李朝陽，王迎超，劉洋，焦慶磊，王密田，張野

(1.中國礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國家重點實驗室，江蘇徐州，221116；2.中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木工程學(xué)院，江蘇徐州，221116)

自21 世紀以來，我國隧道的建設(shè)規(guī)模和總量已位居世界首位，且呈逐年加快遞增的趨勢[1]，因此，對在建、擬建隧道進行相關(guān)風(fēng)險管控具有重要意義。突水突泥作為隧道工程建設(shè)中最具威脅的災(zāi)害之一，常伴隨著涌砂[2]、塌方[3]、冒頂[4]等現(xiàn)象，一旦發(fā)生將會造成施工人員傷亡，工期中斷或延長，并產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。近年來，人們針對隧道突水突泥這一難題提出了不同的方法與理論來進行危險性評估，如層次分析法[5]、屬性區(qū)間評價理論[6]、集對分析法[7]、理想點法[8]、直覺模糊集法[9]、正態(tài)云模型[10]以及在膨脹土脹縮性評價[11]中運用的功效系數(shù)法[12]等，且均取得了一定的效果。但由于隧道突水突泥致災(zāi)因素多變，評價指標(biāo)體系的建立與賦權(quán)存在缺陷，且單指標(biāo)評定等級互不相容，目前的研究中仍然存在以下2類問題：1)上述對隧道突水突泥危險性評估的研究主要局限于巖溶類、斷層類[13]致災(zāi)構(gòu)造，據(jù)不完全統(tǒng)計[14]，此2 類致災(zāi)構(gòu)造所造成的隧道突水突泥災(zāi)害高達77%。其他原因所造成的隧道突水突泥事故雖然較少，但災(zāi)害規(guī)模也不容忽視，如侵入接觸型致災(zāi)構(gòu)造。關(guān)于此類隧道突水突泥的危險性評估還鮮有報道，所以有必要對此展開研究。2)在評價指標(biāo)賦權(quán)方面，上述研究中所提出的方法均是基于常權(quán)理論。無論待評指標(biāo)的狀態(tài)值發(fā)生了多大的變化，權(quán)重總是一成不變，這與實際情況不符，所以，應(yīng)在賦權(quán)時引入變權(quán)理論。針對此類多指標(biāo)危險性評估中單一指標(biāo)評定等級互不相容的問題，通過靶心貼近度法來構(gòu)造相應(yīng)的關(guān)聯(lián)函數(shù)可以得到有效解決，且計算簡單，易于理解。本文將變權(quán)理論與靶心貼近度法相結(jié)合，對侵入接觸型隧道突水突泥進行風(fēng)險評估，基于變權(quán)靶心貼近度法構(gòu)造相關(guān)的均衡函數(shù)與關(guān)聯(lián)函數(shù)，對工程樣本進行獨立的變權(quán)賦權(quán)與靶心貼近度計算，使評估結(jié)果更接近工程實際結(jié)果。

1 變權(quán)靶心貼近度理論模型

1.1 狀態(tài)變權(quán)原理

為克服常權(quán)理論中權(quán)重固定不變的缺陷，避免風(fēng)險評估時“危險指標(biāo)”被“安全指標(biāo)”中和[15]，李洪興[16]在變權(quán)原理的基礎(chǔ)上，基于空間因素理論提出了狀態(tài)變權(quán)向量的構(gòu)建，分別為懲罰型、激勵型和混合型狀態(tài)變權(quán)向量。其主要思想是通過構(gòu)建均衡函數(shù)，根據(jù)待評指標(biāo)所處的狀態(tài)去改變該指標(biāo)的權(quán)重，對處于危險狀態(tài)的指標(biāo)進行激勵，使其權(quán)重增大，對安全狀態(tài)下的指標(biāo)進行懲罰并縮小其權(quán)重。

1.1.1 混合型狀態(tài)變權(quán)向量的定義［16］

給定映射:

D:[0,1]n→[0,+∞]n,X|→D(X)={D1(X),…,Dn(X)}，稱D(X)為一個n維混合型狀態(tài)變權(quán)向量，如果對?k∈In，In={1,2,…,n}，?a,b,c∈(0,1)，且a

1)均衡函數(shù)Dk(X)在區(qū)間[0,a]為單調(diào)遞減，在區(qū)間[a,b]為常數(shù)，在區(qū)間[b,c]為單調(diào)遞增，且Dk(X)>0。

2)當(dāng)xk為a，b和c時，Dk(X)連續(xù)；

4)變權(quán)向量C(X)滿足歸一性，連續(xù)性，單調(diào)性。當(dāng)Dk(X)關(guān)于所有變量均連續(xù)時，稱D(X)為懲罰-激勵狀態(tài)變權(quán)向量[17-18]。

1.1.2 均衡函數(shù)的構(gòu)建［19］

由式(1)可知：變權(quán)向量C(X)即為常權(quán)向量C0與狀態(tài)變權(quán)向量D(X)的量綱一乘積，而狀態(tài)變權(quán)向量構(gòu)建是否合理取決于均衡函數(shù)。常見的懲罰?激勵狀態(tài)有強懲罰、弱懲罰，不懲罰?不激勵，強激勵、弱激勵，在構(gòu)造均衡函數(shù)時，通過確定具體的懲罰?激勵狀態(tài)分布來確定相應(yīng)的分段函數(shù)。在此，以弱懲罰?強激勵為例，給出詳細的均衡函數(shù)：

式中：b1，b2和b3為變權(quán)區(qū)間閾值；g，a1，a2和a3為調(diào)權(quán)參數(shù)[20]；k1和k3分別分段區(qū)間內(nèi)相對懲罰與激勵的幅度，

1.2 靶心貼近度法［21］

靶心貼近度法的原理是通過構(gòu)造一種單指標(biāo)區(qū)間關(guān)聯(lián)函數(shù)，將函數(shù)最大值作為樣本的靶心坐標(biāo)，通過計算樣本對各評價類靶心的貼近度，來對樣本進行等級分類。

1.2.1 區(qū)間關(guān)聯(lián)函數(shù)

根據(jù)文獻[21]，可得關(guān)聯(lián)函數(shù)：

式中：zmn為第m個樣本在第n個指標(biāo)下的屬性值；評價類別數(shù)為d，可分d個子區(qū)間，即為第m個對象在第n個指標(biāo)下關(guān)于第l個評價類(區(qū)間)的關(guān)聯(lián)函數(shù)。

關(guān)聯(lián)函數(shù)值反映了屬性值與分類區(qū)間的中點之間的距離。Ymnl>0，Ymnl=0和Ymnl<0分別表示屬性值在分類區(qū)間的內(nèi)部、邊界和外部。

1.2.2 靶心貼近度法原理［22］

單指標(biāo)區(qū)間關(guān)聯(lián)函數(shù)的最大值Ymn即為評價對象的靶心坐標(biāo)，則第m個樣本的靶心可以表示為(Ym1,Ym2,…,Ymr)。設(shè)第m個評價樣本關(guān)于第l個評價類的靶心貼近度Uml為

式中：r為指標(biāo)總數(shù)；Cmn為第m個樣本中第n個指標(biāo)的變權(quán)權(quán)重。由式(7)可知：若，則第m個樣本等級分類為l*。

2 侵入接觸型隧道突泥涌水危險性評價指標(biāo)體系的建立

侵入接觸型隧道突泥涌水主要是火成巖侵入隧道圍巖，形成蝕變接觸帶，接觸帶內(nèi)巖體易遇水軟化、崩解或是在風(fēng)化作用下巖體物理力學(xué)性質(zhì)劣化而造成的，此類隧道往往先發(fā)生大規(guī)模的突泥，而后產(chǎn)生突涌水現(xiàn)象，相對于突泥來說，突水具有一定的滯后性。本文作者參考文獻[23]，結(jié)合侵入接觸型致災(zāi)構(gòu)造的發(fā)育特點，選取了被侵入圍巖透水性、侵入巖體產(chǎn)狀、接觸帶巖體軟化性、地下匯水空間構(gòu)造有利程度、地下水位、施工措施合理程度、接觸帶風(fēng)化程度這7個評價指標(biāo)。

2.1 侵入接觸型隧道突水突泥危險性分級標(biāo)準(zhǔn)

目前，人們對隧道突水突泥災(zāi)害分級標(biāo)準(zhǔn)進行了一定研究，“鐵路隧道風(fēng)險評估與管理暫行規(guī)定”[24]將事故等級分為4級，李集等[25]將涌突規(guī)模、環(huán)境影響損失也考慮在風(fēng)險后果內(nèi)。本文根據(jù)侵入接觸型隧道突水突泥災(zāi)害發(fā)生的特點，將塌方等災(zāi)害考慮在內(nèi)，采用定量指標(biāo)(突水量、經(jīng)濟損失)和定性描述(伴生災(zāi)害)相結(jié)合對危險性分級進行描述，取單項災(zāi)害后果等級較高者來進行等級評定，共分為4個等級，其中，Ⅰ級最強，Ⅳ級最弱，具體見表1。

2.2 侵入接觸型隧道突水突泥危險性評價指標(biāo)體系

2.2.1 被侵入圍巖的透水性(A1)

被侵入圍巖的透水性決定了整個接觸帶內(nèi)的富水部位以及富水程度。若圍巖為強透水巖層，則火成巖的侵入很可能會導(dǎo)致接觸帶內(nèi)形成富水區(qū)域，繼而隧道開挖至此極易引發(fā)突水突泥災(zāi)害[14]?，F(xiàn)根據(jù)巖石的滲透系數(shù)，按照GB50487—2008“水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范”，對被侵入圍巖的透水性進行危險性分級，見表2。

2.2.2 侵入巖體產(chǎn)狀(A2)

侵入巖體產(chǎn)狀分整合侵入和不整合侵入2 類。在侵入接觸型隧道致災(zāi)構(gòu)造中不整合侵入較為常見，主要是指侵入巖沿斜向侵入圍巖，有巖基、巖脈(巖墻)、巖枝等形態(tài)。通過侵入巖體與被侵入圍巖的接觸面形態(tài)特征，可確定巖層傾角，以此來表征巖體產(chǎn)狀。根據(jù)文獻[6]對侵入巖體產(chǎn)狀進行量化分級，見表3。

2.2.3 接觸帶巖體基本質(zhì)量指標(biāo)(A3)

由于侵入接觸型致災(zāi)構(gòu)造發(fā)生涌突災(zāi)害時多以突泥伴隨突水，且突泥規(guī)模相對大于突水規(guī)模，巖體遇水軟化、崩解是形成大規(guī)模突泥的物質(zhì)基礎(chǔ)。判定圍巖等級所依據(jù)的巖體基體質(zhì)量指標(biāo)A3，可以定量地反映巖體的完整性和堅硬程度。圍巖應(yīng)力重分布一般按照6倍洞徑來考慮，當(dāng)整個接觸帶的深度大于6倍洞徑時，則應(yīng)該考慮圍巖之外巖體的基本質(zhì)量指標(biāo)A3，按照所占深度的比例進行調(diào)和。本文根據(jù)巖體基本質(zhì)量指標(biāo)A3來進行危險性分級，分級區(qū)間為圍巖等級，見表4。

2.2.4 地下匯水空間構(gòu)造有利程度(A4)

由于侵入巖與被侵入巖在巖層產(chǎn)狀、起伏程度、滲透性等方面相差過大，故在接觸帶內(nèi)部極易形成較大體積的匯水空間。匯水空間構(gòu)造可體現(xiàn)隧道與水文條件和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系，隨著地下水的匯集，會對周圍巖體產(chǎn)生水壓力，在開挖擾動的影響下，裂隙的進一步貫穿會導(dǎo)致承壓水向圍巖滲入，使得圍巖自身質(zhì)量增大、易于軟化和膨脹，進而引發(fā)突泥、塌方等地質(zhì)災(zāi)害。并且在突泥塌方過后，匯水空間就成為大規(guī)模突水的涌突通道?，F(xiàn)根據(jù)地下匯水空間構(gòu)造與隧道的空間位置，按照匯水空間構(gòu)造對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響進行危險性分級，依次為非常不利、不利、一般、有利。

2.2.5 地下水位(A5)

考慮到降雨通過地表與地下的水力聯(lián)通來增加地下水位的高程，本文以地下水位與隧道底板間的高差h來表征隧道內(nèi)水體災(zāi)害源的危險程度[6]。

2.2.6 施工措施合理程度(A6)

隧道的開挖擾動會促進圍巖節(jié)理裂隙的擴展，為地下水入滲提供通道。不合理的施工措施往往是誘發(fā)隧道突水突泥的直接原因，因此，本文以施工措施的合理程度來對隧道開挖擾動進行定性分級，依次為極不合理、不合理、基本合理、合理。

2.2.7 接觸帶巖體風(fēng)化程度（A7）

接觸帶巖體風(fēng)化程度從微風(fēng)化到全風(fēng)化依次可分為4個等級。當(dāng)圍巖處于全風(fēng)化時，巖體呈散粒狀，自穩(wěn)能力極差，極易引發(fā)大規(guī)模涌突災(zāi)害，并且伴隨著地表開裂、下沉、塌陷等災(zāi)害現(xiàn)象[28]。

表1 隧道突水突泥危險性分級標(biāo)準(zhǔn)[6]Table 1 Fatalness grading standards of water or mud inrush in tunnel[6]

表2 巖石滲透性分級標(biāo)準(zhǔn)[26]Table 2 Grading standards of rock permeability[26]

表3 侵入巖體產(chǎn)狀危險性分級標(biāo)準(zhǔn)[6]Table 3 Grading standards of occurrence of intrusive rock[6]

表4 巖體基本質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)[27]Table 4 Grading standards of BQ[27]

2.3 侵入接觸型隧道突水突泥危險性評價指標(biāo)量化處理

參評指標(biāo)為定性描述指標(biāo)與定量分析指標(biāo)。由于均衡函數(shù)中自變量的取值范圍為0～1，定性描述則按照Ⅰ級((0.8～1.0])、Ⅱ級([0.5～0.8))、Ⅲ級([0.3～0.5))、Ⅳ級([0～0.3))的對應(yīng)關(guān)系，進行專家打分。例如，若專家認為施工措施極不合理，則在0.8～1.0 范圍內(nèi)給出合適的分值。為避免各專家打分的偶然性，在統(tǒng)計時，去除最高分和最低分后取均值。為方便后續(xù)計算，定量指標(biāo)采用線性內(nèi)插的方法，使其結(jié)果映射到[0～1]之間。針對分級區(qū)間只有單側(cè)界限的指標(biāo)，如地下水位的Ⅰ級(h>60 m)和Ⅳ級(h<0 m)，則根據(jù)相鄰區(qū)間的線性比例來進行計算，即當(dāng)h≥90 m時，取值為1，當(dāng)h≤?30 m時，取值為0，但此類情況一般不會出現(xiàn)，所以，在量化分級時不做過多考慮。分級標(biāo)準(zhǔn)見表5。

2.4 計算流程

采用專家打分法對所選工程樣本進行量化處理，通過層次分析法計算7個待評指標(biāo)的常權(quán)權(quán)重，然后構(gòu)造均衡函數(shù)并結(jié)合專家打分結(jié)果，運用式(1)計算各樣本的變權(quán)權(quán)重，通過式(6)和(7)可分別計算出樣本的靶心坐標(biāo)以及靶心貼近度，最后根據(jù)靶心貼近度來判別樣本所處危險性等級?；谧儥?quán)靶心貼近度法對侵入接觸型隧道突泥涌水進行危險性評估的計算流程如圖1所示。

3 工程實例驗證

3.1 依托工程概況

雙豐隧道[29]作為牡綏線(牡丹江-綏芬河)控制性工程，位于黑龍江省鐵力市，全長7 237 m，其中穿越第三系砂泥巖長達2.3 km，其中砂泥巖Ⅴ級圍巖隧道的設(shè)計斷面高為11.7 m，寬為13.66 m。隧址區(qū)內(nèi)地層上層為玄武巖，下層為花崗巖、安山玢巖，中部為第三系砂泥巖，成巖極差。隧道洞身穿越安山玢巖與第三系泥巖接觸帶，接觸帶極易富水，在開挖擾動影響下極易引發(fā)突泥涌水。

表5 各評價指標(biāo)量化分級標(biāo)準(zhǔn)[5?10]Table 5 Grading standards of evaluation indexes[5?10]

圖1 危險性評估模型計算流程圖Fig.1 Flow chart of model for risk assessment

本文采用建立的變權(quán)靶心貼近度模型對隧道2號斜井正洞DK466+565～DK466+710段進行隧道突泥涌水危險性評估。

3.2 確定評價指標(biāo)量測值

1)被侵入圍巖的透水性。被侵入圍巖主要為頂部的第三系泥質(zhì)砂巖和洞身段的第三系泥巖，頂部圍巖滲透系數(shù)為0.053 8～0.065 1 m/d。洞身段圍巖的試驗數(shù)據(jù)見表6?？梢?，泥質(zhì)砂巖屬于微弱透水，泥巖透水性極微，經(jīng)綜合考慮，確定圍巖透水性為微弱。

2)侵入巖產(chǎn)狀。隧址區(qū)內(nèi)巖層為安山玢巖侵入，并與泥質(zhì)砂巖和泥巖形成接觸帶，如圖2 所示。由圖2可知此次侵入規(guī)模較大，且安山玢巖巖層陡傾，可確定巖層傾角為45°～65°。

表6 第三系泥巖試驗數(shù)據(jù)[30]Table 6 Experimental data of tertiary mudstone[30]

圖2 DK466+565處巖層構(gòu)造簡圖[30]Fig.2 Structural diagram of DK466+565 strata[30]

3)接觸帶巖體基本質(zhì)量指標(biāo)?，F(xiàn)場圍巖分級為Ⅴ級，具體基本質(zhì)量指標(biāo)值未知。隧道拱頂以上[10,12)m為泥巖，[12,27]m為泥質(zhì)砂巖，相當(dāng)于接觸帶的厚度約為27 m，參照隧道斷面設(shè)計尺寸，可認為接觸帶的厚度小于6倍洞徑，可以按照圍巖分級結(jié)果來對接觸帶巖體質(zhì)量進行賦值。

4)地下匯水空間構(gòu)造有利程度。由圖2 可知：隧道拱頂上部存在凹槽型的匯水空間，這是安山玢巖巖層起伏過大造成的。匯水空間附近存在大量泥巖，極易遇水軟化、膨脹，造成隧道拱頂壓力大幅度提高。據(jù)此可判定此處的匯水空間構(gòu)造極不利于隧道圍巖穩(wěn)定。

5)地下水位。據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶仲Y料，當(dāng)年7月和8月降水量達302 mm，占全年60%，且隧址區(qū)內(nèi)主要依靠大氣降水和地下徑流補給，安山玢巖和泥巖接觸帶形成凹槽，易于儲水，整體處于強富水狀態(tài)，水頭高度達60 m[30]。

6)施工措施合理程度。隧道采用爆破開挖，易造成圍巖松動，形成松弛圈。由于現(xiàn)場人員對地質(zhì)情況認識不足，隧道開挖至DK466+565 處，僅按照Ⅴ級圍巖采取支護措施，未考慮防、排水措施。

7)接觸帶巖體風(fēng)化程度。接觸帶由3種巖體組成，安山玢巖處于弱風(fēng)化狀態(tài)，而泥巖與泥質(zhì)砂巖互層屬于強風(fēng)化狀態(tài)。

根據(jù)工程水文與地質(zhì)條件，邀請專家針對所選的7個指標(biāo)進行量化打分，見表7。

表7 各指標(biāo)量化評分Table 7 Quantitative score of 7 indexes

3.3 模型計算與開挖驗證

3.3.1 常權(quán)權(quán)重的確定

常權(quán)權(quán)重的計算采用層次分析法計算，判斷矩陣構(gòu)造見表8。

表8 判斷矩陣構(gòu)造Table 8 Judgment matrix

常權(quán)權(quán)重具體計算步驟見文獻[5]，結(jié)果如下：C0=(0.106,0.046,0.350,0.070,0.159,0.032,0.237)；，其中RCR為一致性比率，ICI為定義的一致性指標(biāo)，IRI為平均隨機一致性指標(biāo)，當(dāng)RCR<0.1 時，表示判斷矩陣的一致性是可以接受的。根據(jù)計算結(jié)果，所構(gòu)造的判斷矩陣的一致性是可以接受的。

3.3.2 均衡函數(shù)的確定

懲罰?激勵狀態(tài)的具體分布為弱懲罰、不懲罰不激勵、弱激勵、強激勵4個階段，分別對應(yīng)4個危險性等級的劃分。調(diào)權(quán)參數(shù)g代表不懲罰不激勵時均衡函數(shù)的最小取值[31]，在此取為0.3；k1取0.5，代表強激勵調(diào)整幅度為弱激勵調(diào)整幅度的2倍；k2取0.667，代表弱激勵幅度為弱懲罰幅度的1.5 倍；依據(jù)式(3)～(5)，a1，a2和a3依次為2.22，3.33和1.682，均衡函數(shù)表達式如下：

3.3.3 變權(quán)權(quán)重的確定和靶心貼近度的計算

由式(8)和表7可計算出所選樣本的每一個評價指標(biāo)的均衡函數(shù)值，結(jié)合式(1)和已經(jīng)得出的常權(quán)權(quán)重可確定變權(quán)權(quán)重，見表9。然后，結(jié)合式(6)～(7)，可計算出該工程樣本分別對4個危險性等級的靶心坐標(biāo)及靶心貼近度，按照最大隸屬度原則來進行最終的等級確定，并與樣本在常權(quán)權(quán)重的計算結(jié)果進行對比，見表10和表11。

3.3.4 開挖驗證與災(zāi)害原因分析

2013?09?23，雙豐隧道2 號斜井正洞開挖至DK466+565處[30]發(fā)生大規(guī)模突泥涌水，突泥量達7 500 m3，正洞涌水量在穩(wěn)定后仍高達5 000 m3/d，拱頂處支撐鋼架折斷，符合文中對Ⅰ級危險性事故的定義。早在2012?06?28—2012?07?07[32]，當(dāng)隧道挖至2 號斜井DK466+608 處時，也曾發(fā)生過大規(guī)模突泥涌水災(zāi)害，涌泥量高達5 000 m3，多次發(fā)生涌水，穩(wěn)定后涌水量高達2 600 m3/d左右。

表9 變權(quán)權(quán)重計算結(jié)果Table 9 Calculation of result variable weight

表10 靶心坐標(biāo)計算結(jié)果Table 10 Calculation of coordinate of target center

表11 靶心貼近度計算結(jié)果Table 11 Calculation of the degree of target approaching

基于變權(quán)靶心貼近度評價結(jié)果與現(xiàn)場開挖結(jié)果完全吻合，證明了本模型對于侵入接觸型致災(zāi)構(gòu)造進行危險性評估的可行性與準(zhǔn)確性。大規(guī)模突泥涌水是多因素共同導(dǎo)致的結(jié)果，主要是因為隧址區(qū)內(nèi)具有豐富的突泥涌水物質(zhì)基礎(chǔ)。拱頂泥巖遇水軟化、崩解是引發(fā)大規(guī)模突泥的關(guān)鍵因素，而由接觸帶內(nèi)的巖體構(gòu)造運動所形成的儲水空間及滲水通道和地下富水狀況則提供了發(fā)生突水的可能性。不合理的施工措施以及開挖擾動致使拱頂圍巖形成松弛圈，進而裂隙擴張，造成拱頂防突結(jié)構(gòu)的破壞與失穩(wěn)，最終導(dǎo)致大規(guī)模涌突災(zāi)害。根據(jù)變權(quán)權(quán)重的計算結(jié)果可知，此工程樣本中接觸帶巖體基本質(zhì)量指標(biāo)、巖體風(fēng)化程度、地下水位3個因素占比高達70.2%，證明了強災(zāi)害源對于隧道突泥涌水危險性評估的重要性，可據(jù)此進一步指導(dǎo)設(shè)計防災(zāi)措施，規(guī)避風(fēng)險。

3.4 模型分析

通過分析表8和表9可知：在均衡函數(shù)確定的情況下，變權(quán)權(quán)重相對于常權(quán)權(quán)重的增減取決于該影響因素的取值在整體影響因素取值中的水平。比如，表8中A1，A5和A7指標(biāo)的取值均處于弱激勵區(qū)間，但這3個因素的變權(quán)權(quán)重相比于常權(quán)權(quán)重只有A5的權(quán)重增加了0.01。原因在于，整體因素的取值水平都處于弱激勵和強激勵區(qū)間，變權(quán)權(quán)重之和仍為1，則此消彼長，取值較大的因素相對權(quán)重增幅較大，而取值較小的因素相對權(quán)重降幅較大。

表11 中，分別按照常權(quán)權(quán)重與變權(quán)權(quán)重對靶心貼近度進行計算，常權(quán)靶心貼近度的計算結(jié)果為Ⅱ級，變權(quán)靶心貼進度的計算結(jié)果介于Ⅰ級與Ⅱ級之間，稍偏向于Ⅰ級。在實際開挖情況中，突水量未達到Ⅰ級災(zāi)害規(guī)模，但突水之前發(fā)生了大規(guī)模突泥災(zāi)害，突泥量達到7 500 m3。所以，實際災(zāi)害后果符合本文對Ⅰ級危險性事故的定義，證明了所構(gòu)造的均衡函數(shù)和變權(quán)模型的可靠性和準(zhǔn)確性，并可以減小由常權(quán)權(quán)重帶來的計算誤差。

圖3所示為A3～A6這4個因素對評估結(jié)果的影響。圖中，橫坐標(biāo)為各評價指標(biāo)的取值，參照專家量化評分結(jié)果，橫坐標(biāo)取為[0.65～0.85]；縱坐標(biāo)(UⅠ/UⅡ)為對Ⅰ級的靶心貼近度與對Ⅱ級的靶心貼近度的比值，該值大于1 則說明評估結(jié)果為Ⅰ級。由表11 可知：所選工程樣本的UⅠ/UⅡ為1.081。隧道涌突災(zāi)害往往由災(zāi)害源、涌突通道、防突結(jié)構(gòu)3部分共同作用引發(fā)，接觸帶巖體基本質(zhì)量指標(biāo)A3和地下水位A5可體現(xiàn)隧道突泥涌水的災(zāi)害源強弱，地下匯水空間構(gòu)造A4可代表大規(guī)模突水時的涌突通道，施工措施合理程度A6可代表外力對防突結(jié)構(gòu)的破壞程度。圖3中折線斜率代表該因素對評估結(jié)果的影響程度，斜率越大說明影響越深，斜率按從大到小排序，依次為A5>A3>A4>A6，可認為對于雙豐隧道DK466+565 處突泥涌水危險性評估來說，災(zāi)害源的致災(zāi)效果最為強烈，其次為涌突通道，再次為防突結(jié)構(gòu)破壞。據(jù)此，可開展相應(yīng)的整治措施，而實際工程中所采用的防災(zāi)措施依次為超前注漿加固、超前錨固支護、泄水降壓、改爆破施工為三臺階臨時仰拱加中立柱[32]，說明針對計算結(jié)果的分析對后續(xù)施工能起到一定的指導(dǎo)作用。

圖3 各因素對評估結(jié)果的影響Fig.3 Impact of various factors on assessments results

4 結(jié)論

1)本文將變權(quán)理論與靶心貼近度法相結(jié)合，應(yīng)用于侵入接觸型隧道突泥涌水危險性評估，通過選取地下匯水空間構(gòu)造有利程度、接觸帶巖體風(fēng)化程度等新型指標(biāo)，從多方面考慮，制定突水突泥危險性分級標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建了新的評價指標(biāo)體系。本文計算結(jié)果與實際災(zāi)害情況相符，為此類少見的隧道涌突災(zāi)害評估提供了一種新的方法。

2)變權(quán)理論通過構(gòu)造均衡函數(shù)，根據(jù)工程樣本內(nèi)各指標(biāo)的具體情況而進行賦權(quán)，避免了指標(biāo)之間相互中和。由于變權(quán)權(quán)重最后是由量綱一計算得出的，所以，也可觀察到同一樣本內(nèi)各指標(biāo)的相互重要程度和變化幅度。

3)靶心貼近度計算過程簡便、直觀，克服了單指標(biāo)評價等級互不相容的缺陷。通過計算結(jié)果可知樣本與每一等級的貼近情況，結(jié)果具有橫向?qū)Ρ刃?。通過分析評估結(jié)果，可尋找致災(zāi)效果較強的幾個因素，開展相關(guān)整治措施，指導(dǎo)后續(xù)施工設(shè)計。