一种基于模糊判断的隧道地质岩溶风险评估方法

摘要

本发明公开了一种基于模糊判断的隧道地质岩溶风险评估方法，对岩溶洞穴突水评分标准和风险等级划分进行量化，主要包括以下步骤:1)进行隧洞地质勘察，获取隧洞及其附近围岩的地层岩性信息；2)若岩性为包括灰岩、白云岩类、膏盐类或可溶砾岩的可溶岩类或其与非可溶岩类接触带附近；且水位低于地下水位且高于岩溶发育下限，则将隧道地质岩溶风险评估为高风险；3)采集隧洞及其附近围岩的水文地质信息，建立指标层次表，根据指标层次表与模糊数学法获得的因素权值，计算出风险等级值；4)根据风险等级值，确定岩溶洞穴突水等级。本发明对岩溶洞穴突水评分标准和风险等级划分进行量化，直观可见，根据分数能清晰判断影响因素的程度。

权利要求

1.一种基于模糊判断的隧道地质岩溶风险评估方法，其特征在于，对岩溶洞穴突水评分标准和风险等级划分进行量化，主要包括以下步骤:

1)进行隧洞地质勘察，获取隧洞及其附近围岩的地层岩性、地下水位和可溶岩与非可溶岩接触带信息；

2)若岩性为包括灰岩、白云岩类、膏盐类或可溶砾岩的可溶岩类或其与非可溶岩类接触带附近；且水位低于地下水位且高于岩溶发育下限，则将隧道地质岩溶风险评估为高风险；否则转入步骤3)；

3)采集隧洞及其附近围岩的水文地质信息，包括:构造、岩性组合、岩溶化程度、水文地质、岩体完整程度、空间位置、水量监测、水压监测、地下水位监测和早期物探成果；其中，各一级指标因素及其包括的影响因素如下：构造，包括的影响因素为：断层带内或断层带附近，向斜核部或靠近核部；

岩性组合，包括的影响因素为：可溶岩岩体内，可溶岩与非可溶岩接触带附近；

岩溶化程度，包括的影响因素为：强烈溶蚀风化，中等溶蚀风化，弱溶蚀风化，微新；

水文地质，包括的影响因素为：地下水补给区或与地表水体有水力联系，地下水径流区，地下水排泄区；

岩体完整程度，包括的影响因素为：完整性差，完整性较差；

空间位置，包括的影响因素为：附近高程有勘探钻孔揭露过岩溶洞穴，经过地质前期推测的现代岩溶水系统；

水量监测，包括的影响因素为：隧洞涌水有较明显的增大趋势；

水压监测，包括的影响因素为：系统布设的渗压计测值向掌子面方向有增大趋势；

地下水位监测，包括的影响因素为：附近长观孔地下水位明显下降；

早期物探成果，包括的影响因素为：显示有明显较大范围低阻区；

其中，各一级指标因素的专家评分值以及其包括的影响因素的专家评分如下：构造：20；断层带内或断层带附近：10，向斜核部或靠近核部10；

岩性组合：10；可溶岩岩体内：10，可溶岩与非可溶岩接触带附近：5；

岩溶化程度：20；强烈溶蚀风化：20，中等溶蚀风化：15，弱溶蚀风化：10，微新：0；

水文地质：20；地下水补给区或与地表水体有水力联系：20，地下水径流区：15，地下水排泄区：15；

岩体完整程度：10；完整性差：10，完整性较差：5；

空间位置：20；附近高程有勘探钻孔揭露过岩溶洞穴：10，经过地质前期推测的现代岩溶水系统：10；

水量监测：10；隧洞涌水有较明显的增大趋势：10；

水压监测：10；系统布设的渗压计测值向掌子面方向有增大趋势10；

地下水位监测：10；附近长观孔地下水位明显下降：10；

早期物探成果10；显示有明显较大范围低阻区：10；

根据上述一级指标因素建立指标层次表，根据指标层次表与模糊数学法获得的因素权值，计算出风险等级值；

4)根据风险等级值，确定岩溶洞穴突水等级；若风险等级值大于80，则评估岩溶洞穴突水风险为极高；若风险等级值为40至80，则评估岩溶洞穴突水风险为高；若风险等级值小于

40，则评估岩溶洞穴突水风险为低。

2.根据权利要求1所述的隧道地质岩溶风险评估方法，其特征在于，所述步骤3)中风险等级值的计算方法如下：计算各一级指标因素的风险值，为包括的影响因素的专家评分和因素权值的乘积；

风险等级值为各一级指标因素的风险值的累加值。

说明书

一种基于模糊判断的隧道地质岩溶风险评估方法

技术领域

[0001] 本发明涉及隧道工程技术，尤其涉及一种基于模糊判断的隧道地质岩溶风险评估方法。

背景技术

[0002] 在我国工程建设当中，由于受到地形条件的影响，高速公路、铁路线路经常采用隧道方案穿越山岭，大型水电站也常常出现长大引水隧洞和交通辅助洞，大量的“长大深埋”隧道成为山区工程建设的控制性工程。然而隧道需要穿透山体、河流等复杂地质条件，因此在施工过程中常常会遇到各种未能预料的地质灾害，尤其是岩溶地质灾害。岩溶地质灾害的发生对人员和机械的安全构成了极大威胁，并造成极大的经济损失。因此在隧道施工过程中需要在施工监测的基础上，对后续施工岩溶地质灾害风险进行评估，并对开挖掌子面前方不良工程地质进行超前预报，准确掌握掌子面前方的地质情况，使隧道岩溶地质灾害风险最小化、可控化，减少隧道建设的经济损失，避免人员伤亡，将对隧道施工安全的保障有着极大的作用，对于隧道施工技术的发展具有十分重要的意义。

[0003] 隧道地质灾害风险评估工作对隧道安全施工具有重要意义，然而，目前一些隧道地质灾害风险评估还存在以下问题：

[0004] (1)隧道岩溶地质灾害受很多非确定性因素的影响,例如涌水受大气降水、含水层的边界条件及含水介质的非均质性、地表环境特征等,这些因素都具有很强的不确定性,对隧道地质灾害的产生起到了重要的作用。而针对以上这些不确定影响因素的进行评价，是非常困难的,有些研究也针对单个因素进行了分析评价,建立一套考虑多种影响因子条件下的评价方法尤为重要。

[0005] (2)目前在已有规程规范中没有相对成熟的隧道岩溶地质灾害风险评估方法，而在实际隧道岩溶地质灾害风险评估中，一些不确定因素例如岩石风化程度、完整程度多采用定性描述，这样在实际操作中非常不便，无法直观的描述该因素的影响，另外，这种定性描述也不利于计算机程序编写，在形成智能化风险评估系统的时候非常不便。

[0006] 所以，定量的准确评估影响因素对隧道岩溶地质灾害风险评估有着极为重大的意义。

发明内容

[0007] 本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于模糊判断的隧道地质岩溶风险评估方法。

[0008] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于模糊判断的隧道地质岩溶风险评估方法，包括以下步骤：

[0009] 1)进行隧洞地质勘察，获取隧洞及其附近围岩的地层岩性、地下水位和可溶岩与非可溶岩接触带信息；

[0010] 2)若岩性为包括灰岩、白云岩类、膏盐类或可溶砾岩的可溶岩类或其与非可溶岩类接触带附近；且水位低于地下水位且高于岩溶发育下限，则将隧道地质岩溶风险评估为高风险；否则转入步骤3)；

[0011] 3)采集隧洞及其附近围岩的水文地质信息，包括:构造、岩性组合、岩溶化程度、水文地质、岩体完整程度、空间位置、水量监测、水压监测、地下水位监测和早期物探成果；其中，各一级指标包括的影响因素如下：

[0012] 构造，包括的影响因素为：断层带内或断层带附近，向斜核部或靠近核部；

[0013] 岩性组合，包括的影响因素为：可溶岩岩体内，可溶岩与非可溶岩接触带附近；

[0014] 岩溶化程度，包括的影响因素为：强烈溶蚀风化，中等溶蚀风化，弱溶蚀风化，微新；

[0015] 水文地质，包括的影响因素为：地下水补给区或与地表水体有水力联系，地下水径流区，地下水排泄区；

[0016] 岩体完整程度，包括的影响因素为：完整性差，完整性较差；

[0017] 空间位置，包括的影响因素为：附近高程有勘探钻孔揭露过岩溶洞穴，经过地质前期推测的现代岩溶水系统；

[0018] 水量监测，包括的影响因素为：隧洞涌水有较明显的增大趋势；

[0019] 水压监测，包括的影响因素为：系统布设的渗压计测值向掌子面方向有增大趋势；

[0020] 地下水位监测，包括的影响因素为：附近长观孔地下水位明显下降；

[0021] 早期物探成果，包括的影响因素为：显示有明显较大范围低阻区；

[0022] 其中，各一级指标因素的专家评分值以及其包括的影响因素的专家评分如下：

[0023] 构造：20；断层带内或断层带附近：10，向斜核部或靠近核部10；

[0024] 岩性组合：10；可溶岩岩体内：10，可溶岩与非可溶岩接触带附近：5；

[0025] 岩溶化程度：20；强烈溶蚀风化：20，中等溶蚀风化：15，弱溶蚀风化：10，微新：0；

[0026] 水文地质：20；地下水补给区或与地表水体有水力联系：20，地下水径流区：15，地下水排泄区：15；

[0027] 岩体完整程度：10；完整性差：10，完整性较差：5；

[0028] 空间位置：20；附近高程有勘探钻孔揭露过岩溶洞穴：10，经过地质前期推测的现代岩溶水系统：10；

[0029] 水量监测：10；隧洞涌水有较明显的增大趋势：10；

[0030] 水压监测：10；系统布设的渗压计测值向掌子面方向有增大趋势10；

[0031] 地下水位监测：10；附近长观孔地下水位明显下降：10；

[0032] 早期物探成果10；显示有明显较大范围低阻区：10；

[0033] 根据上述一级指标因素建立指标层次表，根据指标层次表与模糊数学法获得的因素权值，计算出风险等级值；

[0034] 所述风险等级值的计算方法如下：

[0035] 计算各一级指标因素的风险值，为包括的影响因素的专家评分和因素权值的乘积；

[0036] 风险等级值为各一级指标因素的风险值的累加值；

[0037] 4)根据风险等级值，确定岩溶洞穴突水等级；若风险等级值大于80，则评估岩溶洞穴突水风险为极高；若风险等级值为40至80，则评估岩溶洞穴突水风险为高；若风险等级值小于40，则评估岩溶洞穴突水风险为低。

[0038] 本发明产生的有益效果是：

[0039] (1)操作简单：本发明方法操作简单，对隧道岩溶地质灾害各种影响因素按照评分标准进行打分，根据最后打分结果进行风险等级划分，即可判断是否需要预测预报。

[0040] (2)结果直观：以量化的结果评价隧道岩溶地质灾害风险影响系数和评价结果，直观可见，根据分数能清晰判断影响因素的程度。

[0041] (3)便于编程计算：本发明方法的隧道岩溶地质灾害风险评估结果以量化结果给出，适用于计算机编程可视化实现，实现智能化软件编写，更有利于隧道岩溶地质灾害风险评估的进行。

[0042] (4)适用范围广：该超前预报方法不仅适用于一般隧道，对于大型深埋隧道复杂岩溶地质灾害风险评估也具有较强的适用性。

附图说明

[0043] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

[0044] 图1是本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

[0045] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0046] 如表1-表2，本发明方法是根据专家调查法和模糊数学相结合而形成的一套隧道岩溶地质灾害风险评估的评分标准和等级划分标准。

[0047] 如图1，一种基于模糊判断的隧道地质岩溶风险评估方法，包括以下步骤：

[0048] 1)进行隧道地质勘察，获取隧址及其附近围岩的地层岩性、地下水位和可溶岩与非可溶岩接触带信息；

[0049] 2)若岩性为灰岩、白云岩类、膏盐类或可溶砾岩等可溶岩内或其与非可溶岩类接触带附近且(或)水位低于地下水位且高于岩溶发育下限，则将隧道地质岩溶风险评估为高风险；否则转入步骤3)

[0050] 3)采集隧址及其附近围岩的水文地质信息，包括:构造、岩性组合、岩溶化程度、水文地质、岩体完整程度、空间位置、水量监测、水压监测、地下水位监测和早期物探成果；其中，各一级指标包括的影响因素如下：

[0051] 构造，包括的影响因素为：断层带内或断层带附近，向斜核部或靠近核部；

[0052] 岩性组合，包括的影响因素为：可溶岩岩体内，可溶岩与非可溶岩接触带附近；

[0053] 岩溶化程度，包括的影响因素为：强烈溶蚀风化，中等溶蚀风化，弱溶蚀风化，微新；

[0054] 水文地质，包括的影响因素为：地下水补给区或与地表水体有水力联系，地下水径流区，地下水排泄区；

[0055] 岩体完整程度，包括的影响因素为：完整性差，完整性较差；

[0056] 空间位置，包括的影响因素为：附近高程有勘探钻孔揭露过岩溶洞穴，经过地质前期推测的现代岩溶水系统；

[0057] 水量监测，包括的影响因素为：隧洞涌水有较明显的增大趋势；

[0058] 水压监测，包括的影响因素为：系统布设的渗压计测值向掌子面方向有增大趋势；

[0059] 地下水位监测，包括的影响因素为：附近长观孔地下水位明显下降；

[0060] 早期物探成果，包括的影响因素为：显示有明显较大范围低阻区；

[0061] 其中，各一级指标因素的专家评分值以及其包括的影响因素的专家评分如下：

[0062] 构造：20；断层带内或断层带附近：10，向斜核部或靠近核10；

[0063] 岩性组合：10；可溶岩岩体内：10，可溶岩与非可溶岩接触带附近：5；

[0064] 岩溶化程度：20；强烈溶蚀风化：20，中等溶蚀风化：15，弱溶蚀风化：10，微新：0；

[0065] 水文地质：20；地下水补给区或与地表水体有水力联系：20，地下水径流区：15，地下水排泄区：15；

[0066] 岩体完整程度：10；完整性差：10，完整性较差：5；

[0067] 空间位置：20；附近高程有勘探钻孔揭露过岩溶洞穴：10，经过地质前期推测的现代岩溶水系统：10；

[0068] 水量监测：10；隧洞涌水有较明显的增大趋势：10；

[0069] 水压监测：10；系统布设的渗压计测值向掌子面方向有增大趋势10；

[0070] 地下水位监测：10；附近长观孔地下水位明显下降：10；

[0071] 早期物探成果10；显示有明显较大范围低阻区：10；

[0072] 根据上述一级指标因素建立指标层次表，根据指标层次表与模糊数学法获得的因素权值，计算出风险等级值；

[0073] 所述风险等级值的计算方法如下：

[0074] 计算各一级指标因素的风险值，为包括的影响因素的专家评分和因素权值的乘积；

[0075] 风险等级值为各一级指标因素的风险值的累加值；

[0076] 4)根据风险等级值，确定岩溶洞穴突水等级；若风险等级值大于80，则评估岩溶洞穴突水风险为极高；若风险等级值为40至80，则评估岩溶洞穴突水风险为高；若风险等级值小于40，则评估岩溶洞穴突水风险为低。

[0077] 本发明利用模糊数学和专家调查法提出一套可靠高效的隧道岩溶地质灾害风险评估定量化判断标准和评估方法，不仅使其能直观的评价灾害风险，也能更加方便于计算机风险评估系统的集成，并以此进行隧道岩溶地质灾害风险评估，这一方法对隧道地质超前预报有着重大的意义。

[0078] 本发明具有科学严谨，高效易操作、稳定可靠、适用范围广等优点，可为类似隧道地质超前预报提供借鉴。

[0079] 表1岩溶洞穴(管道)突水评分标准

[0080]

[0081]

[0082] 表2岩溶洞穴(管道)突水等级风险划分

[0083]评分值 风险等级
>80 岩溶风险极高
40-80 岩溶风险高
<40 岩溶风险低

[0084] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。