隨著交通建設(shè)的大力發(fā)展，隧道已是我國交通系統(tǒng)中重要的一個組成部分。近年來學者們開始關(guān)注隧道在投入運營后產(chǎn)生的一些問題，隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶堵塞(如圖1)就是其中的熱點之一[1-7]，隧道的排水系統(tǒng)就猶如人體的血管，一旦發(fā)生堵塞就會對隧道整體的健康狀態(tài)產(chǎn)生影響，進一步地可能導致襯砌開裂、隧道滲漏水、隧道內(nèi)配套電器設(shè)施失效等問題發(fā)生，對隧道內(nèi)行車安全造成重大影響。模糊評價理論逐漸被應(yīng)用于工程建設(shè)中，將傳統(tǒng)工程中一些定性和經(jīng)驗值進行量化，進一步地準確指導實際工程，不僅能提升工程安全性，同時又可降低工程造價。賈磊等[8]通過建立模糊評價模型對隧道圍巖穩(wěn)定性進行評價分級，為隧道施工圍巖穩(wěn)定性提供參考依據(jù);王德民等[9]運用模糊綜合評價法對隧道開挖注漿效果進行了分級評價，并應(yīng)用于指導實際工程，對注漿效果進行量化;馬巖等[10]通過建立模糊綜合評價模型，對隧道排水系統(tǒng)進行評價分級;但對于隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶堵塞的影響因素正處于研究中，各因素與結(jié)晶關(guān)系并未得到準確量化，通過模糊理論將一些不易定量的影響因素進行量化，然后建立模糊評價模型，即可對研究對象進行量化分級，并結(jié)合隧道養(yǎng)護相關(guān)規(guī)范，為隧道運營期養(yǎng)護工作提供優(yōu)化方案。圖1隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶堵塞。

　　一、隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶堵塞程度分級

　　1.評價模型根據(jù)目前學者們[1-7]目前對隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶機理的研究，以多級模糊綜合評價對評價對象進行劃分(如圖2)。選取一級評價8項單因素，分別為：管道連接形式、排水坡度、排水管材料、水力半徑、地下水pH值、速凝劑摻和量、圍巖巖溶、襯砌溶解。二級評價，3項二級因素，流速、pH值、鈣離子含量;2項單因素，二氧化碳濃度、水溫。

　　2.隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶堵塞風險分級根據(jù)《公路隧道養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》(JTGH12-2015)[11]對隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶堵塞風險等級進行分級如表1所示。將隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶堵塞風險等級劃分為五個等級：Ⅰ級(較低風險)、Ⅱ級(低風險)、Ⅲ級(中風險)、Ⅳ級(高風險)、Ⅴ級(較高風險)，并將各級排水系統(tǒng)每延米排水量和相對應(yīng)處置方法分類。

　　二、隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶堵塞程度評價體系

　　1.模型參數(shù)二級模糊綜合評價模型如式(1)。其中，B為對象的模糊綜合評價;A為二級評價的權(quán)向量，Ai(i=1，2，…，n)為一級評價的權(quán)向量;Ui(i=1，2，…，n)為二級評價的模糊評價矩陣，Uij(i=1，2，…，n;j=1，2，…，m)為一級評價的模糊評價矩陣;為模糊矩陣合成算子。式(1)中需要確定各級權(quán)向量A、Ai，和模糊評價矩陣Ui、Uij和模糊矩陣合成算子“”。(1)對于模糊算子的選取，評價模型通常使用諸因素決定性模糊綜合評價模型，主因素突出型模糊綜合評價模型，加權(quán)平均型模糊綜合評價模型，對于隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶堵塞風險的研究需考慮各種因素對其造成的影響，故使用加權(quán)平均型模糊綜合評價模型M(·，+)。

　　2.隸函數(shù)確定對于隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶堵塞程度評價模型共選取10個影響因素，其中定量指標5個：排水坡度、地下水pH值、速凝劑摻和量、水溫;對于5個定量指標中，正向定量指標為：排水管道粗糙度、地下水pH值、水溫;負向定量指標為：排水坡度、速凝劑摻和量。定性指標4個：管道連接型式、圍巖溶解、襯砌溶解、二氧化碳濃度。(1)定量指標隸函數(shù)隸函數(shù)選取降半梯形分布函數(shù)(式2)進行隸屬度計算，式1中a、b、c、d、e為參數(shù)，例如正向型定量指標管道摩擦系數(shù)中的5個等級劃分為0.009~0.011、0.009~0.011、0.011~0.013、0.013~0.015、0.015~0.017，參數(shù)a、b、c、d、e為0.009、0.011、0.013、0.015、0.017。同理可得到負向型定量指標，并劃分等級，其定量評價指標劃分如表2所示。(2)定性指標隸函數(shù)定性指標共計5個：水力半徑、管道連接形式、圍巖溶解、襯砌溶解、二氧化碳濃度。通過隸屬度取值表進行確定(表3)。對定性指標按照其對隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶堵塞影響的程度分為：無影響、輕微影響、中等影響、嚴重影響、極嚴重影響。

　　3.模糊評價權(quán)重對于模糊評價體系中的權(quán)重，即為表征所選取各單因素對整體評價結(jié)果影響的程度，一般采用專家評定法、因素敏感度法、統(tǒng)計影射法、數(shù)理統(tǒng)計法等方法進行權(quán)重的確定。此處采取專家評定法以構(gòu)建模糊評價權(quán)重集如表4。

　　三、工程應(yīng)用

　　1.工程概況白巖腳隧道為分離式復(fù)合襯砌隧道，隧道左幅全長5265m，起止樁號ZK20+740~ZK26+005;右幅全長4245m，起止樁號YK20+720~YK25+965。最大埋深470m，隧道區(qū)海拔高程介于1505~2001m之間。多年平均降水量914.6mm，年最大降水量1520mm，年最小降水量510mm。評價處樁號ZK20+800，該段為Ⅴ級圍巖，以碎石、強風化白云巖為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，富水性較強。環(huán)向排水管采用單壁HDPE，ND75mm半管，橫向、縱向排水管均采用HDPE，DN110mm管道。通過現(xiàn)場測量和相關(guān)設(shè)計資料，ZK20+800處的排水系統(tǒng)結(jié)晶堵塞影響因素取值如表5。將表5中影響因素取值帶入隸屬函數(shù)，即可得到模糊關(guān)系矩陣，如下：UAB1655.02485.01769.02979.01112.0由最大隸屬度原則，即可知該隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶堵塞風險為低風險，并偏向于中風險，結(jié)晶堵塞的影響和排水系統(tǒng)維護的周期可參照表2進行選擇，建議隧道排水量較大時(如雨季)，每季度清理一次;隧道排水量較小時(如旱季)每兩季度清理一次。

　　四、結(jié)論

　　(1)提出隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶風險模糊評價模型，可用評估隧道投入運營后的排水系統(tǒng)結(jié)晶的風險狀態(tài)，并對養(yǎng)護周期做出一定指導，節(jié)約養(yǎng)護成本。

　　(2)目前隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶影響因素尚處于研究，文章以已探明的幾種影響因素，建立模糊評價模型，在之后的研究中可能還會出現(xiàn)新的影響因素，評價模型需不斷優(yōu)化調(diào)整，以便得到更加準確的評價結(jié)果。

　　(3)對于實際投入運營的隧道而言，由于圍巖、地下水、襯砌等因素的影響，對于同一隧道可根據(jù)實際情況將其劃分為多段進行評價，已達到跟實際更加貼切的目的，同時也能夠優(yōu)化隧道排水系統(tǒng)養(yǎng)護方案。

　　《隧道排水系統(tǒng)結(jié)晶堵塞風險模糊評價模型研究》來源：《中國水運》，作者：聶崇欣 饒軍應(yīng)