山嶺隧道施工期靜態(tài)與動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法及應(yīng)用

張延杰，楊小兵，任孟德，張家偉，劉濤，張紅剛

山嶺隧道施工期靜態(tài)與動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法及應(yīng)用

張延杰1，楊小兵1，任孟德2，張家偉1，劉濤1，張紅剛1

(1. 云南建投基礎(chǔ)工程有限責(zé)任公司，云南 昆明 650000；2. 西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055)

為對(duì)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)做出及時(shí)、準(zhǔn)確判斷，以便現(xiàn)場(chǎng)采取相應(yīng)工程措施，預(yù)防隧道大變形、塌方災(zāi)害的發(fā)生，將多級(jí)加權(quán)迭代法和功效系數(shù)法應(yīng)用于隧道定性與定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，建立山嶺隧道施工靜態(tài)與動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型?；谖覈?guó)300多例隧道大變形、坍塌案例的統(tǒng)計(jì)分析，建立以地質(zhì)、設(shè)計(jì)和施工因素為指標(biāo)的靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并制定指標(biāo)打分標(biāo)準(zhǔn)；此外，將風(fēng)險(xiǎn)分析與監(jiān)控量測(cè)相結(jié)合，確定動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)。在對(duì)風(fēng)口山隧道風(fēng)險(xiǎn)因素及監(jiān)控量測(cè)分析基礎(chǔ)之上，運(yùn)用該模型對(duì)風(fēng)口山隧道進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明：評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際施工情況一致，驗(yàn)證了該模型的有效性和適用性，為山嶺隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了新的研究思路和經(jīng)驗(yàn)。

山嶺隧道；多級(jí)加權(quán)迭代法；功效系數(shù)法；靜態(tài)與動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

隨著中國(guó)“一帶一路”倡議的實(shí)施，西南地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大規(guī)模進(jìn)行，隧道工程也得到了快速發(fā)展。在隧道開挖過程中，常常面臨著施工技術(shù)的復(fù)雜性以及掌子面前方地質(zhì)的不確定性所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致隧道大變形、坍塌事故時(shí)有發(fā)生，造成人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失以及工期延誤等不良后果[1?2]。因此，針對(duì)山嶺隧道建立全面、有效、及時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，是亟待解決的問題。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)隧道工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行了一系列研究。早期Einstein等[3?4]對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分析理論進(jìn)行了研究，并應(yīng)用于隧道工程。胡長(zhǎng)明等[5]采用三角模糊理論對(duì)山嶺隧道穿越?jīng)_溝段塌方風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，較好地反映依托工程的塌方風(fēng)險(xiǎn)程度。Rita等[6]基于貝葉斯網(wǎng)格法建立地質(zhì)預(yù)測(cè)?施工策略決策組合模型，可系統(tǒng)評(píng)估和管理隧道施工風(fēng)險(xiǎn)。張晨曦等[7]從隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生可能性、嚴(yán)重程度2個(gè)方面建立山嶺隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。LIU等[8]將探索性因子分析方法和結(jié)構(gòu)方程模型相結(jié)合應(yīng)用到地鐵隧道施工風(fēng)險(xiǎn)因素分析中, 提出了評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)因素與隧道風(fēng)險(xiǎn)因果關(guān)系的系統(tǒng)性方法。劉靖等[9]首次將風(fēng)險(xiǎn)分析與新奧法施工量測(cè)體系相結(jié)合，建立山嶺隧道新奧法施工過程動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。王迎超等[10]首次將功效系數(shù)法應(yīng)用于圍巖危險(xiǎn)性進(jìn)行警情預(yù)測(cè)，并取得較好的效果。陳順滿等[11]將改進(jìn)的功效系數(shù)法應(yīng)用于地下工程巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)中，建立地下工程巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)的粗糙集和改進(jìn)功效系數(shù)法模型，對(duì)巖體質(zhì)量分級(jí)的準(zhǔn)確率為90%。陳舞等[12]基于條件信息熵提出一種既能提取出風(fēng)險(xiǎn)主要影響因素又能客觀計(jì)算出各因素權(quán)重的計(jì)算方法，建立了基于粗糙集條件信息熵的山嶺隧道坍塌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。綜上所述，隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的理論與應(yīng)用已經(jīng)取得豐厚成果，但現(xiàn)有研究存在片面性，靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析與動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析處于孤立狀態(tài)，同時(shí)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)也只是定性分析，無法對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面、及時(shí)、準(zhǔn)確評(píng)估。鑒于此，本文通過收集300多例隧道大變形、坍塌案例，對(duì)施工前地質(zhì)、設(shè)計(jì)和施工3方面致險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別，建立靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，并對(duì)每個(gè)影響因素進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)，確定各級(jí)因子的權(quán)重值；同時(shí)，將風(fēng)險(xiǎn)分析與新奧法施工量測(cè)體系相結(jié)合，選其中重要量測(cè)項(xiàng)目作為動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，確立動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，通過層次分析法確定各級(jí)因子的權(quán)重；此外，提出多級(jí)加權(quán)迭代法對(duì)靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性分析，引入功效系數(shù)法對(duì)動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量分析，從而建立山嶺隧道施工期靜態(tài)與動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。該模型可以根據(jù)施工前靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析的結(jié)果，對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)段進(jìn)行施工變更，在施工中進(jìn)行動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析，根據(jù)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的反饋分析，對(duì)處于危險(xiǎn)狀態(tài)圍巖及時(shí)補(bǔ)固加強(qiáng)，確保隧道安全施工。

1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程

在參考現(xiàn)有國(guó)內(nèi)、國(guó)外文獻(xiàn)對(duì)隧道風(fēng)險(xiǎn)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)隧道建設(shè)特點(diǎn)，按照風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)控制3個(gè)主要步驟，將隧道大變形、坍塌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分為以下步驟[13]，如圖1所示。

圖1 山嶺隧道靜態(tài)與動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程圖

2 隧道施工期靜態(tài)與動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系

2.1.1 靜態(tài)指標(biāo)體系

在參考文獻(xiàn)[5]中200余座隧道大變形、坍塌案例基礎(chǔ)上，再根據(jù)收集的近100座實(shí)例的統(tǒng)計(jì)分析，歸納出影響山嶺隧道施工期大變形、坍塌風(fēng)險(xiǎn)因素主要包括地質(zhì)因素、設(shè)計(jì)因素和施工因素。

圖2 靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系層次圖

因此把地質(zhì)因素、設(shè)計(jì)因素和施工因素作為靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的1級(jí)指標(biāo)，對(duì)每個(gè)1級(jí)指標(biāo)進(jìn)一步細(xì)分作為2級(jí)指標(biāo)，根據(jù)各級(jí)指標(biāo)相互關(guān)系，建立隧道大變形、坍塌靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)2級(jí)評(píng)估指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。

通過對(duì)案例影響因素分析，統(tǒng)計(jì)分析每一個(gè)因素所占的比例，然后進(jìn)行歸一化處理，確定出施工期各因素對(duì)大變形影響概率如圖3所示，并確立各指標(biāo)量化明細(xì)，如表1所示。

圖3 隧道大變形、坍塌與各因素影響概率統(tǒng)計(jì)圖

表1 靜態(tài)指標(biāo)因素分級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

注：在提取過程中按照對(duì)應(yīng)的區(qū)間內(nèi)插值。

2.1.2 動(dòng)態(tài)指標(biāo)體系

將風(fēng)險(xiǎn)分析與新奧法施工量測(cè)體系相結(jié)合，選擇其中必測(cè)項(xiàng)目拱頂沉降和周邊收斂位移作為動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析的1級(jí)指標(biāo)，根據(jù)1級(jí)指標(biāo)的量測(cè)內(nèi)容進(jìn)一步細(xì)分作為2級(jí)指標(biāo)，依據(jù)各級(jí)指標(biāo)相互關(guān)系，建立隧道大變形、坍塌動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)2級(jí)評(píng)估指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)圖，如圖4所示。

在功效系數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，共有4種變量：指標(biāo)數(shù)值(實(shí)際值)越大越好的，為極大型變量；指標(biāo)數(shù)值(實(shí)際值)越小越好的，為極小型變量；指標(biāo)數(shù)值在某一點(diǎn)最好的，為穩(wěn)定型變量；若在某一區(qū)間內(nèi)最好，則為區(qū)間型變量[10]。本研究所涉及的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)均為極小型變量，即指標(biāo)值越小對(duì)事物發(fā)展越有利，風(fēng)險(xiǎn)性越小。該動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的滿意值都取理想狀態(tài)0，而指標(biāo)的不允許值受地層因素影響比較大，不允許值可由隧道施工圖設(shè)計(jì)的圍巖預(yù)留變形量、監(jiān)控量測(cè)規(guī)范、實(shí)際地質(zhì)情況等綜合確定。同時(shí)，介于兩極值間增加圍巖位移預(yù)警值來更好保障工程安全，取拱頂沉降累計(jì)和周邊收斂位移累計(jì)的不允許值2/3為預(yù)警值。本文以云南元蔓高速公路風(fēng)口山隧道為例，給出動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的不允許值、預(yù)警值和滿意值，如表2所示。

圖4 動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系層次圖

表2 動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)的不允許值、預(yù)警值和滿意值

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的指標(biāo)權(quán)重確定

2.2.1 靜態(tài)指標(biāo)權(quán)重確定

采用概率統(tǒng)計(jì)法對(duì)各級(jí)指標(biāo)賦權(quán)重值，根據(jù)圖3的概率統(tǒng)計(jì)，分別對(duì)1級(jí)指標(biāo)和2級(jí)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理。各1級(jí)指標(biāo)的權(quán)重值為該1級(jí)指標(biāo)下2級(jí)指標(biāo)各因素概率總和，各1級(jí)指標(biāo)的權(quán)重值總和為1；某1級(jí)指標(biāo)下各2級(jí)指標(biāo)的權(quán)重值是按該一級(jí)指標(biāo)下各2級(jí)指標(biāo)因素概率之間比例計(jì)算出的，使得某1級(jí)指標(biāo)下各2級(jí)指標(biāo)的權(quán)重值總和也為1。例如1級(jí)指標(biāo)施工因素權(quán)重值為超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、圍巖擾動(dòng)情況、初期支護(hù)及時(shí)性和組織管理影響概率的總和：3.84%+4.32%+9.43%+8.99%=26.58%，即1級(jí)指標(biāo)施工因素權(quán)重值為0.27；1級(jí)指標(biāo)施工因素下2級(jí)指標(biāo)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)圍巖擾動(dòng)情況、初期支護(hù)及時(shí)性和組織管理因素權(quán)重分別為：3.84%/ 26.58%=0.14，4.32%/26.58%=0.16，9.43%/ 26.58%= 0.36，8.99%/26.58%=0.34。各因子在相應(yīng)層次的權(quán)重分配如表3所示。

表3 靜態(tài)指標(biāo)體系權(quán)重分配綜合表

2.2.2 動(dòng)態(tài)指標(biāo)權(quán)重確定

本文采用層次分析法[9]確定各級(jí)指標(biāo)權(quán)重，建立各級(jí)指標(biāo)的層次分析評(píng)判矩陣，在此基礎(chǔ)上計(jì)算出各級(jí)因子的權(quán)重值，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。各因子在相應(yīng)層次的權(quán)重分配如表4所示。

表4 動(dòng)態(tài)指標(biāo)體系權(quán)重分配綜合表

2.3 隧道施工靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型建立

2.3.1 多級(jí)加權(quán)迭代評(píng)價(jià)模型

多級(jí)加權(quán)迭代評(píng)價(jià)模型是基于對(duì)事物風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行全面、深入、系統(tǒng)分析，構(gòu)建多級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，引入加權(quán)平均法進(jìn)行多級(jí)加權(quán)迭代求得其綜合評(píng)價(jià)值，再結(jié)合實(shí)際分析對(duì)其進(jìn)行最終評(píng)判。該方法具有能夠全面地反映風(fēng)險(xiǎn)性的各種影響因素，評(píng)價(jià)結(jié)果能定性的對(duì)風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行科學(xué)、合理、客觀的評(píng)價(jià)。其具體做法如下。

1) 構(gòu)建多級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系：根據(jù)各影響因素的重要程度以及包含關(guān)系構(gòu)建多層次的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。比如：首先根據(jù)重要程度，把一些重要因素作為1級(jí)指標(biāo)如1，2，…，x，然后根據(jù)包含關(guān)系，對(duì)1級(jí)指標(biāo)x進(jìn)一步細(xì)分若干2級(jí)指標(biāo)如x1，x2，…，x，同理，可根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)2級(jí)指標(biāo)進(jìn)一步細(xì)分，直至指標(biāo)能夠?qū)κ挛镲L(fēng)險(xiǎn)性完整地、全面地、系統(tǒng)地反映。

2) 量化最后一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)各因素對(duì)事物風(fēng)險(xiǎn)性影響程度，確立各指標(biāo)百分制量化明細(xì)。

3) 確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，進(jìn)行多級(jí)加權(quán)迭代求得其綜合評(píng)價(jià)值：選擇合適的權(quán)重確定方法，采用加權(quán)平均法從最后一級(jí)指標(biāo)依次迭代，直到計(jì)算完第1級(jí)指標(biāo)為止。

2.3.2 功效系數(shù)評(píng)價(jià)模型

功效系數(shù)評(píng)價(jià)模型[10]是一種用于多目標(biāo)決策及綜合評(píng)價(jià)的定量研究方法，在同度量化基礎(chǔ)上明確多個(gè)評(píng)估指標(biāo)的功效系數(shù)值，并綜合各項(xiàng)功效系數(shù)值，計(jì)算得到綜合評(píng)價(jià)值，進(jìn)而可根據(jù)綜合功效系數(shù)的大小進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。其具體做法如下。

1) 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系：選取最重要、影響力最大的有代表性評(píng)價(jià)指標(biāo)，各項(xiàng)指標(biāo)之間要互補(bǔ)、不能重復(fù)，對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)的狀況能夠最大程度的綜合反映。

2) 確定各項(xiàng)指標(biāo)的滿意值和不允許值：滿意值指根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)利于降低風(fēng)險(xiǎn)的最大值或最小值；不允許值指根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)不利于降低風(fēng)險(xiǎn)的最大值或最小值。

3) 計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的功效系數(shù)值：

式中：X為第(=1,2,…,)個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值；X為第個(gè)指標(biāo)的滿意值；X為第個(gè)指標(biāo)的不允許值；d為第個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的功效系數(shù)值。

4) 確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象的總功效系數(shù)值：

式中：為評(píng)價(jià)對(duì)象的總功效系數(shù)值；為第個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的歸一化權(quán)重系數(shù)。

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果評(píng)定

3.1 靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

結(jié)合大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和被工程界普遍接受的風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則，將多級(jí)加權(quán)迭代法評(píng)價(jià)模型計(jì)算的綜合評(píng)價(jià)值劃分為5個(gè)區(qū)間，隧道大變形、坍塌風(fēng)險(xiǎn)性劃分為極高風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)和安全5個(gè)等級(jí)與之對(duì)應(yīng)，并對(duì)每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)提出相應(yīng)施工建議，建立5級(jí)風(fēng)險(xiǎn)管理體制如表5 所示。

表5 靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

表6 動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

3.2 動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)安全值

根據(jù)功效系數(shù)評(píng)價(jià)模型計(jì)算總功效系數(shù)作為隧道大變形、坍塌動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)價(jià)安全值，安全值的大小反映了當(dāng)前施工狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，其值越大，則表明隧道施工中風(fēng)險(xiǎn)就越小，安全性越高。依據(jù)安全值大小，將其對(duì)應(yīng)的安全值區(qū)間進(jìn)行劃分為5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，如表6所示。當(dāng)安全值低于60或拱頂沉降累計(jì)值、周邊收斂位移累計(jì)值超過預(yù)警值時(shí)，隧道圍巖處于極危險(xiǎn)狀態(tài)需要采取措施加固處理。

4 工程應(yīng)用

云南省元蔓高速公路是云南省“五網(wǎng)”建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目之一，建設(shè)主線中隧道、橋梁較多，風(fēng)口山隧道是其中一座雙向4車道雙連拱隧道，隧道單洞開挖凈寬12.47 m，凈高10.29 m，設(shè)計(jì)車速為80 km/h，全長(zhǎng)515 m。隧道區(qū)屬低中山構(gòu)造剝蝕地貌，地勢(shì)相對(duì)較緩，地表基巖出露較差，地表植被發(fā)育較差，多以耕地及荒山為主，隧道地面高程介于362.7～420.5 m之間，相對(duì)高差約為47.5 m，最大埋深約45 m。隧道區(qū)域上屬元江水系，每逢雨季，大氣降水會(huì)沿著山坡流向溝谷低洼處，季節(jié)和區(qū)內(nèi)降雨對(duì)隧道區(qū)域水量有較大影響。

本文選取風(fēng)口山隧道右洞里程K89+620～K89+600段進(jìn)行大變形、坍塌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，該段圍巖主要為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，多呈碎石狀裂碎結(jié)構(gòu)，巖體自穩(wěn)能力差，屬于Ⅴ級(jí)圍巖。該段隧道斷面支護(hù)的設(shè)計(jì)如圖5所示，采用預(yù)留核心土的上下臺(tái)階法開挖，受雨季影響地下水較豐富，導(dǎo)致圍巖遇水軟化，黏聚力大幅度降低，圍巖變形不易控制，給隧道施工帶來很大影響，因而對(duì)該段進(jìn)行大變形、坍塌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是有必要的。

圖5 隧道斷面支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述風(fēng)口山隧道類型及地質(zhì)情況，結(jié)合擬采用的開挖工法和現(xiàn)場(chǎng)施工組織設(shè)計(jì)對(duì)K89+620～K89+600段進(jìn)行靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，根據(jù)表1的規(guī)則提取相關(guān)指標(biāo)并進(jìn)行打分，如表7所示。根據(jù)表3、表6數(shù)據(jù)代入多級(jí)加權(quán)迭代評(píng)價(jià)模型，評(píng)估的綜合評(píng)價(jià)值為75.5分，屬于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。據(jù)此，對(duì)原設(shè)計(jì)做出變更：將18型工字鋼每榀間距由0.6 m縮短為0.4 m，在原設(shè)計(jì)超前小導(dǎo)管注漿基礎(chǔ)上局部增加直徑為108 mm超前管棚，長(zhǎng)度為4.5 m，環(huán)向間距為30 cm；在初期支護(hù)時(shí)預(yù)留注混凝土孔。

表7 靜態(tài)指標(biāo)因子提取評(píng)分表

圖6 K89+610斷面動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)安全值變化

通過對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)段的監(jiān)控量量測(cè)，選取最大變形斷面K89+610的監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，將每天的量測(cè)數(shù)據(jù)代入功效系數(shù)評(píng)價(jià)模型，得到該斷面動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)安全值變化，如圖6所示。該斷面從第5 d到第6 d安全值快速下降，到第11 d時(shí)安全值低于60，但此時(shí)拱頂沉降累計(jì)值和周邊收斂位移累計(jì)值還均未達(dá)到預(yù)警值，施工單位緊急暫停掌子面開挖，采取措施進(jìn)行加固：在局部變形較大部位打入直徑為42 mm小導(dǎo)管注漿，長(zhǎng)為4.5 m，間距為1 m，梅花型布置，采用1:1水泥漿進(jìn)行注漿，注漿壓力為1～0.5 MPa，同時(shí)在預(yù)留的孔注入C30混凝土。第14 d安全值在89附近波動(dòng)，圍巖變形趨于穩(wěn)定，大變形處理及時(shí)措施得當(dāng)避免了坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)論

1) 將多級(jí)加權(quán)迭代法和功效系數(shù)法應(yīng)用到隧道大變形、坍塌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，構(gòu)建了山嶺隧道施工靜態(tài)和動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。在靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)定性評(píng)估的基礎(chǔ)上，將每天監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)代入模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)定量評(píng)估，確保隧道風(fēng)險(xiǎn)時(shí)時(shí)處于可控中。

2) 通過搜集和整理我國(guó)300余座隧道大變形、坍塌案例，統(tǒng)計(jì)分析出地質(zhì)因素、設(shè)計(jì)因素和施工因素為主要風(fēng)險(xiǎn)影響因素，這些主要因素細(xì)分為15項(xiàng)作為靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)的各指標(biāo)因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件的影響概率確定靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析各指標(biāo)的權(quán)重；選取監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目作為動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并采用AHP法確定動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析各指標(biāo)的權(quán)重；構(gòu)建了山嶺隧道施工期完整的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系以及客觀公正的各指標(biāo)權(quán)重，使得評(píng)估結(jié)果更加符合工程實(shí)際。

3) 將該靜態(tài)與動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法應(yīng)用于風(fēng)口山隧道，對(duì)該隧道右線K89+620～K89+600進(jìn)行大變形、坍塌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；施工前的靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，對(duì)原有支護(hù)設(shè)計(jì)做出變更；在施工中結(jié)合監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，評(píng)估安全值低于60時(shí)，施工單位緊急暫停掌子面開挖，及時(shí)對(duì)大變形圍巖進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，避免了隧道塌方災(zāi)害的發(fā)生。評(píng)估結(jié)果符合現(xiàn)場(chǎng)開挖情況，證實(shí)了該評(píng)估模型的有效性和實(shí)用性，對(duì)隧道安全施工有一定指導(dǎo)意義。

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Static and dynamic risk assessment method of mountain tunnel during construction period and its application

ZHANG Yanjie1, YANG Xiaobing1, REN Mengde2, ZHANG Jiawei1, LIU Tao1, ZHANG Honggang1

(1. Yunnan Construction and Investment Foundation Engineering Co., Ltd., Kunming 650000, China;2. School of Civil Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China)

In order to make timely and accurate judgement on tunnel construction risk, so that corresponding engineering measures can be taken to prevent the occurrence of large deformation and collapse of the tunnel, the multi-level weighted iterative method and the efficiency coefficient method were applied to evaluate tunnel risk qualitatively and quantitatively, and the static and dynamic risk assessment model of the tunnel was established. Based on the statistical analysis of more than 300 cases of large deformation and collapse of tunnels in China, the static risk assessment index system was established with geological, design and construction factors as the index, and the index scoring stander was formulated. In addition, the dynamic risk assessment indexes were determined by combining risk analysis with monitoring measurement. Based on the analysis of risk factors and monitoring measurement, the model was used to evaluate the risk of the Fengkoushan tunnel. The results show that the evaluation results are consistent with the practical situation. And the method is effective and practical. It provides a new research idea and experience for the risk assessment of the mountain tunnel construction.

mountain tunnel; multi-level weighted iterative method; efficacy coefficient method; static and dynamic risk assessment

TU547

A

1672 ? 7029(2020)10 ? 2703 ? 08

10.19713/j.cnki.43?1423/u.T20191182

2019?12?28

國(guó)家十三五重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFC0804601)；國(guó)家自然科學(xué)基金地區(qū)項(xiàng)目(51764020)

張延杰(1989?)，男，山東菏澤人，博士，從事巖土工程理論及隧道施工方面研究工作；E?mail：yanjie_tm@163.com

(編輯 陽(yáng)麗霞)