基于模糊综合评价法的软弱围岩隧道洞口段施工风险评价

Construction Risk Evaluation of Weak Surrounding Rock Tunnel Portal Section Based on Fuzzy Comprehensive Evaluation Method

摘要: 依托某隧道高速公路项目洞口段施工部分，构造三层次的软弱围岩隧道洞口段的施工风险评价体系，提出了一种基于模糊综合评价法的软弱围岩隧道洞口段施工风险评价模型。首先，运用灰色关联法与CRITIC法确定评价目标的主、客观权重，并在此基础上确定组合权重。其次，通过建立梯形隶属度函数来构建隶属度矩阵。最后，利用模糊综合评价法对评价目标进行风险评估，并将该评估模型应用于施工开挖实体工程中，并与现场评估结果进行对比。研究结果表明模型计算的结果与现场评估结论基本吻合，验证了该模型的可行性，为实际工程施工提供了更有价值的信息支持。

Abstract: Based on the construction part of the tunnel entrance section of a certain tunnel expressway project, a three-level construction risk assessment system for the tunnel entrance section of weak surrounding rock tunnels is constructed, and a construction risk assessment model for the tunnel entrance section of weak surrounding rock tunnels based on the fuzzy comprehensive evaluation method is proposed. Firstly, the subjective and objective weights of the rating target are determined by using the grey relational method and the CRITIC method, and on this basis, the combined weights are determined. Secondly, the membership degree matrix is constructed by establishing a trapezoidal membership degree function. Finally, the fuzzy comprehensive evaluation method is utilized to conduct a risk assessment of the evaluation target, and this evaluation model is applied to the actual construction excavation project. The on-site assessment results are then compared. The research results show that the calculation results of the model are basically consistent with the on-site assessment conclusions, verifying the feasibility of the model and providing more valuable information support for the actual engineering construction.

1. 引言

随着隧道工程建设规模的逐渐扩大以及国家对于基础设施建设的大力推行，隧道工程的施工安全风险已逐渐引起各界人士的关注。作为高速公路工程建设中的关键环节，隧道建设则显得尤为重要，尤其是在遇到软弱围岩的状况下，隧道施工过程中的围岩稳定性问题则更为突出，因其地质与水文环境的复杂性以及更易受到施工扰动的缘由，使得该类隧道易发生形变、裂缝及坍塌等问题困扰，从而影响到人员安全，造成经济损失。

目前，针对软弱围岩隧道施工的研究已成为该工程的重要研究内容。关于软弱围岩的隧道稳定性研究，张成平等[1]利用模型试验的方法分析了软岩隧道塌方的机理及相关特征，为避免发生隧道塌方事故提供了思路；韩立志[2]对洞口段进行模型研究，通过对围岩和衬砌在不同材料下应力的变化进行分析，得出了双侧壁导坑法能明显提高偏压浅埋特征隧道施工的安全性。徐海清[3]结合软弱围岩岩体的蠕变特征与变形曲线，以尖点突变理论为基础，建立了软岩隧道围岩塌方的尖点突变预测模型，推导得出了围岩的失稳判据，以此来判断其稳定性。杨佳奇[4]对高寒区域隧道洞口段施工安全风险评估采用了模糊层次综合评价法进行研究，结果表明了该方法在高寒区域隧道洞口段施工风险评估的科学合理性。于洋[5]通过GCD-FEC对水库导流洞建立风险评价方法，发现其综合评估和实地调查结果基本一致，验证了其在隧洞施工风险评估中的可靠性。胡义焕等[6]针对地下综合管廊施工风险的评估，运用了危险性分析法和模糊综合评价法进行分析评价，分类确定了风险识别清单，并提出了相对应的风险应对措施。杨文东等[7]根据边坡的风险评估特征，在模糊评价的基础上采用云模型方法构建评价指标的隶属度函数，对边坡的风险等级进行综合评价。LIN等[8]在判定边坡施工安全风险评估指标体的过程中，同时又对评价指标体系中11个参数进行加权系数分布，提出了评价指标的重要性排序。ZHANG等[9]运用了属性数学的基础理论，建立了隧道洞口段的边坡稳定性风险评估模型。童乐等[10]建立了隧道洞口段施工风险指标权重体系，同时将评价体系细分为11个影响因子，验证其评价方法在隧洞段的有效性。软弱围岩隧道在塌方之前一般是经历一个渐进的过程，其涵盖了围岩状态的变化以及损伤的逐步积累，当围岩的形变量或应力值达到临界状态时，变形会瞬间加剧从而导致拱架弯曲甚至拱顶塌方等问题的出现，表现为从渐变到突变的非连续跳跃。

现有研究广泛应用层次分析法、模糊集理论、故障树分析法和熵权法等方法，能有效分析评价高速公路隧道施工的风险因素，但仍面临着计算步骤繁琐以及指标权重的主观性过强等些许问题。因此，本文通过构造软弱围岩隧道洞口段施工风险评价体系，基于模糊综合评价法提出的软弱围岩隧道洞口段施工风险评价模型，验证了该模型合理性及有效性，为软岩隧道的工程建设及施工风险控制提供参考依据。

2. 软岩隧洞段施工风险评价体系

针对软弱围岩隧道洞口段施工开挖评价体系选取合理的评价体系，是精准评价该体系及其风险识别的基础。与软岩隧道施工风险评价相关的因素有很多，如果选取太多指标进行计算，会削弱结果的合理性，因此，评价指标选取应具有针对性和可靠性。在评价指标的选取上应该遵循科学性与可行性相统一，独立性与相关性相统一[11]。本文结合相关文献[12]-[14]及一些软弱围岩隧道洞口段开挖施工案例，针对纳赫高速公路项目工程地质因素、环境因素、施工因素和监控量测4个方面，选取岩体强度及特性、衬砌支护、地表沉降监测等13个主要影响软弱围岩隧道洞口段开挖施工安全的评价指标，用于构建软弱围岩隧道洞口段施工开挖风险评估体系，如图1所示。

Figure 1. Construction excavation risk assessment system

图1. 施工开挖风险评估体系

3. 基于GCD-CRITIC的施工安全风险评价方法

3.1. GCD确定施工安全风险权重

灰色关联法[15]是利用灰色概念分析事物与变量的方法，是一种用于量化和分析因素之间关联度的方法。该方法通过比较因素序列曲线的相似程度来判断各评价指标之间的关联度大小，曲线越相似，则关联度越高。计算如下。

1) 构造判断矩阵

$A_{ij}=\left[\begin{array}{cccc}{A}_{11}& A_{12}& \cdots & A_{1j}\\ A_{21}& A_{22}& \cdots & A_{2j}\\ ⋮& ⋮& \ddots & ⋮\\ A_{i1}& A_{i2}& \cdots & A_{ij}\end{array}\right]$ (1)

式中：$A_{ij}$ 表示指标i相对于指标j的重要程度。

2) 求解相似系数和相似矩阵。

$R_{xy}=1-{\left(\frac{1}{n}{\displaystyle \sum _j^n{\left(A_{xj}-A_{yj}\right)}^2}\right)}^{\frac{1}{2}}$ (2)

式中，$R_{xy}$ ——相似系数；$x、y$ ——各因素的评价相似数据。根据式(2)得到${\left(R_{xy}\right)}_{m\times m}$ 。

3) 根据式(3)和式(4)得到专家权重偏离度$L_m$ 和权重相对偏离度$Q_m$ 。

$L_m={\displaystyle \sum _{i=1}^k{R}_{mi}}$ (3)

$Q_m=\frac{L_{\max }-L_m}{L_{\max }}\times 100\%$ (4)

当$Q_m\le Q_0$ 时，专家评价有意义；当$Q_m\ge Q_0$ 时，专家重新评分直到$Q_m\le Q_0$ 。

4) 风险因素占专家评分最大权重$W_{11}$ ，对$b_{1j}$ 计算。根据式(5)得到$W_{11}$ 序列差${\Lambda }_{1j}^{\left(h\right)}$ 。

${\Lambda }_{1j}^{\left(h\right)}=\left|b_{11}-b_{1j}\right|$

$\left(j=1,2,3,\cdots ,n;h=1,2,3,\cdots ,m\right)$

$B_{1j}^{\left(h\right)}=\frac{m+\xi M}{{\Lambda }_{1j}+\xi M}$ (5)

式中，$B_{1j}^{\left(h\right)}$ ——灰色关联系数；$M$ ——序列最大差值；m——序列最小差值；$\xi$ ——取值为0.5。根据式(6)得到灰色关联度。

$\epsilon \frac{\left(h\right)}{1j}=\frac{1}{i_1}{\displaystyle \sum _{j=1}^{i_1}{B}_{1j}^{\left(h\right)}}$ (6)

5) 对各指标归一化处理，得到矩阵权重系数$a_{ij}$ ，公式如下。

$W_i=\left(a_1,a_2,a_3,\cdots ,a_n\right)$

$W_{ij}=\left(a_{i1},a_{i2},a_{i3},\cdots ,a_{ij}\right)$

$\left(i=1,2,3,\cdots ,n;j=1,2,3,\cdots ,m\right)$ (7)

3.2. CRITIC法

CRITIC法是一种基于指标之间的相关性分析，该方法通过数学手段客观地确定各指标的相对重要性，避免了人为因素的干扰。具体步骤如下：

1) 指标正向化和标准化

设有m个待评价对象，n项评价指标，则原始指标的数据矩阵$X$ 可表示为：

$X=\left[\begin{array}{cccc}{x}_{11}& x_{12}& \cdots & x_{1n}\\ x_{21}& x_{22}& \cdots & x_{2n}\\ ⋮& ⋮& \ddots & ⋮\\ x_{m1}& x_{m2}& \cdots & x_{mn}\end{array}\right]$ (8)

式中：$x_{ij}$ 表示第i项评价对象中的第j项评价指标的数值。

根据评级指标自身属性的不同，越大越优型和越小越优型指标分别按式(9)和式(10)进行标准化处理。

$x{\text{'}}_{ij}=\frac{x_{ij}-{\min }_{1\le i\le m}\left(x_{ij}\right)}{{\max }_{1\le i\le m}\left(x_{ij}\right)-{\min }_{1\le i\le m}\left(x_{ij}\right)}$ (9)

$x{\text{'}}_{ij}=\frac{{\max }_{1\le i\le m}\left(x_{ij}\right)-x_{ij}}{{\max }_{1\le i\le m}\left(x_{ij}\right)-{\min }_{1\le i\le m}\left(x_{ij}\right)}$ (10)

式中：${\max }_{1\le i\le m}\left(x_{ij}\right)$ 、${\min }_{1\le i\le m}\left(x_{ij}\right)$ 分别代表在整个评价样本数据中第j个评价指标的最大值和最小值。由此可得到标准化的指标数据矩阵$X\text{'}$ ：

$X\text{'}=\left[\begin{array}{cccc}x{\text{'}}_{11}& x{\text{'}}_{12}& \cdots & x{\text{'}}_{1n}\\ x{\text{'}}_{21}& x{\text{'}}_{22}& \cdots & x{\text{'}}_{2n}\\ ⋮& ⋮& \ddots & ⋮\\ x{\text{'}}_{m1}& x{\text{'}}_{m2}& \cdots & x{\text{'}}_{mn}\end{array}\right]$ (11)

2) 信息承载量计算

通过式(12)和式(13)计算各评价指标的标准差，利用标准差反映评价指标的变异性。标准差越大，指标反映的信息也就更多，因而指标权重占比更大。

${\overline{x}}_{ij}=\frac{1}{m}{\displaystyle \sum _{i=1}^{m}x{\text{'}}_{ij}}$ (12)

${\sigma }_j=\sqrt{\frac{1}{m-1}{{\displaystyle \sum _{i=1}^m\left(x{\text{'}}_{ij}-{\overline{x}}_j\right)}}^2}$ (13)

式中：${\overline{x}}_j$ 为第j项评价指标的均值；${\sigma }_j$ 为第j项评价指标的标准差。

然后，通过式(14)计算指标之间的相关系数，利用相关系数反映各指标之间的冲突性。

${\rho }_{ij}=\frac{\mathrm{cov}\left(x{\text{'}}_i,x{\text{'}}_j\right)}{{\sigma }_i{\sigma }_j}\left(i,j=1,2,3\cdots ,n\right)$ (14)

式中：${\rho }_{ij}$ 为第i个评价指标与第j个评价指标的相关系数：$\mathrm{cov}\left(x{\text{'}}_i,x{\text{'}}_j\right)$ 为标准矩阵$X\text{'}$ 中指标i与指标j之间的协方差。

最后，采用式(15)求解评价指标的信息承载量。

$G_j={\sigma }_j{\displaystyle \sum _{j=1}^n\left(1-{\rho }_{ij}\right)}$ (15)

式中：$G_j$ 为第j个评价指标的信息承载量。

3) 客观权重计算

承载信息量越大，指标权重占比就越大，将指标承载信息量归一化后求解各评价指标客观权重。

${\beta }_j=\frac{G_j}{{\displaystyle \sum _{j=1}^n{G}_j}}$ (16)

3.3. 组合权重计算

当只使用灰色关联法或CRITIC法计算评价指标权重时，会使权重计算陷入过于主观或者过于客观的境地，为了使得计算得出的组合权重数据在可以充分考虑专家经验的同时，又可以兼顾评价指标数据的客观性。因此，在利用灰色关联法和CRITIC法求出评价指标主、客观权重的基础上，依据最小鉴别信息原理求解两组数据的组合权重，从而得到第j项评价指标的组合权重为：

${\gamma }_j=\frac{\sqrt{{\alpha }_j{\beta }_j}}{{\displaystyle \sum _{j=1}^n\sqrt{{\alpha }_j{\beta }_j}}}$ (17)

4. 软岩隧道施工风险的模糊综合评价

模糊综合评价法是模糊数学中的一种方法。1965年，美国专家扎德(L.A. Zadeh)教授发表了名为《模糊集合》的文章，提出了一种基于模糊理论的综合评价方法。模糊数学引入了“隶属度”的概念，用来描述元素属于某个模糊集合的程度，另一方面，与其他理论和方法进行融合，如与神经网络、遗传算法等相结合，进一步提高评价的准确性和科学性，为解决模糊性现象提供了有效的数学计算工具。模糊综合评价方法从模糊数学理论基础上发展而来，在解决具有模糊性的评价和决策问题上应用广泛。

4.1. 因素集和评价集确定

因素集由影响软弱围岩隧道洞口段施工的各因素构成，依据所构建的软弱围岩隧道洞口段施工开挖评价体系，将指标层中的各指标设为因素集$X=\left\{X_{11},X_{12},X_{13},X_{14},X_{21},X_{22},X_{31},X_{32},X_{33},X_{34},X_{41},X_{42},X_{43}\right\}$ 。评价集是评价主体对其评价对象可能产生的评价结果组成的集合，对于软弱围岩隧道洞口段施工开挖评价体系，参照事故可能性等级标准，采用四级评价法作为评价集，相对应的评分范围是根据纳赫高速评价工点的具体情况，结合实际经验，对其进行划分。评价集的具体量化标准如表1所示。

Table 1. The specific quantitative standards of the evaluation set

表1. 评价集具体量化标准

等级	风险评估描述	评分值$I$	防控措施
一级	围岩稳定性良好，开挖后掌子面保持稳定，无坍塌、掉块迹象。	$0\le I<25$	按常规施工工艺进行开挖，采用短台阶法施工，台阶长度控制在5~8 m；加强日常监控量测，每天监测1次，监测数据及时分析反馈。
二级	围岩存在一定程度的风化和裂隙，掌子面有少量掉块现象，沉降和位移速率处于可控范围。	$25\le I<50$	采用微台阶法开挖，台阶长度缩短至3~5 m，减少开挖面暴露时间；加密监控量测频率至每天2次，重点监测掌子面及周边围岩的变形情况。
三级	围岩稳定性较差，掌子面出现较明显的坍塌迹象，沉降和位移速率较快，初期支护受力接近设计限值。	$50\le I<75$	采用CRD法(交叉中隔壁法)或双侧壁导坑法开挖，将开挖断面分成多个小断面分次开挖，每步开挖后立即进行初期支护；监控量测频率提高至每天3~4次，实行24小时值班监测，一旦发现数据异常，立即停止施工并采取应急措施。
四级	围岩极为破碎，掌子面出现大面积坍塌或涌水、突泥现象，沉降和位移急剧增大，初期支护已出现裂缝、变形等破坏迹象，可能导致重大安全事故。	$75\le I<100$	立即停止开挖作业，对掌子面进行紧急封闭，采用喷射混凝土 + 锚杆 + 钢拱架联合支护，喷射混凝土厚度不小于10 cm，锚杆长度4~5 m，钢拱架间距加密至50 cm；启动应急预案，设置警戒区域。

4.2. 构建隶属度函数

为了定量分析各评价指标所对应的软弱围岩隧道洞口段施工开挖风险评估的等级，和评价集的量化标准一样，各评价指标的评判标准划分为4个等级，在查阅隧道高速公路项目施工设计图纸和《工程岩体分级标准》GB/T 50218-2014、《爆破安全规程》GB 6722-2014等国家及行业标准后，对每个等级结合现场工程实际施工经验总结整理出各评价指标的具体标准，用于评分和赋值。如表2所示。

Table 2. Specific assignment standards for indicators

表2. 指标具体赋值标准

评级指标		等级划分
		一级(0~25)	二级(25~50)	三级(50~75)	四级(75~100)
工程 地质 因素	岩体强度 及特性	单轴抗压强度 ≥ 60 MPa，岩体强度高， 稳定性良好。	30 MPa ≤ 单轴抗压强度< 60 MPa，岩体强度 中等。	15 MPa ≤ 单轴抗压强度< 30 MPa，岩体强度较低，需要采取措施来 增强其稳定性。	单轴抗压强度 < 15 MPa，岩体强度差，需要采取强有力的加固和支护措施。
	地下水 侵蚀	工程耐久性受地下水 侵蚀影响小。	存在一定程度的 侵蚀性。	侵蚀性较强，需采取 专门的防侵蚀措施。	侵蚀性极强，需要对工程结构进行特殊设计。
	断层 破碎带	断层破碎带宽度 < 5 m。	5 m ≤ 断层破碎带宽度 < 15 m。	15 m ≤ 断层破碎带宽度< 30 m。	15 m ≤ 断层破碎带宽度< 30 m。
	层理发育 状况	层理间距 ≥ 50 mm。	20 mm ≤ 层理间距 < 50mm。	5 mm ≤ 层理间距 < 20 mm。	层理间距 < 5 mm。
环境 因素	降水与气候	年降水量 < 600 mm， 且降水分布均匀。	年降水量600~1200 mm，年暴雨日数1~3天。	年降水量1200~1800 mm，年暴雨日数 4~7天。	年降水量 > 1800 mm，年暴雨日数 ≥ 8天。
	地形与坡度	地形平缓，自然坡度 < 15˚，地表植被 覆盖率≥ 80%。	地形缓坡，自然坡度 15˚~30˚，地表植被 覆盖率60%~79%。	地形陡坡，自然坡度 30˚~45˚，地表植被 覆盖率40%~59%。	地形急陡坡，自然坡度 > 45˚，地表植被 覆盖率 < 40%。
施工 因素	衬砌支护	衬砌厚度偏差 ≤ 5 mm，无裂缝、蜂窝麻面等 缺陷。	衬砌厚度偏差6~10 mm，存在个别细微裂缝(宽度 < 0.2 mm)。	衬砌厚度偏差11~20 mm，出现少量裂缝 (宽度0.2~0.3 mm)和 局部蜂窝麻面。	衬砌厚度偏差 > 20 mm，存在多条宽裂缝(宽度 > 0.3 mm)、大面积蜂窝麻面或空洞。
	开挖进尺 方式	循环进尺长度严格按设计执行，无超挖、欠挖 现象。	循环进尺长度略超设计值，超挖量 < 5%。	循环进尺长度超设计值较明显，超挖量5%~10%，局部出现欠挖。	循环进尺长度严重超设计值，超挖量 > 10%且欠挖严重。
	施工技术 水平	项目经理具备10年以上隧道施工经验，特种作业人员持证上岗率100%。	项目经理具备5~9年隧道施工经验，特种作业人员持证上岗率95%~99%。	项目经理3~4年隧道施工经验，特种作业人员持证上岗率90%~94%。	项目经理施工经验 < 3年，特种作业人员持证上岗率 < 90%。
	管理维护 水平	管理制度健全，设备定期维护保养率100%。	管理制度较完善，设备定期维护保养率95%~99%。	管理制度存在缺口，设备定期维护保养率85%~94%。	管理制度严重缺失，设备定期维护保养率 < 85%。
监控 量测	地表沉降 监测	累计沉降量 ≤ 20 mm，且连续7天沉降速率呈递减趋势。	累计沉降量21~50 mm，沉降速率总体平稳。	累计沉降量51~100 mm，沉降速率出现波动上升。	累计沉降量 > 100 mm，沉降速率持续上升。
	初支施工质量检测	喷射混凝土厚度偏差 ≤ 3 mm，抗压强度达标率100%。	喷射混凝土厚度偏差4~8 mm，抗压强度达标率95%~99%。	喷射混凝土厚度偏差9~15 mm，抗压强度达标率90%~94%。	喷射混凝土厚度偏差 > 15 mm，抗压强度达标率 < 90%。
	爆破振动 监测	爆破振动速度 ≤ 1.5 cm/s，振动频率 > 20 Hz。	爆破振动速度1.6~3 cm/s，振动频率10~20 Hz。	爆破振动速度3.1~5 cm/s，振动频率5~9 Hz。	爆破振动速度 > 5 cm/s，振动频率 < 5 Hz。

按照实际情况，软弱围岩隧道洞口段施工开挖风险评估时，根据表2的赋值标准对各评价指标进行评分。当评价指标为定量指标时，例如边坡高度、坡形坡率，依据划分标准按照边坡实际情况采用线性插分法进行赋值；而对于定性指标，例如坡体结构变化、地下水变化、施工周期等，主要是通过问卷调查形式让专家基于本文构建的赋值标准再结合自身的工程经验对此进行赋值，当有多名专家进行评判时取分数的平均值。评分完成后，通过隶属度函数求取评价指标对4个风险等级的隶属度。对于定量指标，本文采用梯形隶属度函数计算各评价指标的隶属度，如图2所示。

Figure 2. Diagram of evaluation membership function

图2. 评价隶属度函数示意图

4.3. 模糊综合评价

通过计算可得出第j个评价指标对于个评价等级的隶属度，将所有评价指标计算得出的结果进行组合形成隶属度矩阵$S$ ：

$S=\left[\begin{array}{cccc}{s}_{11}& s_{12}& s_{13}& s_{14}\\ s_{21}& s_{22}& s_{23}& s_{24}\\ ⋮& ⋮& ⋮& ⋮\\ s_{n1}& s_{n2}& s_{n3}& s_{n4}\end{array}\right]$ (17)

式中：n为评价指标个数；$S_{jk}$ 表示第j个评价指标对评价等级为k的隶属度。

将求取得到的组合权重向量$\gamma$ 和隶属度矩阵$S$ 相乘，可得到评估向量$E$ 。根据最大隶属度原则，选取评估向量$E$ 中的最大值代表的等级作为软弱围岩隧道洞口段施工开挖风险评估的结果。

5. 实际工程应用

5.1. 工程概况

纳雍至赫章高速公路NHTJ-4标段起讫里程为K49 + 900~YK56 + 491.036，线路全长6.59公里。项目场区地处乌蒙山脉北段，黔西高原与黔中山原的过渡带，场区地貌特征属溶蚀–侵蚀低中山地貌单元。

5.2. 施工安全风险评价

本文主要研究该标段中围岩等级较差的唢呐营隧道，选取里程桩号ZK54 + 880~ZK54 + 913作为研究对象，在表格中用A里程代替，采用前文提出的模型对软弱围岩隧道洞口段施工开挖风险进行评估。结合隧道洞内的实际的监控量测数据及衬砌破坏现象等实际情况，邀请多名相关专家及技术人员对于相应的评价指标进行打分，汇总整理得到各评价指标的具体评分，然后利用上述灰色关联法和CRITIC权重计算法计算出各评价指标的关联结果，最后进行乘积归一化处理计算出组合权重，结果如表3所示。

Table 3. The calculation result of the weight of the evaluation indicators

表3. 评价指标的权重计算结果

评价指标	灰色关联法	CRITIC法	组合权重
C11	0.622	0.081	0.067
C12	0.805	0.077	0.083
C13	0.852	0.069	0.079
C14	0.742	0.075	0.075
C21	0.652	0.063	0.055
C22	0.666	0.078	0.070
C31	0.824	0.065	0.072
C32	0.844	0.059	0.067
C33	0.758	0.076	0.077
C34	0.790	0.095	0.101
C41	0.726	0.075	0.073
C42	0.723	0.093	0.090
C43	0.723	0.094	0.091

5.3. 模糊综合评价

根据表3计算得到的评价指标的评价数据，利用隶属度函数关系式计算评价指标对于各评价指标的隶属度，隶属度计算结果如表4所示。

Table 4. The calculation results of the degree of membership for evaluation indicators

表4. 评价指标隶属度的计算结果

评价指标	一级	二级	三级	四级
C11	0.24	1	0.76	0
C12	1.	0.083	0	0
C13	0.31	1	0.69	0
C14	0	0.24	1	0.76
C21	0.28	1	0.72	0
C22	0.12	1	0.88	0
C31	0	0.12	1	0.88
C32	0	0.24	1	0.076
C33	0.04	1	0.96	0
C34	1	0	0.7	0
C41	0	0	0.78	1
C42	0.31	1	0.69	0
C43	0.18	1	0.82	0

根据计算得出的评价指标的隶属度可得到相应的隶属度矩阵，结合组合权重，利用矩阵乘积公式计算出各风险等级的隶属度值，软弱围岩隧道洞口段施工开挖风险评估结果如表5所示。根据最大隶属度原则，计算得到该隧道里程段施工开挖风险等级为三级。现场评估小组基于表1提出的评价集标准，利用LEC方法进行计算，评估结果如表5所示，与现场评估小组计算评估结果对比可知，使用本文提供的模型计算得出的结果与现场评估小组计算得出的结果基本一致，因此说明本文提出的模型具有可行性。

由图3中隧道出现的问题结合该评价体系和现场施工情况可知，导致其高风险的关键指标主要为指标C32 (开挖进尺方式)和C41 (地表沉降监测)，因此针对该隧道，需要围绕“短进尺、弱扰动、快支护、勤监测”核心原则，从优化开挖进尺方式和加强地表沉降检测两个方面制定具体应对措施，来确保后续施工的顺利进行。在开挖进尺方面，施工工法优先采用“分部开挖 + 早期闭合”工法以减少开挖对于围岩的扰动，垮塌区域优先采用双侧壁导坑法，且首先需要对垮塌部位进行超前加固(小导管注浆 + 管棚支护)。优先机械开挖，采用铣挖机、悬臂掘进机等机器进行开挖，避免因爆破震动对围岩造成二次损伤。进尺长度严格控制在0.6~0.8 m，修复段还需进一步缩短到0.5 m。在地表沉降检测方面，沿隧道轴线方向，每5 m设1个监测断面，隧道拱顶部位设立3个观测点，隧道拱脚两侧各设立2个观测点，采用全站仪每天进行观测并记录数据。对于洞内观测指标，拱顶下沉对于浅埋段允许值需小于等于15 mm，对于中埋段允许值需小于等于10 mm，周边收敛允许值需小于等于10 mm，若发现监测数据大幅变化，需立刻停工，全员撤离洞内，重新制定修复方案。

Table 5. Erosion risk assessment results

表5. 开挖风险评估结果

评价指标	一级	二级	三级	四级	模型计算结果	现场评估结果
A里程	0.0733	0.1033	0.3744	0.1333	三级	72

Figure 3. Scene situation diagram

图3. 现场情况图

6. 结论

本文主要依托纳雍至赫章高速公路NHTJ-4标段唢呐营隧道，构建软弱围岩隧道洞口段施工开挖风险评估体系，并将其应用于实际工程施工中，并与现场实际工况进行对比，得到以下结论：

1) 依托纳赫高速公路唢呐营隧道里程桩号ZK54 + 880~ZK54 + 913 (A里程)作为研究对象的施工开挖工程，结合专家调查打分，建立了软弱围岩隧道洞口段施工开挖风险评估体系，该评价体系结合现场实际工程状况和相关文献，概括总结出13种影响该体系的评价指标，并针对评价指标进行评估，评估结果与现场情况较吻合，适用于该类隧道施工开挖风险评估。

2) 基于模糊综合评价法，提出了一种软弱围岩隧道洞口段施工开挖风险评估模型。采用灰色关联法和CRITIC法分别计算得出评价指标的主、客观权重，利用最小鉴别信息原理确定评价指标的组合权重，在考虑专家经验的同时又能兼顾数据的客观性。通过实际工程的检验，证明该模型具有一定的可行性，有助于帮助识别施工过程中可能存在的风险，并做出合理的应对举措。

3) 针对隧道出现的问题结合该评价体系和现场施工情况，识别出开挖进尺方面和地表沉降方面为主要的风险源，并从两个评价指标着手，提出相应的隧道垮塌事故的应对措施，用于现场工程的修复以及后续施工的顺利进行。