多层次模糊综合评价法在复杂岩溶隧道施工安全风险评估中的应用

肖帅

关键词：多层次模糊综合评价法；岩溶隧道；风险评估；风险管控

随着我国社会经济的快速发展和高速公路建设水平的不断提高，公路建设逐步从平原地区向山区发展。山区是地质构造活动区，一般存在滑坡、泥石流、崩塌、岩溶、采空区、断层等多种不良地质现象，导致隧道施工难度增大，风险管控形势严峻[1]。目前，风险评估领域采用的评估方法有多种，针对高速公路建设行业的隧道施工主要以交通运输部的风险评估指南[2-3]为依据，开展总体风险评估和专项施工风险评估，对风险进行评级，实现分级管控。该方法是基于风险矩阵法和指标体系法，根据隧道施工的风险特点以及类似工程事故情况，进行风险源普查，并针对其中的重大风险源进行量化估测，提出相应的风险控制措施。近年来，多层次模糊综合评价法被广泛运用于交通运输[4]、煤矿安全[5]、移动通信[6]、水利建设、投资风险等领域。层次分析法可以有效地对影响评估目标的风险因素进行定量化分析，并比较各因素的权重大小；模糊评价法可以通过数值量化隧道施工中潜在的各种风险因素。两者的结合应用可以为多因素、多层次的复杂隧道风险管控提供依据。本研究基于多层次模糊综合评价法建立评估模型，对张桑高速公路的黄香湾隧道岩溶区段进行施工安全风险评估。

1 多层次模糊综合评价法

多层次模糊综合评价法是层次分析法和模糊综合评价法的结合，其评估思路为：首先，将复杂风险问题分解为若干层次和若干要素，建立多层次目标风险集及评价集；其次，应用层次分析法对同一层次的各要素进行比较、判断和计算，得到各因素的权重向量；最后，建立模糊综合评价矩阵，按照最大隶属原则，对照评价集确定风险评价结果。

1.1 风险因素识别

隧道施工安全风险因素识别主要基于物的不安全状态，从事故类型的角度进行分析，主要从坍塌、涌水突泥、瓦斯爆炸事故3个方面建立隧道风险指标子系统，形成风险评价层次指标，如表1所示。

1.2 层次分析法

层次分析法是按照一定规律将评估过程层次化、数量化，是一种针对目标进行评估的方法，从层次结构的第二层开始，对从属于上一层某个因素的同层诸因素，用1～9标度法构造比较判断矩阵，将判断矩阵的元素按行相乘，所得乘积开n次方根，将方根向量归一化，得到矩阵的排序权值wi。

2 工程应用实例

2.1 隧道概况

黄香湾隧道为左、右分离式隧道。隧道左线全长3 209 m，起止桩号为ZK12+896～ZK16+105；右线全长3 200 m，起止桩号为K12+887～K16+087；属特长隧道，最大埋深约350 m。进口采用端墙式洞门，出口采用贴壁进洞。该隧道左洞掌子面桩号ZK13+215处有一大型溶洞，溶洞向右前方延伸。该溶洞发育桩号范围为ZK13+215～ZK13+330段，沿线路走向长约115 m，横向宽13～45 m，底板发育标高354～374 m，顶板发育标高383～392 m，最大洞高约38 m。本隧道岩溶发育段大部分位于左右洞中间范围。

2.2 确定指标权重

结合该岩溶区段的地质特点，构造各风险因素之间的比较判断矩阵，并根据判断矩阵计算得到各风险因素的权重值，如表2所示。

2.3 风险模糊估计与评价

针对隧道的施工特点，选用专家经验法进行风险概率估计和风险损失估计，如表3所示。

根据表3的第二层风险因素评价指标，综合表4的风险因素权重，得到第二层风险因素模糊综合评价指标，采用加权平均法计算得到风险水平值，最终确定第一层的风险水平计算值和风险评价等级。

3 岩溶隧道施工安全风险控制

根据黄香湾隧道岩溶区段的施工安全风险评估结果，对第二层的风险因素评价结果进行分析可知，该隧道坍塌事故和涌水突泥的施工风险等级较高，达到了四级，属于不可接受风险，各参建单位应研究决策方案，制定施工控制和预警措施；综合考虑单因素风险评价结果可以看出，影响该隧道坍塌和涌水突泥事故的风险因素主要是地质水文条件和施工工艺，建议施工方重点采取以下风险控制技术保障措施。

（1）施工时加强地质超前预报，了解不良地质的分布、性质、状态以及规模。通过超前地质预报，利用一定的技术和手段，收集地下工程所在岩土体的相关信息，运用相应的理论和规律对这些资料和信息进行分析、研究，对施工掌子面前方岩土体情况、不良地质体的工程部位及成灾可能性作出解释、预测和预报，从而有针对性地进行隧道施工。

（2）加强初期支护并采取正确的施工方法。在岩溶区围岩地段，根據地质情况采用正确的开挖方法，如台阶法、双侧壁导坑法等，确保初期支护质量，制定一整套的防坍塌技术措施，包括超前支护、加强初期支护、监控量测、二次衬砌紧跟等，并执行严格的施工工序，各工序应紧密衔接。

（3）根据破碎带岩性、破碎程度及地下水情况，及时采用超前小导管、拱部大管棚、超前局部注浆、揭示前5 m超前周边注浆及揭示前5 m超前帷幕注浆预加固进行封堵，以加固地层、降低地下水对围岩的不利影响。

（4）加大管理力度，按要求配备专职安全管理人员，对重大风险源的施工做好管控工作和全程旁站；做好涌水突泥、坍塌事故应急救援预案的编制、演练工作。

4 结语

在隧道施工安全风险评估中应用多层次模糊分析法，能对整个隧道施工开展更系统的安全风险评价，量化影响隧道施工安全的主要风险因素，并为隧道施工建设提供更有力的技术支持，使施工组织设计具备更科学的理论依据。