模糊層次分析法在鵝嶺隧道淺埋段塌方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用

(長沙軌道交通集團(tuán)有限公司 湖南 長沙 410100)

隧道施工屬于高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè),進(jìn)行施工過程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與控制對(duì)確保施工安全極其重要。目前普遍采用定性分析的方法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，如何選擇合適的方法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量化分析,對(duì)有針對(duì)性的強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)管控具有重要意義。

一、工程概況

衡茶吉鐵路鵝嶺隧道位于江西省境內(nèi)，全長10445m，為江西省最長隧道。隧道進(jìn)口DK7+280～DK7+520段共240m為淺埋段，開挖寬度8.9m；洞頂覆土最小厚度僅16m，無偏壓；洞身穿越常年流水的拿山河床，地下水發(fā)育；地層為粉質(zhì)粘土、卵石層，圍巖透水嚴(yán)重、穩(wěn)定性差，地質(zhì)勘查為Ⅴ級(jí)圍巖，較容易發(fā)生塌方。因此有必要對(duì)隧道淺埋段進(jìn)行塌方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

二、塌方風(fēng)險(xiǎn)因素辨識(shí)

隧道塌方的因素主要有以下方幾個(gè)面：一是圍巖級(jí)別，圍巖級(jí)別越高，塌方風(fēng)險(xiǎn)越大；二是埋深，淺埋不利于在拱頂形成自然拱，增大塌方風(fēng)險(xiǎn)；三是地下水，水體可以軟化圍巖、破壞巖體完整性；四是偏壓，偏壓易導(dǎo)致隧道局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)；五是開挖寬度，一次開挖寬度越大，越不利于圍巖穩(wěn)定；六是施工技術(shù)和管理水平，施工單位技術(shù)與管理不到位易影響隧道安全施工。

三、隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

(一)建立因素集。由于塌方發(fā)生的概率與塌方發(fā)生損失的因素一致，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果，建立塌方風(fēng)險(xiǎn)概率與損失的因素集U={u1,u2,u3,u4,u5,u6}，各因素參數(shù)見下表：

鵝嶺隧道DK7+280～DK7+520段塌方風(fēng)險(xiǎn)因素參數(shù)

(二)建立評(píng)價(jià)集。評(píng)價(jià)集的建立，是通過綜合分析所有影響因素，得到最佳評(píng)價(jià)結(jié)果。根據(jù)鵝嶺隧道的實(shí)際情況，利用模糊語言對(duì)隧道的塌方風(fēng)險(xiǎn)概率建立的評(píng)價(jià)集V和塌方風(fēng)險(xiǎn)損失評(píng)價(jià)集T。

(三)隸屬度與等級(jí)評(píng)價(jià)矩陣。通過采用梯形隸屬度函數(shù)對(duì)開挖寬度、埋深、偏壓角度等建立隸屬函數(shù)；采用模糊隸屬度評(píng)價(jià)矩陣對(duì)圍巖級(jí)別、地下水狀況、承包商技術(shù)和管理水平進(jìn)行分級(jí)；采用模糊統(tǒng)計(jì)法和隸屬度函數(shù)相結(jié)合對(duì)塌方風(fēng)險(xiǎn)損失進(jìn)行估計(jì)，建立隸屬度矩陣，可以得到鵝嶺隧道淺埋段的塌方風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率評(píng)價(jià)矩陣R1和塌方發(fā)生后果評(píng)價(jià)矩陣R2：

(四)建立因素權(quán)重集的。通過調(diào)查和咨詢相關(guān)專家，建立判斷矩陣,利用根法得到該判斷矩陣的最大特征值(λmax=6.15)及所對(duì)應(yīng)的特征向量，檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性：

當(dāng)n=6時(shí)，RI=1.26

根據(jù)計(jì)算，矩陣的一致性可接受。對(duì)最大特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量進(jìn)行歸一化處理，得到各因素權(quán)重集：

W=(w1,w2,w3,w4,w5,w6)

=(0.302 0.058 0.120 0.302 0.188 0.030)

(五)模糊綜合評(píng)價(jià)。塌方概率模糊評(píng)價(jià)集合計(jì)算結(jié)果：

B1=W×R1=(0.398 0.510 0.431 0.581 0.440)

塌方后果模糊評(píng)價(jià)集合計(jì)算結(jié)果：

B2=W×R2=(0.108 0.314 0.174 0.277 0.414)

(六)評(píng)價(jià)結(jié)果。根據(jù)最大隸屬度原則，鵝嶺隧道淺埋段塌方概率等級(jí)為4級(jí)(可能)，塌方后果等級(jí)為5級(jí)(災(zāi)難性的)。根據(jù)《鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理暫行規(guī)定》所規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則，鵝嶺隧道DK7+280～DK7+520段的塌方風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為極高，風(fēng)險(xiǎn)不可接受，因此必須采取必要的措施降低隧道的塌方風(fēng)險(xiǎn)。

四、塌方風(fēng)險(xiǎn)控制措施

建議采取以下降低塌方風(fēng)險(xiǎn)的措施：(1)嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的淺埋暗挖方針組織施工。(2)按照“防、排、堵、截，綜合治理”的原則治理地下水。洞外對(duì)河床進(jìn)行改移，對(duì)地表進(jìn)行注漿加固處理;在洞內(nèi)進(jìn)行超前注漿加固圍巖，提升圍巖穩(wěn)定性并防止?jié)B水。(3)綜合使用TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前鉆孔與掌子面地質(zhì)素描等方式，及時(shí)提供可靠的地質(zhì)資料，預(yù)防塌方。(4)嚴(yán)格按監(jiān)測方案做好監(jiān)測測點(diǎn)布設(shè)、初始值側(cè)取、測點(diǎn)保護(hù)，按規(guī)定頻率開展量測并及時(shí)反饋、及時(shí)預(yù)警，信息化指導(dǎo)現(xiàn)場施工，為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供參考。(5)強(qiáng)化施工技術(shù)管理，對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行詳細(xì)安全技術(shù)交底，提升施工隊(duì)伍的安全意識(shí)與技術(shù)水平，嚴(yán)格落實(shí)設(shè)計(jì)意圖與施工工藝要求。(6)做好應(yīng)急準(zhǔn)備，編制隧道坍塌應(yīng)急預(yù)案并組織培訓(xùn)演練，準(zhǔn)備充足的應(yīng)急物資，確保及時(shí)、有效應(yīng)急。

總結(jié)

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，施工單位在鵝嶺隧道淺埋段施工過程中有針對(duì)性的采取了塌方風(fēng)險(xiǎn)防控措施，順利實(shí)現(xiàn)了隧道安全貫通。從中我們可以看到，采取定性與定量相結(jié)合的方法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，有利于精確評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)并采取有針對(duì)性的控制措施，確保施工安全。