1、礦山法隧道施工期洞室圍巖安全性探究摘要：本文給出了影響礦山法隧道施工期洞室安全的所有 因素的集合，對礦山法隧道施工期洞室圍巖安全性進行了深 入的研究。研究結果表明：文中提出的的模糊評價模型是準 確可靠的，得出的結論也和該隧道實際施工安全是一致的。關鍵詞：礦山法隧道；施工期洞室；圍巖安全；模糊 評價；層次分析法中圖分類號：u45文獻標識碼：a文章編號：1.引言進行礦山法隧道施工期洞室圍巖安全性的研究具有十 分重要的理論意義和經濟意義，本文采用層次分析法對評價 因素集中的各因素權重進行了研究。2模糊分析模型綜合關于影響洞室圍巖安全性的各個因素，結合模糊數 學綜合評判理論，可建立礦山法隧道洞室圍巖二

2、級模糊綜合 評判模型。施工期隧道洞室圍巖安全模糊綜合評判模型分為 3層第1層為目標層，包含1個目標對象，即隧道洞室圍巖 安全性；第2層為準則層，由可能影響圍巖安全體系的因素 組成，通常包括工程地質特征u1、應力場特征u2、洞室特 征u3及施工水平u44類因素，這4類因素組成了隧道施工 期洞室圍巖安全性評價的制約因素集；第3層為指標層，由 可能影響制約層因素的各項指標組成。工程地質特征包括： 巖石質量指標(u11)、抗壓強度(u12)、完整性(u13)、地下 水賦存情況(u14)及斷層破碎帶影響(u15)；應力場特征包括: 隧道軸線與主應力方向夾角(u21)及地應力影響系數(u22)； 洞室特征

3、包括：洞室跨度(u31)和洞室形狀(高跨比)(u32)指 標。由于上述指標中既有定性指標，又有定量指標，在確定 隸屬度時，對于定量指標可直接由隸屬函數求得，而對定性 描述的指標，則可對其進行適當處理后再通過構造隸屬函數 獲得其隸屬度。各項因素判定基準見表lo表1各項因素判定基準首先，建立礦山法隧道施工期洞室圍巖安全評語集。綜 合相關資料，同時考慮4級劃分法具有廣泛的應用基礎，將 洞室的安全性狀態劃分為4級。v二vi, v2, v3, v4 = i , ii, iii, iv。其中：i級：洞室安全，洞室無破損或存在極 少量細微裂縫；ii級:洞室基本安全，洞室周邊存在破損或輕 微裂縫;iii級：洞

4、室潛在不安全，洞室存在較大破損或裂縫， 且繼續發展;iv級:洞室不安全，洞室圍巖基本破壞，且繼續 發展。模糊綜合評判法的關鍵技術之一是指標間的不可公度 性，即各個指標之間沒有統一的度量標準，因而難以比較， 所以在進行綜合評價前，應首先確定指標體系中各個指標的 隸屬度。隸屬函數的確定通常有多種方法，比如統計法、三 分法、隸屬函數法、專家或工程技術人員直接打分法等，由 于統計法需要較多的樣本，而專家評分法主觀性又較強，這 里采用隸屬函數方法對各個指標進行評價。對于定量因素， 可直接由相近隸屬函數求得，而對定性描述的因素，則需對 其進行適當數量化處理，如按分級法將其從高到低依次取不 同數值后再通過構

5、造隸屬函數確定其隸屬度。由于正態分布 函數靠近中心處的敏感度較兩端要小，有利于不同安全狀態 等級交界處作出較為準確的判斷，因此這里采用正態分布模 型確定隸屬函數。正態分布數學模型及其示意如圖1圖 3所示。圖1正態分布偏小型圖2正態分布中間型圖3正態分布偏大型公式（1）對應正態分布偏小型，公式（2）和公式（3） 對應正態分布中間型，公式（4）對應正態分布偏大型。利用大量隧道工程開挖斷面的評判基準，可構建出隧道 洞室圍巖中巖石質量指標、抗壓強度、巖體完整性、地下水 的隸屬函數參數如表2所示。利用表2中參數代入上述公 式可確定上述各評判因素隸屬函數的數學表達式，將其均一 化可得具體的計算隸屬函數。表

6、2隸屬函數參數對于評判因素集中地應力影響系數sfr、洞室跨度2 個定量指標隸屬函數，常構造梯形隸屬函數予以確定。對于 地應力影響系數sfr,對應各級安全狀態的隸屬度函數為對于洞室跨度因素，對應各級安全狀態的隸屬度函數為對于斷層破碎帶、隧道軸線與主應力夾角、洞室形狀 （高跨比）以及滋工水平等定性因素，應對其進行適當數量 化處理后再通過構造隸屬函數求其隸屬度，并將因素分為4 個等級：優（0. 9）、良（0. 7）、中（0. 5）、差（0. 3） o 按照賦值標準給出評定值，采用梯形隸屬函數將其模糊化， 構建隸屬函數如下：采用層次分析法對評判模型中各制約因素的權重進行 確定。構建兩兩判斷矩陣，對影響

7、洞室工程地質特征、應力 場特征、洞室特征等制約因素的各項指標進行標度，構造出 判斷矩陣，求出其特征值及特征向量，進而可確定各項指標 評判因素的權重，如表3所示。表3準則層及指標層權重根據表 3,即 al= 0. 2060. 3670. 2060. 1250. 096；a2= 0. 6670. 333；a3= 0. 5000. 500；b = 0. 3440. 1310. 2130.312。3工程應用某隧道采用礦山法施工，zk20 +300zk21 +500段處 于i級圍巖當中，巖石質量指標92%,抗壓強度168. ompa, 巖石完整性系數為0. 85,地下水情況l為5 min /10 m,

8、隧道附近有小斷層或破碎帶，但距離較遠，數量化分值為0. 80；軸線與主應力夾角為36° ,屬于一般有利，數量化分 值0. 6,地應力影響系數srf為12. 5；洞室最大開挖跨 度12. 2m,高跨比屬一般有利，數量化分值0. 55,施工 水平良，數量化分值0. 75o現采用洞室穩定模糊綜合評判 模型對洞室圍巖穩定性進行評價。根據隸屬度函數獲得各項 指標的評價矩陣r,具體數值見表4。表4指標評價矩陣r首先針對工程地質特征計算c1：c= cll c12 c13 c14二 0. 66990. 23600. 0765 0. 0176其次針對應力場特征計算c2：c2= c21 c22 c23

9、c24 = 00. 33350. 66650再次針對洞室特征計算c3：c3= c31 c32 c33 c34 = 00.060.940最后計算該隧道施工期洞室圍巖穩定性評判結果為0. 23040. 44970. 31380. 0061計算結果表明：zk20 +300zk21 +500段i級圍巖 施工過程中洞室安全的隸屬度為0. 230 4,洞室基本安全的 隸屬度為0. 449 7,洞室潛在不安全的隸屬度為0. 313 8, 洞室不安全的隸屬度為0. 006 lo綜合以上可以看出，洞室 基本安全以上的隸屬度為0. 680 1,而洞室不安全的隸屬度 非常小，因此，總體上判斷該段洞室在施工開挖時是安

10、全的。4結語礦山法隧道施工期洞室安全評價是一個復雜的問題，一 方面是隧道圍巖地質特性和場體的復雜性，另一方面還有施 工開挖等人為因素不確定性的影響。與此同時，還在于目前 缺乏一套公認的、行之有效的評價方法。本文采用模糊評價 方法，對礦山法隧道施工洞室安全性評價開展了一些有益探 索，重點在于影響洞室施工期安全主體因素的甄別、提供一 些構造隸屬函數的相關參數以及權重的選擇。但施工水平等 重要因素的評價過于簡單，沒有從施工開挖方法、開挖步序、 支護時機、人員素質、施工機具、安全管理、施工工期等多 方面實施綜合評價；另外、準則層及指標層權重的具體量值 也需要在今后的工作中進一步進行檢驗其合理性。盡管如 此，相關研究對于安全性評價體系的構建和實際工程仍然具 有重要的參考價值。參考文獻：1北京交科公路勘察設計研究院有限公司.燈草 塘隧道工程施工安全風險評估r.北京：北京交科公路 勘察設計研究院有限公司，2009. 2中華人民共和國鐵道 部.鐵路隧道風險評估與管理暫行規定s.北京：中華人 民共和國鐵道部，2007.3 劉文劍，吳湘濱.模糊層次性綜合評判模型對越 嶺隧道開挖和支護方式的選擇初探j中南公路工