武志毅，高燕，袁泉，李文龍

(1. 中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510275；2．廣東省地球動(dòng)力作用與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510275；3.廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東 廣州 510010)

城市軌道交通以其節(jié)省地面空間、噪音較小、干擾較小、節(jié)約能源、污染較小以及速度快、準(zhǔn)時(shí)、運(yùn)量大等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)城市交通中占據(jù)越來(lái)越重要的地位。截至2017年末，中國(guó)(不含港澳臺(tái)地區(qū))開(kāi)通軌道交通線(xiàn)路165條，開(kāi)通城市共計(jì)34個(gè)，運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路長(zhǎng)度共計(jì)5 033公里。但是軌道交通面臨的問(wèn)題也很突出，如建造成本高、前期投入時(shí)間長(zhǎng)、施工工藝要求高、施工面臨的地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜。在軌道交通大量建設(shè)期間，國(guó)內(nèi)各地均發(fā)生了不同程度的施工事故，給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)重?fù)p失。2007年3月28日，北京地鐵10號(hào)線(xiàn)蘇州街站出口工程發(fā)生坍塌事故，6名工人被埋。2013年1月28日，廣州市荔灣區(qū)康王公交站地鐵施工工地旁陸續(xù)出現(xiàn)六次坍塌，塌陷面積約690平方米。2018年2月7日，佛山市地鐵2號(hào)線(xiàn)綠島湖至湖涌盾構(gòu)區(qū)間工地地面出現(xiàn)坍塌，致11死1失聯(lián)。經(jīng)過(guò)對(duì)事故緣由的分析，發(fā)現(xiàn)事故多與工程所處的地質(zhì)環(huán)境有關(guān)。因此，對(duì)軌道交通不良地質(zhì)環(huán)境的綜合風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)顯得十分重要。

國(guó)內(nèi)對(duì)于軌道交通隧道風(fēng)險(xiǎn)管理控制的研究始于20世紀(jì)80年代，黃宏偉闡述了風(fēng)險(xiǎn)的定義、發(fā)生的機(jī)理以及風(fēng)險(xiǎn)管理中存在的主要問(wèn)題[1]。歐志堅(jiān)采用可拓理論，建立了公路山嶺隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)可拓辨識(shí)模型，對(duì)公路山嶺隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了全面的辨識(shí)，并開(kāi)發(fā)了公路山嶺隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)系統(tǒng)[2]。婁榮祥等通過(guò)建立和分析地鐵工程地下水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，得出影響地下工程地下水風(fēng)險(xiǎn)的最重要階段是施工階段，并對(duì)此提出了有效的地下水風(fēng)險(xiǎn)防治措施[3]。周念清等基于模糊數(shù)學(xué)理論，以上海地鐵10號(hào)線(xiàn)南京東路車(chē)站為例，評(píng)判了地鐵工程地下水風(fēng)險(xiǎn)[4]。許振浩等為了控制巖溶地區(qū)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)，研究了該地區(qū)的巖溶發(fā)育特征，以及隧道突水突泥施工風(fēng)險(xiǎn)的致險(xiǎn)因子，首次提出了一種基于風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估與控制的巖溶隧道施工許可機(jī)制[5]。李明基于隧道和地下工程運(yùn)營(yíng)階段的結(jié)構(gòu)變異、襯砌開(kāi)裂等因素建立了健康動(dòng)態(tài)診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了隧道和地下工程評(píng)價(jià)模型的可變性[6]。張萌針對(duì)地鐵建設(shè)期間的土性、巖性等10個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素，建立了基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型[7]。鄭曉靜基于傳統(tǒng)的專(zhuān)家判斷矩陣賦權(quán)方法，提出了一種可以動(dòng)態(tài)賦權(quán)的FUZZY-AHP評(píng)估模型[8]。趙文娟等采用有限元數(shù)值計(jì)算的方法，定性定量地研究了典型的上軟下硬地層中隧道圍巖的穩(wěn)定性規(guī)律，并建立了典型上軟下硬地層隧道圍巖穩(wěn)定性的定性定量化標(biāo)準(zhǔn)[9]。楊霖濤等運(yùn)用乘積標(biāo)度法對(duì)山嶺隧道的塌方風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了賦權(quán)，建立了隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，詳細(xì)敘述了隧道塌方風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估過(guò)程[10]。

目前大部分的研究都是針對(duì)公路隧道、山嶺隧道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，少部分研究的對(duì)象為軌道交通隧道工程。比起公路隧道和山嶺隧道，軌道交通隧道工程由于其位于經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的城市，隧道也多位于地下，線(xiàn)路也相對(duì)較長(zhǎng)，施工工藝要求較高。因此，其地質(zhì)環(huán)境更為復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)因子也不同，風(fēng)險(xiǎn)判定標(biāo)準(zhǔn)要求也更高。而少部分風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的研究對(duì)象雖然為軌道交通隧道工程，但也都是針對(duì)于軌道交通隧道工程運(yùn)維期風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)價(jià)，而不是針對(duì)軌道交通隧道全生命周期的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。且風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型大多是靜態(tài)的。

本文通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，建立了包括圍巖等級(jí)、復(fù)合地層、地下水、有害氣體、特殊土、地震、斷層、褶皺、地裂縫、巖爆、巖溶的11個(gè)不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)源，40個(gè)辨識(shí)因子的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因素集，涵蓋了軌道交通隧道工程在設(shè)計(jì)、施工階段所面臨的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)、增加運(yùn)維期的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)因素，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軌道交通隧道工程全生命周期的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。并辨析出每個(gè)辨識(shí)因子的Ⅰ(微風(fēng)險(xiǎn))、Ⅱ(弱風(fēng)險(xiǎn))、Ⅲ(中風(fēng)險(xiǎn))、Ⅳ(強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn))四級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)賦權(quán)和乘積標(biāo)度賦權(quán)的組合賦權(quán)法，確定了針對(duì)軌道交通隧道不良地質(zhì)的模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型。進(jìn)一步，結(jié)合某些辨識(shí)因子的時(shí)間特性，建立了相應(yīng)的考慮時(shí)間效應(yīng)的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)模型。動(dòng)態(tài)模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型具有動(dòng)態(tài)性和可變性，不僅可以評(píng)價(jià)指定段隧道的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，亦可獲得對(duì)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)影響最大的一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)。

1 不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因素集

在城市地鐵等軌道交通的設(shè)計(jì)與建設(shè)過(guò)程中，不可避免就會(huì)遇到各種復(fù)雜的地質(zhì)條件，如圍巖等級(jí)、溶洞、斷層破碎帶、復(fù)合地層、地下水等。根據(jù)國(guó)內(nèi)的相關(guān)文獻(xiàn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)因素的選取應(yīng)具備科學(xué)性、相對(duì)完備性、層次性、相對(duì)獨(dú)立性與可比性。因此，本文對(duì)軌道交通不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行了辨識(shí)，劃分為目標(biāo)層、一級(jí)指標(biāo)層、二級(jí)指標(biāo)層三層，如圖1所示。目標(biāo)層包括11個(gè)一級(jí)指標(biāo)，即11個(gè)軌道交通隧道工程不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)源；一級(jí)指標(biāo)層包括40個(gè)二級(jí)指標(biāo)，即40個(gè)不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)因子，進(jìn)而建立了軌道交通隧道工程不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)因素集，如表1所示。

圖1 軌道交通不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)圖

表1 不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因素集

續(xù)上表

特殊土濕陷土黃土濕陷性△s≤300且△ZS≤70△s>300且△ZS≤70;△s≤300且70<△ZS≤350△s>300且70<△ZS≤350;300<△s≤700且△ZS>350△s>700且△ZS>350濕陷性碎石土50<△s≤300且d>350<△s≤300且d≤3;300<△s≤600且d>3300<△s≤600且d≤3;△s>600且d>3△s>600且d≤3GB50025-2004,濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范[16]膨脹土自由膨脹率δef/%40～6060～7575～90>90GB 50112-2013,膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范[17]液化土液化指數(shù)IIE0～66～1212～18>18GB 50011-2010,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[18]鹽漬土溶陷系數(shù)δrx0.01～0.020.02～0.030.03～0.05>0.05總?cè)芟萘縎rx/mm70～110110～150150～400>400鹽脹系數(shù)δyz0～0.010.01～0.020.02～0.04>0.04硫酸鈉含量Cssn/%0～0.50.5～1.21.2～2.0>2.0總鹽脹量Syz30～5050～7070～150>150土中總鹽量/(mg·kg-1)有蒸發(fā)面0～3 0003 000～5 0005 000～10 000>10 000無(wú)蒸發(fā)面0～5 0005 000～20 00020 000～50 000>50 000GB/T 50942-2014,鹽漬土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范[19]地震設(shè)防烈度3～44～55～7>7GB 50021-2001,巖土工程勘察規(guī)范[13]斷層偏壓角度/(°)0～1010～2020～30>30斷層面傾角/(°)75～9060～7530～60<30隧道距斷層距離L/D>21～22/3～10～2/3王魯南,2012[20];李文華,2013[21]褶皺隧道與褶皺相對(duì)位置無(wú)褶皺從褶皺兩翼穿過(guò)與褶皺大角度相交或者與背斜小角度相交與向斜小角度相交董海福,2015[22]地裂縫地裂縫發(fā)育程度地面地裂縫不發(fā)育或距離擬建工程較遠(yuǎn),附近建筑未出現(xiàn)裂縫地面有零星小裂縫且發(fā)育不明顯,附近建筑有輕微裂縫現(xiàn)象地面地裂縫中等發(fā)育,地面有開(kāi)裂現(xiàn)象,附近建筑有裂縫現(xiàn)象地面地裂縫強(qiáng)發(fā)育,附近建筑裂縫明顯,可見(jiàn)塌陷坑,路面開(kāi)裂、隆起地裂縫發(fā)展速率0～55～1010～20>20地裂縫埋深/m>2520～2515～200～15隧道距地裂縫距離/m>3015～3010～150～10相交角度/(°)80～9060～8045～600～45楊斌,2017[23]巖爆原始地應(yīng)力σ0/Rb0～0.150.15～0.250.25～0.35>0.35李繼偉,2010[15]

續(xù)上表

巖溶所處位置在隧道上方(兩者中心的連線(xiàn)和垂向夾角>45°)在隧道底部(兩者中心的連線(xiàn)和垂向夾角<45°)在隧道側(cè)方(兩者中心的連線(xiàn)和水平向夾角<45°)溶洞距隧道地面壓力水頭/m<3030～4545～60>60最小凈距(S/D)>10.75～10.5～0.750～0.5溶洞長(zhǎng)軸/m0～77～1010～14>14巖層傾角/(°)0～1080～9010～25或65～8025～65巖性(CaCO3含量/%)0～55～5050～75>75隔水板巖體厚度/m0～0.5或>3010～305～100.5～5薛亞?wèn)|,2017[24];李繼偉,2010[15]

注：① A是指直接臨水或強(qiáng)透水層中的地下水；B是指弱透水層中的地下水。強(qiáng)透水層是指碎石土和砂土；弱透水層是指粉土和黏性土。

地鐵等軌道交通建設(shè)期間發(fā)生的工程風(fēng)險(xiǎn)是否可接受和接受程度問(wèn)題，決定了是否進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制和采取何種措施，因此需要對(duì)最終風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)進(jìn)行分級(jí)。美國(guó)《公路和鐵路交通隧道檢查手冊(cè)》將隧道的健康等級(jí)劃分為0到9共十級(jí)[25]。我國(guó)的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)包括風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生概率的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生后的損失等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率等級(jí)和風(fēng)險(xiǎn)事故損失等級(jí)都分為五級(jí)[26]。王洪林也將軌道交通的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分為5個(gè)等級(jí)，定量風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)預(yù)警區(qū)間為[0,1]，各閾值之間的間隔為0.2，則各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的閾值為0.3、0.5、0.7、0.9[27]。結(jié)合前人風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分方法，考慮到軌道交通隧道不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與風(fēng)險(xiǎn)因素集的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的一致性，將軌道交通隧道的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為4個(gè)等級(jí)，風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)預(yù)警區(qū)間為[0,1]，取閾值之間的間隔為0.25，則各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的閾值為0.35、0.6、0.85。本文設(shè)立了軌道交通隧道不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表，如表2所示。

表2 軌道交通隧道工程不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

目前權(quán)重的確定方法有很多，如專(zhuān)家咨詢(xún)法、層次分析法、主成分分析法、熵值法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)賦權(quán)法等。但各賦權(quán)法都具有一定的缺陷，例如，專(zhuān)家咨詢(xún)法有較大的主觀經(jīng)驗(yàn)性，層次分析法的標(biāo)度問(wèn)題未得到很好的解決，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法需要較多的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)支撐。為提高權(quán)重的可靠性與客觀性，使權(quán)重確定方法之間的優(yōu)缺點(diǎn)得到互補(bǔ)，本文選取了主觀的層次分析法和客觀的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)賦權(quán)法進(jìn)行組合賦權(quán);且為了解決層次分析法的標(biāo)度問(wèn)題，選取了一種基于層次分析法的乘積標(biāo)度法。通過(guò)相對(duì)主觀的乘積標(biāo)度法和客觀的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)賦權(quán)對(duì)指標(biāo)賦權(quán)，若兩種方法的指標(biāo)權(quán)重值差異不大，則表明指標(biāo)權(quán)重合理。

2.1 乘積標(biāo)度法賦權(quán)

國(guó)內(nèi)外較為成功和常用的層次分析標(biāo)度法有1-9標(biāo)度法、9/9-9/1標(biāo)度法、10/10-18/2標(biāo)度法以及指數(shù)標(biāo)度法。乘積標(biāo)度法是一種建立在這些方法基礎(chǔ)上的賦權(quán)法。乘積標(biāo)度法賦權(quán)的步驟是：

1)對(duì)n個(gè)指標(biāo)的重要性進(jìn)行排序；

2)對(duì)指標(biāo)之間進(jìn)行兩兩比較，如果A、B兩個(gè)指標(biāo)的重要性“相同”，則標(biāo)度值為A∶B=1∶1，權(quán)重為A∶B=0.5∶0.5。如果指標(biāo)A的重要性比指標(biāo)B的重要性“稍微大”，由于上面四種標(biāo)度法對(duì)“稍微大”的標(biāo)度值，分別為3、1.286、1.5和1.277，一般兩者之間的差別不應(yīng)大于1.5，因此指標(biāo)A、B的標(biāo)度值為A∶B=(1.286+1.5+1.277)/3∶1=1.354∶1，權(quán)重為A∶B=1.354/(1+1.354)∶1/(1+1.354)=0.575∶0.425；

3)如果A、B兩個(gè)指標(biāo)的重要性差別很大，一個(gè)“稍微大”不足以衡量，則可以認(rèn)為指標(biāo)A的重要性比指標(biāo)B的重要性“稍微大”還“稍微大”，則標(biāo)度值為A∶B=1.354×1.354∶1=1.833∶1，權(quán)重為A∶B=1.833/(1+1.833)∶1/(1+1.833)=0.647∶0.353，以此類(lèi)推；

4)對(duì)該指標(biāo)層的所有指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，得到指標(biāo)層的總權(quán)重。

本文對(duì)指標(biāo)之間重要性的判定主要考慮四個(gè)方面：① 所選指標(biāo)是否在相應(yīng)規(guī)范中作為判定標(biāo)準(zhǔn)；② 現(xiàn)場(chǎng)獲取指標(biāo)的可操作性和準(zhǔn)確性；③ 對(duì)軌道交通隧道工程的危害程度；④ 指標(biāo)的獨(dú)立性。

2.1.1 一級(jí)指標(biāo)權(quán)重 軌道交通不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)的一級(jí)指標(biāo)層包括11個(gè)指標(biāo)，分別是：圍巖等級(jí)、復(fù)合地層、地下水、有害氣體、特殊土、地震、斷層、褶皺、地裂縫、巖爆及巖溶。此處一級(jí)指標(biāo)重要性的排序不針對(duì)某個(gè)地區(qū)的軌道交通隧道，而是通過(guò)對(duì)比不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)源類(lèi)別對(duì)軌道交通隧道工程的影響，進(jìn)而對(duì)一級(jí)指標(biāo)重要性進(jìn)行排序。對(duì)于軌道交通隧道最關(guān)注的是圍巖等級(jí)，圍巖等級(jí)可以判斷圍巖的穩(wěn)定性，判斷施工的難易程度，為投資以及結(jié)構(gòu)分析計(jì)算提供依據(jù)。在地質(zhì)勘察階段，最基本的勘察內(nèi)容包括地層和地下水的信息。隧道工程絕大多數(shù)的地質(zhì)災(zāi)害都與地下水的水位、滲漏有著密切關(guān)系，而地層則是各種地質(zhì)因素和隧道工程的承載體。通過(guò)對(duì)圍巖等級(jí)、地下水和復(fù)合地層的兩兩比較，認(rèn)為其重要性“相同”，即圍巖等級(jí)∶地下水∶復(fù)合地層=1∶1∶1。

同理可以對(duì)有害氣體、特殊土、地震、斷層、褶皺、地裂縫、巖爆和巖溶風(fēng)險(xiǎn)源的重要性進(jìn)行兩兩比較，繼而可以得到一級(jí)指標(biāo)權(quán)重值。即圍巖等級(jí)=地下水=復(fù)合地層>巖溶=斷層=褶皺>地震>地裂縫=巖爆=特殊土=有害氣體，則標(biāo)度值為(3.360∶3.360∶3.360∶1.833∶1.833∶1.833∶1.354∶1∶1∶1∶1)，將向量歸一化，其權(quán)重為

ωa=(0.161∶0.161∶0.161∶0.087∶0.087∶ 0.087∶0.065∶0.048∶0.048∶0.048∶0.048)

2.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)賦權(quán)

2.3 組合賦權(quán)法

(1)

同時(shí)，γ和β應(yīng)滿(mǎn)足：

γ+β=1

(2)

由式(1)、(2)可以確定γ和β，進(jìn)而可以確定組合賦權(quán)法的權(quán)重ωbi，如式(3)：

(3)

同樣的方法可以獲得其他各指標(biāo)的權(quán)重。但是由于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法賦權(quán)需要大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)際情況中對(duì)于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)少的指標(biāo)，不采用組合賦權(quán)，只采用乘積標(biāo)度法賦權(quán)。

3 動(dòng)態(tài)模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型

模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型是基于陳守煜教授的可變模糊集理論[28]的一種可變?cè)u(píng)價(jià)模型，也是目前應(yīng)用較多的評(píng)價(jià)模型，結(jié)合韓曉軍對(duì)模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型中參數(shù)的研究[29]，建立了針對(duì)軌道交通隧道設(shè)計(jì)、施工階段地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型。傳統(tǒng)模糊評(píng)價(jià)模型的評(píng)價(jià)級(jí)別是一個(gè)數(shù)值，而模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型將評(píng)價(jià)級(jí)別由一個(gè)數(shù)值擴(kuò)展為一個(gè)區(qū)間范圍，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確，從而提高了可信度。在模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型的基礎(chǔ)上，考慮二級(jí)指標(biāo)的時(shí)間因素集，將時(shí)間因素加入到模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型，建立了動(dòng)態(tài)模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型，即可實(shí)現(xiàn)軌道交通隧道全生命周期的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)。

3.1 動(dòng)態(tài)模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型的建立

動(dòng)態(tài)模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型的技術(shù)路線(xiàn)如圖2所示，具體建立方法如下：

BQ=90+3RC+250KV

(4)

式中，KV為巖體完整性系數(shù)，RC為巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度，其隨時(shí)間的變化規(guī)律(以花崗石為例)如式(5)所示[30]。

RC=224.5exp(-0.071lnt)

(5)

復(fù)合地層隨時(shí)間變化的辨識(shí)因子包括黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ，其隨時(shí)間的變化規(guī)律(以高廟子膨潤(rùn)土為例)如式(6)、式(7)所示[31]。

c=907.7exp(-0.030 8t)+664.4exp(0.005 247t)

(6)

φ=4.365exp(-0.134 6t)+11.23exp(-0.000 916 6t)

(7)

2)確定i個(gè)指標(biāo)h個(gè)級(jí)別的吸引區(qū)間[a,b]的矩陣Iab。Iab即[a,b]ih表示i指標(biāo)h級(jí)別的風(fēng)險(xiǎn)因素集評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間。

(8)

式中，h=1,2,…,n，n為評(píng)價(jià)等級(jí)上限。

3)由確定的各指標(biāo)的吸引域區(qū)間[a,b]，確定對(duì)應(yīng)的范圍值區(qū)間[c,d]，[c,d]表示指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)因素集評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間[a,b]的擴(kuò)展區(qū)間，進(jìn)而構(gòu)造i個(gè)指標(biāo)h個(gè)級(jí)別的范圍值矩陣Icd。范圍值區(qū)間[c,d]的確認(rèn)可以按照式(9)。

(9)

式中，ha為a所處的級(jí)別；hb為b所處的級(jí)別。則，

圖2 動(dòng)態(tài)模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型技術(shù)路線(xiàn)圖

(10)

式中，h=1,2,…,n，n為評(píng)價(jià)等級(jí)上限；[c,d]ih表示i指標(biāo)h級(jí)別的風(fēng)險(xiǎn)因素集評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間[a,b]ih的擴(kuò)展區(qū)間。

(11)

式中，h=1,2,…,n，n為風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)上限。則：

(12)

①當(dāng)xo(t)落在M點(diǎn)左側(cè)時(shí)，相對(duì)差異函數(shù)模型為：

(13)

②當(dāng)xo(t)落在M點(diǎn)右側(cè)時(shí)，相對(duì)差異函數(shù)模型為：

(14)

經(jīng)過(guò)求取相對(duì)差異函數(shù)DA(u)，就可以求取相對(duì)隸屬度，則:

(15)

(16)

6)確定指標(biāo)權(quán)向量。由評(píng)價(jià)指標(biāo)確認(rèn)部分確定一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)的權(quán)向量ωa和ωbi。

(17)

式中：α為模型優(yōu)化準(zhǔn)則參數(shù)，α=1時(shí)為最小一乘方準(zhǔn)則，α=2時(shí)為最小二乘法準(zhǔn)則；p為距離參數(shù)，p=1時(shí)為海明距離，p=2時(shí)為歐式距離；m為識(shí)別指標(biāo)數(shù)；ωbi為二級(jí)指標(biāo)的第i個(gè)指標(biāo)權(quán)向量。當(dāng)α=1，p=1時(shí)，此時(shí)模型是簡(jiǎn)單模糊評(píng)價(jià)模型；當(dāng)α=1，p=2時(shí)，此時(shí)模型是理想點(diǎn)評(píng)價(jià)模型；當(dāng)α=2，p=1時(shí)，此時(shí)模型是“S”型函數(shù)模型；當(dāng)α=2，p=2時(shí)，此時(shí)模型是模糊優(yōu)選模型。

(18)

8)根據(jù)表2得到級(jí)別特征值公式(19)，分別求得4種模型的級(jí)別特征值，進(jìn)而根據(jù)表2評(píng)價(jià)軌道交通隧道工程的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。則：

(19)

3.2 模型檢驗(yàn)

以廣州某擬建軌道交通線(xiàn)路幾個(gè)區(qū)段的地質(zhì)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目煽啃?，主要包括圍巖等級(jí)、復(fù)合地層、地下水、地震、斷層和巖溶6個(gè)風(fēng)險(xiǎn)源的數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 初步勘察階段的地質(zhì)數(shù)據(jù)表

表4 軌道交通各區(qū)段的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

表5 廣州某擬建軌道交通線(xiàn)路各區(qū)段的隸屬度矩陣

由表4可以得出，區(qū)段1和區(qū)段3的特征值分別在0.537～0.574、0.568～0.598的范圍，擬建隧道工程該區(qū)段的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)是Ⅲ級(jí)(中風(fēng)險(xiǎn))；在軌道交通隧道工程施工過(guò)程中，需要對(duì)該區(qū)段的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行合理的處理，以提高隧道安全性；區(qū)段2的特征值范圍在0.578～0.626，均值在Ⅲ級(jí)(中風(fēng)險(xiǎn))特征值的下限值0.6，一旦隧道工程地質(zhì)環(huán)境在施工階段發(fā)生惡化，區(qū)段2將會(huì)處于Ⅲ(中風(fēng)險(xiǎn))等級(jí)，因此在施工階段需要對(duì)該區(qū)段進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境的改善；區(qū)段4的特征值范圍為0.586～0.655，雖然該段地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)(弱風(fēng)險(xiǎn))，但其特征值最大值接近于Ⅲ級(jí)(中風(fēng)險(xiǎn))特征值的下限值0.6，最小值已經(jīng)小于0.6，說(shuō)明該段部分不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)源已經(jīng)處于Ⅲ級(jí)(中風(fēng)險(xiǎn))。綜上可知，該擬建軌道交通隧道工程大部分地質(zhì)環(huán)境處于Ⅲ級(jí)(中風(fēng)險(xiǎn))。模型的評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和調(diào)查結(jié)果相符，驗(yàn)證了本模型的可行性。

(20)

由表6可知，影響軌道交通隧道區(qū)段1風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的最大因素為圍巖等級(jí)，特征值H′為0.304，屬于強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)(Ⅳ級(jí))；影響軌道交通隧道工程區(qū)段4風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的最大因素為地震，特征值H′為0.325，屬于強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)(Ⅳ級(jí))；而斷層和巖溶的特征值H′分別為0.625和0.660，屬于弱風(fēng)險(xiǎn)(Ⅱ級(jí))。因此區(qū)段1在隧道施工過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)圍巖等級(jí)進(jìn)行處理，同時(shí)也應(yīng)關(guān)注隧道的抗震性能，而在區(qū)段4應(yīng)著重考慮隧道的抗震性能。

4 結(jié) 論

通過(guò)以上的研究分析，得到如下主要結(jié)論：

(1)基于“定量為主，定性與定量相結(jié)合”的原則，確立了軌道交通隧道11個(gè)一級(jí)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)源及40個(gè)二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)因子，并且總結(jié)出了各指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)，將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分為微風(fēng)險(xiǎn)、弱風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)和強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)四級(jí)。

(2)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和乘積標(biāo)度法對(duì)指標(biāo)層進(jìn)行組合賦權(quán)?；诳勺兡：碚?，建立了針對(duì)軌道交通隧道設(shè)計(jì)、施工階段的模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型; 通過(guò)模型參數(shù)的變化，將評(píng)價(jià)級(jí)別由一個(gè)數(shù)值擴(kuò)展為一個(gè)區(qū)間范圍，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

(3)將時(shí)間因素集加入模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)了隧道工程某些地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)評(píng)估。加入軌道交通隧道運(yùn)維期的風(fēng)險(xiǎn)因素集，即可實(shí)現(xiàn)軌道交通隧道全生命周期的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)。利用廣州某擬建軌道交通的初步勘察地質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了檢驗(yàn)。模型結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和調(diào)查結(jié)果相符，證明本文的軌道交通隧道的動(dòng)態(tài)模糊可變?cè)u(píng)價(jià)模型是合理的、可靠的。