隧道坍方突發(fā)性事件風(fēng)險(xiǎn)可拓法綜合評(píng)估

安永林，彭立敏，吳波，張峰

(1. 湖南科技大學(xué) 湖南省普通高等學(xué)校土木工程施工過程與質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭，411201；2. 中南大學(xué) 土木建筑學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410075；3. 中國中鐵四局集團(tuán)有限公司，安徽 合肥，230023)

隧道坍方突發(fā)性事件風(fēng)險(xiǎn)可拓法綜合評(píng)估

安永林1,2，彭立敏2，吳波3，張峰3

(1. 湖南科技大學(xué) 湖南省普通高等學(xué)校土木工程施工過程與質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭，411201；2. 中南大學(xué) 土木建筑學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410075；3. 中國中鐵四局集團(tuán)有限公司，安徽 合肥，230023)

為了綜合評(píng)價(jià)隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)，在統(tǒng)計(jì)分析坍方誘因的基礎(chǔ)上，借鑒可拓學(xué)原理，建立隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)可拓評(píng)估流程，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)定性指標(biāo)進(jìn)行量化，并對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行歸一化、無量綱化預(yù)處理，用簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，從而避免人為主觀因素的影響，并將可拓評(píng)估模型應(yīng)用到武廣客運(yùn)專線瀏陽河隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中。研究結(jié)果表明：坍方主要誘因是降雨、圍巖軟弱破碎及施工方法不當(dāng)?shù)?；瀏陽河隧道的坍方風(fēng)險(xiǎn)為高度，預(yù)防坍方應(yīng)加強(qiáng)施工地質(zhì)勘測(cè)，重視監(jiān)測(cè)信息反饋，提高施工應(yīng)變和施工處理能力。

隧道工程；坍方；可拓評(píng)估；指標(biāo)權(quán)重；預(yù)防措施

“突發(fā)性事件”，又稱為“無責(zé)任事件”，它只針對(duì)事件案例的技術(shù)性及其工程對(duì)策進(jìn)行分析，與“責(zé)任”無關(guān)。隧道工程的突發(fā)性事件是普遍現(xiàn)象，在每個(gè)國家都發(fā)生過。在隧道施工過程中，一旦發(fā)生災(zāi)難性突發(fā)事件，不僅延誤工期，大幅度提高工程費(fèi)用，而且會(huì)出現(xiàn)對(duì)人體的傷害。隧道中常見的突發(fā)性事件有巖爆、坍方等[1?2]。坍方是最為常見的、比較典型的事故。造成坍方的原因多種多樣，有地質(zhì)上突發(fā)的因素，也有人們認(rèn)識(shí)上的因素，但歸根到底，地質(zhì)因素是決定性的，因此，加強(qiáng)施工地質(zhì)工作是避免和防止坍方事故發(fā)生的根本手段。必須改變“地質(zhì)工作是設(shè)計(jì)人員的任務(wù)，而不是施工人員的事”的傳統(tǒng)觀念[1?2]。目前，學(xué)者主要針對(duì)隧道坍方的個(gè)案開展研究并提出相應(yīng)的整治措施[2]：(1) 結(jié)合隧道施工進(jìn)行圍巖收斂、沉降量測(cè)，開展位移反分析和圍巖失穩(wěn)預(yù)測(cè)研究；(2) 隧道施工坍塌時(shí)圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性；(3) 隧道開挖引起圍巖松弛圈范圍和新型支護(hù)結(jié)構(gòu)的研究。另外，也有利用極限的上、下限原理和數(shù)值方法推求隧道的安全系數(shù)，如：Broms等[3]研究了黏土中豎向開口的穩(wěn)定性；Davis等[4]分析了淺埋隧道在黏性地層中的穩(wěn)定系數(shù)；Lee等[5?6]探討了水滲透力作用下隧道的穩(wěn)定性；姜功良[7]利用極限原理推出了淺埋隧道的穩(wěn)定系數(shù)；楊小禮等[8]分析了應(yīng)力剪脹對(duì)淺埋隧道穩(wěn)定性系數(shù)的影響等。隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估則主要有以下幾方面：基于層次分析法評(píng)價(jià)鉆鉆爆法施工隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)[9]、建立事故樹分析巖石公路隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)[10]、利用模糊理論評(píng)估山嶺隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)[11]。模糊理論的關(guān)鍵是確定隸屬度函數(shù)，在確定隸屬度函數(shù)時(shí)有很大的主觀性、隨意性。另外，模糊評(píng)估中的指標(biāo)權(quán)重要么是給定的(有很大的主觀性)，要么是用半定量半定性的層次分析法即 AHP方法確定的(也在一定程度上帶有主觀性)。層次分析法評(píng)估隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)也存在同樣的問題。為此，本文作者將可拓學(xué)應(yīng)用于隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)中，從另一種角度探求隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法；并提出用簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；同時(shí)，給出實(shí)例，并建議坍方風(fēng)險(xiǎn)的具體預(yù)防措施。

1 隧道坍方事故統(tǒng)計(jì)及原因分析

在對(duì)隧道坍方事故統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)了誘發(fā)隧道塌方的主要原因有地質(zhì)上的內(nèi)因，也有施工方法和措施不當(dāng)?shù)耐庖騕11?12]，如圖1所示。

1.1 地質(zhì)因素

(1) 穿過斷層及破碎帶；

(2) 通過各種堆積體，因結(jié)構(gòu)松散顆粒間無膠結(jié)或膠結(jié)差；

(3) 在擠壓破碎帶、巖脈穿插帶、節(jié)理密集帶等碎裂結(jié)構(gòu)地質(zhì)中；

(4) 小褶曲、錯(cuò)動(dòng)發(fā)育地段；

(5) 軟弱巖體在地下水作用下，軟弱面強(qiáng)度降低；

(6) 地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等。

1.2 施工方法及措施不當(dāng)

(1) 工序不合理，工序間距過長(zhǎng)，地層暴露時(shí)間過久；

(2) 噴錨不及時(shí)；

(3) 支撐架設(shè)質(zhì)量欠佳，與圍巖不密貼，空隙填不實(shí)或連接不夠穩(wěn)定；

(4) 抽換支撐操作不當(dāng)，或支撐受力過大未及時(shí)加固；

(5) 爆破作業(yè)不當(dāng)，用藥量過多；

(6) 處理危石不及時(shí)，危石墜落牽動(dòng)巖層坍塌。

對(duì)上述原因做進(jìn)一步的分析可知：斷層破碎帶和降水占的比例最多，這是因?yàn)閿鄬悠扑閹幍膰鷰r力學(xué)性能差(彈性模量、內(nèi)摩擦角和粘聚力較小，圍巖的自穩(wěn)時(shí)間短，自穩(wěn)能力差)；降水一方面裂化圍巖力學(xué)性能，另一方面是降低了圍巖的有效應(yīng)力，從而更易屈服失穩(wěn)。

圖1 塌方誘發(fā)因素所占的比例Fig.1 Proportion of inducing factors of tunnel collapse

2 隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)可拓評(píng)估理論模型

2.1 隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)可拓評(píng)估流程

可拓學(xué)是由蔡文于 1983年創(chuàng)立的一門原創(chuàng)性學(xué)科。其描述事物的可變性，把是與非的定性描述發(fā)展為定量描述，并通過建立多指標(biāo)的評(píng)估模型，來完整評(píng)價(jià)事物，為解決事物的評(píng)估問題提供了一個(gè)新的途徑[13]。隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)的可拓評(píng)估流程如圖2所示。

2.2 確定經(jīng)典域、節(jié)域與待評(píng)物元設(shè)物元[13]

圖2 隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)可拓評(píng)估流程Fig.2 Flow chart of extension assessment on tunnel collapse

式中：Rj為第j個(gè)同征物元；Nj為所劃分的第j個(gè)評(píng)價(jià)級(jí)別；ci表示第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)；Vij=〈aij,bij〉為Nj關(guān)于指標(biāo)ci所規(guī)定的量值范圍，即各級(jí)別關(guān)于對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)所取的數(shù)據(jù)范圍即經(jīng)典域；j=1，2，…，m。

2.3 計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

確定指標(biāo)權(quán)重的方法很多，諸如專家打分法、AHP法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色關(guān)聯(lián)度法[13]等，但大多帶有一定的主觀性，或者太復(fù)雜，不利于實(shí)際應(yīng)用?；诖?，本文用簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)法確定各指標(biāo)的權(quán)重。其考慮到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重并不是絕對(duì)的，而是相對(duì)的，是隨具體的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)而改變的，因此，更具有客觀性、合理性。

2.4 推求待評(píng)隧道物元等級(jí)的關(guān)聯(lián)函數(shù)值

2.5 評(píng)估待評(píng)隧道坍方的風(fēng)險(xiǎn)

待評(píng)隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)j的關(guān)聯(lián)度如下：

則稱j*為p的級(jí)別變量特征值。例如，j0=2，j*=2.6，表示p屬于第2級(jí)偏向第3級(jí)(嚴(yán)格說來應(yīng)屬于2.6級(jí))，據(jù)j*可以看出偏向另一級(jí)的程度。

3 可拓法坍方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)例

3.1 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)及隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)

3.1.1 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

由于影響隧道坍方的因素很多，因而，各種評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取及其評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定成為隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的關(guān)鍵。然而，由于受到各種客觀條件的限制，不可能將各種評(píng)價(jià)指標(biāo)全部反映到隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估中，必須選取對(duì)坍方起控制作用的主要指標(biāo)，并忽略對(duì)其影響較小的次要評(píng)價(jià)指標(biāo)，參照坍方的相關(guān)研究[11]，選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)如圖3所示。

圖3 隧道坍方的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.3 Evaluation index system of tunnel collapse

3.1.2 確定評(píng)價(jià)等級(jí)

根據(jù)隧道坍方的特征和《鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理暫行規(guī)定》，將坍方風(fēng)險(xiǎn)分為低度坍方風(fēng)險(xiǎn)(1級(jí))、中度坍方風(fēng)險(xiǎn)(2級(jí))、高度坍方風(fēng)險(xiǎn)(3級(jí))和極高坍方風(fēng)險(xiǎn)(4級(jí))，如表1所示。

其中，圍巖級(jí)別和開挖跨度參照坍方統(tǒng)計(jì)而得；埋深根據(jù)開挖跨度而相應(yīng)確定[11]，具體是：h＜1D(D為隧道跨度)，坍塌風(fēng)險(xiǎn)很大；D＜h＜2D，坍塌風(fēng)險(xiǎn)大；2D＜h＜3D，坍塌風(fēng)險(xiǎn)一般；h＞3D，坍塌風(fēng)險(xiǎn)很小。偏壓角度根據(jù)項(xiàng)目組的研究[14]即“在地表傾角＜35°時(shí)，可以忽略偏壓的影響”等結(jié)論而定。地下水、施工技術(shù)和管理水平為定性因素，分級(jí)是用定性語言描述的。

表1 隧道坍方各評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)范圍Table 1 Standard of classification of tunnel collapse

3.1.3 定性指標(biāo)量化處理

根據(jù)專家評(píng)分法將非量化的地質(zhì)構(gòu)造指標(biāo)作量化處理。評(píng)分標(biāo)尺的選擇是專家評(píng)分法的關(guān)鍵，直接影響到專家能否表達(dá)其評(píng)價(jià)意見。評(píng)價(jià)標(biāo)尺有2種[15]：一種是采用離散的語言值標(biāo)尺，如“1”代表好；另一種是采用連續(xù)的語言標(biāo)尺，其中每個(gè)評(píng)語占據(jù)的是標(biāo)尺中的一段，而不是1個(gè)點(diǎn)。連續(xù)的評(píng)價(jià)標(biāo)尺相對(duì)于離散的評(píng)價(jià)標(biāo)尺而言，更能充分地表達(dá)專家的意見，所以，這里采用連續(xù)的語言標(biāo)尺。

對(duì)于地下水規(guī)定：(90～100)表示地下水相當(dāng)豐富；(80～89)表示地下水豐富，有少量涌水；(70～79)表示地下水發(fā)育；(60～69)表示地下水不發(fā)育。

對(duì)于地質(zhì)情況：(90～100) 表示地質(zhì)非常復(fù)雜；(80～89) 表示地質(zhì)復(fù)雜；(70～79) 表示地質(zhì)一般；(60～69) 表示地質(zhì)不復(fù)雜。

對(duì)于施工技術(shù)和管理水平規(guī)定：(60～69) 表示施工技術(shù)力量單薄，管理水平較差；(70～79) 表示施工技術(shù)一般管理水平一般；(80～89) 表示施工技術(shù)較好，管理水平較高；(90～100) 表示施工技術(shù)雄厚管理水平很高。

對(duì)于圍巖級(jí)別，規(guī)定：Ⅰ和Ⅱ?yàn)?0.5～2.5)；Ⅲ和Ⅳ為(2.5～4.5)；Ⅴ為(4.5～5.5)；Ⅵ為(5.5～6.5)。評(píng)價(jià)時(shí)直接用數(shù)字1～6代表羅馬數(shù)字Ⅰ～Ⅵ即可。

在實(shí)際隧道坍方具體評(píng)估中，可邀請(qǐng)若干業(yè)內(nèi)專家或者總工程師、技術(shù)人員等參與，對(duì)非量化指標(biāo)進(jìn)行打分，然后，考慮打分人的學(xué)歷、經(jīng)驗(yàn)、職稱等因素取加權(quán)平均。

3.1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化處理

為了使不同評(píng)價(jià)指標(biāo)具有可比性，便于進(jìn)行科學(xué)歸納，首先對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行歸一化、無量綱化預(yù)處理[13]。對(duì)于指標(biāo)c2，c4，c5和c6，因其對(duì)隧道坍方性的作用性質(zhì)是正方向的，即數(shù)值越大越易坍方，所以，其處理方法是ci′=(ci?cimin)/(cimax?cimin)，(i=1，2，4，5，6)；而對(duì)于指標(biāo)c1，c3和c7，因其對(duì)隧道坍方性的作用性質(zhì)是反方向的,其處理方法是ci′=(cimax?ci)/(cimax?cimin)(其中，i=3，7)。處理后的各指標(biāo)等級(jí)范圍如表2所示。武廣客運(yùn)專線瀏陽河隧道 DⅡK1565+120～DⅡK1565+250段出現(xiàn)風(fēng)化槽谷,此地段的原始指標(biāo)數(shù)據(jù)為：圍巖Ⅴ級(jí)，開挖跨度約為14 m，埋深45 m，無明顯偏壓，地下水較發(fā)育，地質(zhì)高度復(fù)雜，施工技術(shù)和管理水平很高，開挖方法為三臺(tái)階法施工。其無量綱化后的數(shù)據(jù)如表2所示。

3.2 構(gòu)造隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)的物元

由式(1)和(2)可得隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)的經(jīng)典域和節(jié)域如下：

表2 隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化處理Table 2 Normalized standard of classification

根據(jù)式(3)，可以得到待評(píng)隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)的同征物元如下：

3.3 計(jì)算隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

從安全(保守)的角度考慮，指標(biāo)ci的數(shù)據(jù)落入的級(jí)別越大，則隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)的程度越高，因此，應(yīng)賦以越大的權(quán)值。從而，根據(jù)式(4)～(6)和(8)，可以得到指標(biāo)權(quán)重：

3.4 計(jì)算隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)聯(lián)函數(shù)值

根據(jù)式(9)，可以計(jì)算得到待評(píng)隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)于各評(píng)價(jià)等級(jí)的關(guān)聯(lián)函數(shù)值為：

3.5 隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)的可拓評(píng)估結(jié)果與分析

根據(jù)式(9)～(13)，可以計(jì)算得到隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)關(guān)于等級(jí)j的關(guān)聯(lián)度：

根據(jù)式(14)，可以計(jì)算得到待評(píng)隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)j0=3，即隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“高度風(fēng)險(xiǎn)”；根據(jù)式(15)和(16)，可以等到隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的變量特征值j*=3.5，表示瀏陽河隧道在該段的坍方風(fēng)險(xiǎn)屬于“高度風(fēng)險(xiǎn)”級(jí)別偏向 “極高風(fēng)險(xiǎn)”的級(jí)別(嚴(yán)格說來應(yīng)屬于3.5度風(fēng)險(xiǎn))。這與該地段的范例推理的評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致[14]。

為此，提出了“臺(tái)階法+豎向鋼支撐”的風(fēng)險(xiǎn)降低措施?，F(xiàn)在武廣客運(yùn)專線瀏陽河隧道已經(jīng)貫通，該地段施工也很安全。圖 4所示為斷面 DIIK1565+165于2008?02?12 至 2008?04?12 的拱頂沉降時(shí)程曲線。從圖4可知：變形總體呈現(xiàn)臺(tái)階形狀，安設(shè)豎向鋼支撐后，拱頂沉降速率變緩；當(dāng)中臺(tái)階的掌子面開挖到此斷面時(shí)，由于此時(shí)要拆除臨時(shí)豎向鋼支撐，拱頂又出現(xiàn)一定的下沉。由此可見：豎向支撐對(duì)于控制拱頂沉降的效果是非常明顯的，也表明提出的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施是合理可行的。

圖4 DIIK1565+165斷面拱頂沉降時(shí)程曲線Fig.4 Settlement in center of surface DIIK1565+165

4 結(jié)論

(1) 影響坍方的主要因素有降雨、偏壓、圍巖軟弱破碎及施工方法。

(2) 借鑒可拓學(xué)，建立了隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)的可拓綜合評(píng)估流程，構(gòu)建了坍方風(fēng)險(xiǎn)的多指標(biāo)可拓綜合評(píng)估模型，對(duì)定性指標(biāo)做定量化處理并對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行歸一化預(yù)處理，從而使得評(píng)估指標(biāo)具有可比性；同時(shí)，提出用簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)確定各指標(biāo)權(quán)重，克服了以往確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)人為因素影響較大的缺陷。

(3) 武廣客運(yùn)專線瀏陽河隧道 DⅡK1565+120～DⅡK1565+250風(fēng)化槽地段坍方風(fēng)險(xiǎn)的可拓綜合評(píng)估結(jié)果為高度風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為 3.5級(jí)，即“高度風(fēng)險(xiǎn)”級(jí)別偏向 “極高風(fēng)險(xiǎn)”的級(jí)別。

(4) 將構(gòu)建的隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)的可拓評(píng)估模型應(yīng)用于隧道坍方風(fēng)險(xiǎn)安全管理工作中，可以量化隧道坍方的可能性，有利于降低隧道施工階段發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)，促使隧道安全管理從事后分析型向事前預(yù)防型戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，做到防患于未然，為隧道行業(yè)建立現(xiàn)代職業(yè)安全健康管理體系奠定良好的基礎(chǔ)。

[1]關(guān)寶樹. 隧道工程施工要點(diǎn)集[M]. 北京: 人民交通出版社,2003: 270?271.

GUAN Bao-shu. Tunnel construction main points[M]. Beijing:People Transportation Press, 2003: 270?271.

[2]王士民, 劉豐軍, 葉飛, 等. 隧道坍方研究中的數(shù)值技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù), 2006(增刊): 86?91.

WANG Shi-min, LIU Feng-jun, YE Fei, et al. Development on numerical simulation of tunnel collapse[J]. Modern Tunneling Technology, 2006(S): 86?91.

[3]Broms B B, Bennermark H. Stability of clay at vertical openings[J]. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, 1967, 96(1): 71?94.

[4]Davis E H, Gunn M J, Mair R J, et al. The stability of shallow tunnels and underground openings in cohesive material[J].Geotechnique, 1980, 30(4): 397?416.

[5]Lee I M, Nam S W. The study of seepage forces acting on the tunnel lining and tunnel face in shallow tunnels[J]. Tunnels and Underground Space Technology, 2001, 16(1): 31?40.

[6]Lee I M, Nam S W, Jae H A. Effect of seepage force on tunnel face stability[J]. Canadian Geotechnical Journal, 2003, 40(2):342?350.

[7]姜功良. 淺埋軟土隧道穩(wěn)定性極限分析[J]. 土木工程學(xué)報(bào),1998, 31(5): 65?72.

JIANG Gong-liang. Limit analysis of the stability of shallow tunnels in soft ground[J]. China Civil Engineering Journal, 1998,31(5): 65?72.

[8]楊小禮, 眭志榮. 應(yīng)力剪脹對(duì)淺埋隧道穩(wěn)定性系數(shù)的影響[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2008, 39(1): 190?195.

YANG Xiao-li, SUI Zhi-rong. Influences of stress dilatancy on stability factors of shallow tunnels[J]. Journal of Central South University: Science and Technology, 2008, 39(1): 190?195.

[9]王燕, 黃宏偉, 薛亞東. 鉆爆法施工隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)分析[J]. 沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2009, 25(1): 23?27.

WANG Yan, HUANG Hong-wei, XUE Ya-dong. Risk analysis of collapse for tunnels constructed by drill and blast method[J].Journal of Shenyang Jianzhu University: Natural Science, 2009,25(1): 23?27.

[10]周建昆, 吳堅(jiān). 巖石公路隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)事故樹分析[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào), 2008, 4(6): 991?998.

ZHOU Jian-kun, WU Jian. Fault tree analysis of the collapse risk in rock highway tunnel[J]. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 2008, 4(6): 991?998.

[11]周峰. 山嶺隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)模糊層次評(píng)估研究[D]. 長(zhǎng)沙: 中南大學(xué)土木建筑學(xué)院, 2008: 40?51.

ZHOU Feng. Research on fuzzy-hierarchy assessment on mountain tunnel collapse[D]. Changsha: Central South University. School of Civil Engineering and Architecture, 2008:40?51.

[12]李剛. 防坍方救援方案淺析[J]. 山西建筑, 2007, 33(21):335?336.

LI Gang. On the rescue program of the tunnel fall-in[J]. Shanxi Architecture, 2007, 33(21): 335?336.

[13]彭立敏, 安永林, 張運(yùn)良, 等. 可拓法識(shí)別勘測(cè)階段隧道瓦斯突出的模型與實(shí)例[J]. 土木工程學(xué)報(bào), 2008, 41(4): 81?85.

AN Yong-lin, PENG Li-min, ZHANG Yun-liang, et al.Identifying degree of gas ejection based extension theory in tunnel at prospecting stage: a case study[J]. China Civil Engineering Journal, 2008, 41(4): 81?85.

[14]安永林. 結(jié)合鄰近結(jié)構(gòu)物變形控制的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究[D]. 長(zhǎng)沙: 中南大學(xué)土木建筑學(xué)院, 2009: 160?187.

AN Yong-lin. Study on tunnel construction safety and risk evaluation considering deformation standard of neighboring structures[D]. Changsha: Central South University. School of Civil Engineering and Architecture, 2008: 160?187.

[15]傅鶴林, 韓汝才. 隧道襯砌荷載計(jì)算理論及巖溶處治技術(shù)[M].長(zhǎng)沙: 中南大學(xué)出版社, 2005: 105?106.

FU He-lin, HAN Ru-cai. Tunnel lining load calculation theory and treatment technology on karst[M]. Changsha: Central South University Press, 2005: 105?106.

(編輯 楊幼平)

Comprehensive extension assessment on tunnel collapse risk

AN Yong-lin1,2, PENG Li-min2, WU Bo3, ZHANG Feng3

(1. Hunan College Key Laboratory of the Construction Process, Quality and Safety of Civil Engineering,Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, China;2. School of Civil Engineering and Architecture, Central South University, Changsha 410075, China;3. China Railway No.4 Engineering Group Co. Ltd., Hefei 230023, China)

On the basis of statistical analysis on inducing factors of tunnel collapse, extension theory was applied to comprehensively evaluate tunnel collapse risk. The process is as follows. Flow chart of extension assessment was firstly established, and some main influencing factors with non-dimension preprocessed, including the classification of tunnel collapse, were used to set up classical and limited matter-elements. A simple dependent function was then used to determine factor weight for avoiding human subjective effect. The extension assessment model was used to evaluate collapse risk in Liuyanghe tunnel. The results show that the main inducing factors of tunnel collapse are weak rock and rainfall, for weak rock has very poor mechanical properties and rainfall will weaken rock mechanics and reduce the effective stress in surrounding rock. Thus it is easy to yield and become more instable. Collapse risk of Liuyanghe tunnel is high and some prevention measures must be taken such as putting emphasis on geology survey and monitoring during construction, and improving treatment capacity of collapse as well.

tunnel engineering; collapse; extension assessment; factor weight; prevention measures

U459.2

A

1672?7207(2011)02?0514?07

2010?02?12；

2010?05?26

湖南省研究生創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(3340-74236000004); 湖南科技大學(xué)博士啟動(dòng)基金項(xiàng)目(E51095)

安永林(1981?)，男，安徽壽縣人，博士，講師，從事隧道與地下工程結(jié)構(gòu)與防災(zāi)的研究；電話：13203116711；E-mail：anyongling@yahoo.com.cn