，張國(guó)華，王浩，等.基于T-S模糊故障樹的鉆爆法施工隧道坍塌可能性評(píng)價(jià)[J].巖土力學(xué)，2019，40（S1）：319-328.

[2] 王德明，張慶松，張霄，等.隧道及地下工程注漿效果模糊評(píng)價(jià)方法的研究與應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2017，36（S1）：3431-3439.

[3] 吳波，陳輝浩，黃惟.基于熵權(quán)模糊理論的上軟下硬地層隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2021，18（4）：1056-1063.

[4] 葉飛，李文輝，韓鑫，等.基于動(dòng)靜結(jié)合的公路隧道洞口設(shè)計(jì)綜