岩溶山区城市地下隧道工程地质灾害风险分析

付君宜; 陈发达; 沈志平; 尹林莉; 王祥

doi:10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.202205013

岩溶山区城市地下隧道工程地质灾害风险分析

doi: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.202205013

1.
贵州正业工程技术投资有限公司，贵州贵阳　550012
2.
贵阳市城市轨道交通集团有限公司，贵州贵阳　550081

基金项目: 贵州省科研机构创新能力建设专项资金项目（黔科合服企[2019]4003）；中央引导地方科技发展资金项目（黔科中引地[2021]4001）

详细信息

作者简介:
付君宜（1988-），男，河南开封人，硕士，高级工程师，主要从事岩土工程方向的研究工作。E-mail：415981578@qq.com

通讯作者:
陈发达（1968-），男，贵州贵阳人，学士，研究员，主要从事城市轨道交通建设与管理工作。E-mail: 375431376@qq.com

中图分类号: P694；U452.1+1
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出版历程
- 收稿日期: 2022-05-07
- 录用日期: 2022-08-17
- 修回日期: 2022-07-26
- 网络出版日期: 2023-04-06

Analysis of risk of geological hazards for urban tunnel engineering in mountainous karst areas: A case study in Guiyang City

1.
Guizhou Zhengye Engineering and Technology Investment Co. Ltd., Guiyang, Guizhou　550012, China
2.
Guiyang Urban Rail Transit Group Co. Ltd., Guiyang, Guizhou　550081, China

摘要

摘要: 岩溶山区城市地下隧道工程施工过程中存在大量不确定地质灾害风险因素，由于成本和工期等原因无法详细查明所有水文地质和工程地质灾害风险源，导致各种灾害事故频发。目前对于隧道工程灾害评价方法多依靠专家打分，受人为主观因素影响大，且部分评价指标难以量化。为解决上述问题，依托岩溶山区轨道交通工程—贵阳市轨道交通2号线一期工程，统计其26段区间隧道施工过程中灾害发生位置、类型，仅选取明显相关地质灾害风险因素作为评价因素，根据灾害类型和地质灾害风险因素的位置关系反演出灾害发生频率与地质灾害风险因素间的耦合关系，建立岩溶山区城市隧道工程风险灾害评价体系。评价结果表明灾害发生频率与评价体系分段结果吻合程度均在69%以上，评价体系能够较好预测灾害发生频率。
- 岩溶山区 /
- 隧道工程 /
- 风险评价 /
- 灾害频率 /
- 反演分析
Abstract: Construction of urban tunnel engineering in mountainous karst regions involves a plethora of uncertain geological risk factors. Due to cost and schedule constraints, hydrogeological and engineering geological risk sources cannot be identified in detail, leading to frequent disasters. Expert Scoring, which is influenced by human subjectivity, is a common method for disaster evaluation in tunnel engineering, and some evaluation indicators are difficult to quantify. In order to address these issues, Guiyang Rail Transit Line 2 Phase I project was selected as a case study to establish a risk disaster evaluation system for urban tunnel engineering in mountainous karst regions. The location and type of the disasters during construction were recorded for 26 running tunnels, and geological risk factors that were significantly correlated were selected as evaluation factors. The coupling relationship between the frequency of disaster occurrence and the geological risk factors was inverted, leading to the establishment of the risk disaster evaluation system of urban tunnel engineering in mountainous karst region. The evaluation results demonstrate that the degree of consistency between the frequency of disaster occurrence and the segmentation results of the evaluation system is more than 69%, indicating that the evaluation system is capable of predicting the frequency of disaster occurrence effectively.
- mountainous karst region /
- tunnel engineering /
- risk evaluation /
- disaster frequency /
- back analysis

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图 1 贵阳市轨道交通2号线区间隧道平面分布

Figure 1. The plan distribution of Guiyang rail transit line 2 sectional tunnels

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图 2 七机路口站—云峰路站区间隧道地面塌陷与地表脱空

Figure 2. Surface collapse and surface void on sectional tunnel of Qiji -Yunfeng station

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图 3 部分区间隧道灾害事故分布图

Figure 3. Distribution map of disaster accidents in some tunnel sections

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表 1 灾害数量统计

Table 1. Satistics of Disaster quantity

灾害类型	发生次数	占比/%
涌水涌泥（坍塌）	86	47.5
地面塌陷（脱空）	71	39.2
管道破损	22	12.2
建（构）筑物沉降变形	2	1.1

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表 2 涌水涌泥（坍塌）灾害次数统计

Table 2. Statistics of of gushing water and bursting mud（collapse） disaster occurrences

岩土分界面与拱顶距离/m	次数	地下水位线与拱顶距离/m	次数
高于拱顶0～4	18	高于拱顶0～4	12
高于拱顶4～8	13	高于拱顶4～8	18
高于拱顶8以上	39	高于拱顶8以上	42
低于拱顶0～4	6	低于拱顶0～4	14
低于拱顶4以上	10	低于拱顶4以上	0

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表 3 涌水涌泥（坍塌）灾害评价因素评分标准和权重

Table 3. Scoring criteria and weighting table for gushing water and bursting mud（collapse） risk evaluation factors

评价因素分级	分值计算	权重
岩土分界面高于拱顶：0～4 m和4～8 m	10-平均距离	0.50
岩土分界面低于拱顶：0～4 m	5-平均距离
岩土分界面高于拱顶超过8 m或低于拱顶超过4 m	0
地下水位线高于拱顶：0～8 m	10-平均距离	0.35
地下水位线低于拱顶：0～4 m	5-平均距离
地下水位线高于拱顶超过8 m或低于拱顶超过4 m	0
岩溶发育等级强	8.3	0.15
岩溶发育等级中	5.1
岩溶发育等级弱	1.8
注：当岩土分界面高于拱顶超过8 m或低于拱顶超过4 m时，地下水位线与拱顶距离评价因素分值直接取0。

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表 4 地面塌陷（脱空）灾害评价因素评分标准和权重

Table 4. Scoring criteria and weighting table for surface collapse（void） risk evaluation factors

评价因素分级	分值	权重
岩溶发育等级强	8.3	0.55
岩溶发育等级中	5.1
岩溶发育等级弱	1.8
涌水涌泥（坍塌）灾害	涌水涌泥（坍塌）评分结果	0.45

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表 5 管道破损灾害风险分级标准

Table 5. Pipeline breakage disaster risk classification standards

风险因素分级	风险等级
地面塌陷（脱空）灾害风险等级为一级，且一级分段长度大于100 m	一级
其他情况均为三级	三级

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表 6 七机路口站—云峰路站区间隧道分段

Table 6. The running tunnel section of Qiji—Yunfeng station

岩土分界面与拱顶距离/m	里程	里程代号
高于拱顶0～4	YDK10+273.3～YDK10+462.5	1
高于拱顶0～4	YDK10+632.4～YDK10+745.3	3
高于拱顶4～8	YDK10+462.5～YDK10+632.4	2
高于拱顶4～8	YDK10+745.3～YDK10+809.5	4
低于拱顶0～4	YDK10+809.5～YDK11+018.3	5
低于拱顶超过4	YDK11+018.3～YDK11+182.2	6

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表 7 七机路口站—云峰路站区间隧道涌水涌泥（坍塌）灾害风险评价结果

Table 7. The evaluation of gushing water and bursting mud（collapse） on Qiji—Yunfeng station running tunnel

里程代号	岩土分界面与拱顶平均距离			地下水与拱顶平均距离			岩溶发育等级			评价结果	风险等级
里程代号	平均距离/m	分值	权重	平均距离/m	分值	权重	等级	分值	权重	评价结果	风险等级
1	高于拱顶2.6	7.4	0.5	高于拱顶5.9	4.1	0.35	强	8.3	0.15	6.4	一级
2	高于拱顶5.4	4.6		高于拱顶6.3	3.7		强	8.3		4.8	二级
3	高于拱顶3.6	6.4		高于拱顶6.2	3.8		强	8.3		5.8	一级
4	高于拱顶5.4	4.6		高于拱顶6.0	4		强	8.3		4.9	二级
5	低于拱顶2.1	2.9		高于拱顶4.5	5.5		强	8.3		4.6	二级
6	低于拱顶超过4	0		−	0		强	8.3		1.2	三级

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表 8 七机路口站—云峰路站区间隧道地面塌陷（脱空）灾害风险评价结果

Table 8. The evaluation of surface collapse（void） on Qiji —Yunfeng station running tunnel

里程代号	岩溶发育等级			涌水涌泥（坍塌）		评价结果	风险等级
里程代号	等级	分值	权重	分值	权重	评价结果	风险等级
1	强	8.3	0.55	6.4	0.45	7.4	一级
2	强	8.3		4.8		6.7	一级
3	强	8.3		5.8		7.2	一级
4	强	8.3		4.9		6.8	一级
5	强	8.3		4.6		6.6	一级
6	强	8.3		1.2		5.1	二级

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表 9 七机路口站—云峰路站区间隧道管道破损灾害风险评价结果

Table 9. The evaluation of pipeline damage on Qiji—Yunfeng station running tunnel

里程代号	地面塌陷（脱空）风险等级	长度/m	风险等级
1	一级	189.2	一级
2	一级	170.0	一级
3	一级	112.9	一级
4	一级	64.2	三级
5	一级	208.8	一级
6	二级	163.9	三级

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表 10 水井坡站—长岭路站区间隧道分段

Table 10. The geological summary of running tunnel section Shuijing—Changling station

岩土界面与拱顶距离/m	里程	里程代号
高于拱顶0～4	ZDK20+167.8～ZDK20+311.8	1
高于拱顶4～8	ZDK20+683.4～ZDK20+898.3	3
高于拱顶8以上	ZDK20+311.8～ZDK20+683.4	2

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表 11 水井坡站—长岭路站区间隧道涌水涌泥（坍塌）灾害风险评价结果

Table 11. The evaluation of gushing water and bursting mud（collapse） on Shuijing—Changling station running tunnel

里程代号	岩土分界面与拱顶平均距离			地下水与拱顶平均距离			岩溶发育等级			评价结果	风险等级
里程代号	平均距离/m	分值	权重	平均距离/m	分值	权重	等级	分值	权重	评价结果	风险等级
1	高于拱顶1.8	8.2	0.5	高于拱顶0.9	9.1	0.35	强	8.3	0.15	8.5	一级
2	高于拱顶8.1	0		高于拱顶2.9	0		强	8.3		1.2	三级
3	高于拱顶7	3		高于拱顶6.6	3.4		强	8.3		3.9	二级

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表 12 水井坡站—长岭路站区间隧道地面塌陷（脱空）灾害风险评价结果

Table 12. The evaluation of surface collapse（void） on Shuijing—Changling station running tunnel

里程代号	岩溶发育等级			涌水涌泥（坍塌）		评价结果	风险等级
里程代号	等级	分值	权重	分值	权重	评价结果	风险等级
1	强	8.3	0.55	8.5	0.45	8.4	一级
2	强	8.3		1.2		5.1	二级
3	强	8.3		3.9		6.3	二级

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表 13 水井坡站—长岭路站区间隧道管道破损灾害风险评价结果

Table 13. The evaluation of pipeline damage on Shuijing—Changling station running tunnel

里程代号	地面塌陷（脱空）风险等级	长度/m	风险等级
1	一级	144.0	一级
2	二级	371.6	三级
3	二级	214.9	三级

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表 14 阳明祠站—省医站区间隧道分段

Table 14. The running tunnel section of Yangmingci—Provincial hospital station running tunnel

岩土界面与拱顶距离/m	里程	里程代号
高于拱顶0～4	ZDK34+897.8～ZDK34+971.2	3
低于拱顶0～4	ZDK34+793.7～ZDK34+897.8	2
高于拱顶8	ZDK34+636.7～ZDK34+793.7	1
高于拱顶8	ZDK34+971.2～ZDK35+191.4	4

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表 15 阳明祠站—省医站区间隧道涌水涌泥（坍塌）灾害风险评价结果

Table 15. The evaluation of gushing water and bursting mud（collapse） on Yangmingci—Provincial hospital station running tunnel

里程代号	岩土分界面与拱顶平均距离			地下水与拱顶平均距离			岩溶发育等级			评价结果	风险等级
里程代号	平均距离/m	分值	权重	平均距离（m）	分值	权重	等级	分值	权重	评价结果	风险等级
1	高于拱顶8	0	0.5	0	0	0.35	中	5.1	0.15	0.8	三级
2	低于拱顶1.9	3.1		低于拱顶2.4	2.6		中	5.1		3.2	二级
3	高于拱顶2.3	7.7		低于拱顶2.8	2.2		中	5.1		5.4	一级
4	高于拱顶8	0		0	0		中	5.1		0.8	三级

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表 16 阳明祠站—省医站区间隧道地面塌陷（脱空）灾害风险评价结果

Table 16. The evaluation of surface collapse（void） on Yangmingci —Provincial hospital station

里程代号	岩溶发育等级			涌水涌泥（坍塌）		评价结果	风险等级
里程代号	等级	分值	权重	分值	权重	评价结果	风险等级
1	中	5.1	0.55	0.8	0.45	3.2	三级
2	中	5.1		3.2		4.2	二级
3	中	5.1		5.4		5.2	二级
4	中	5.1		0.8		3.2	三级

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表 17 阳明祠站—省医站区间隧道管道破损灾害风险评价结果

Table 17. The evaluation of surface pipeline damage on Yangmingci—Provincial station

里程代号	地面塌陷（脱空）风险等级	长度/m	风险等级
1	三级	157.0	三级
2	二级	104.1	三级
3	二级	73.4	三级
4	三级	220.2	三级

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表 18 灾害风险等级与灾害发生频率

Table 18. Disaster risk level and frequency of disasters

灾害类型	风险等级	灾害发生频率（m/处）
涌水涌泥（坍塌）	一级	0～51
	二级	51～200
	三级	>200
地面塌陷（脱空）	一级	0～83
	二级	83～210
	三级	>210
管道破损	一级	0～270
管道破损	三级	>270

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表 19 与实际灾害发生频率相符的区间隧道长度占比

Table 19. Percentage of running tunnel length corresponds to the actual disaster frequency

灾害类型	与实际发生灾害频率相符的区间长度/m	区间隧道总长度/m	准确率占比/％
涌水涌泥（坍塌）	16978.8	23254.2	73.0
地面塌陷（脱空）	16038.8	23254.2	69.0
管道破损	21167.2	23254.2	91.0

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