隨著交通建設的大力發展，隧道已是我國交通系統中重要的一個組成部分。近年來學者們開始關注隧道在投入運營后產生的一些問題，隧道排水系統結晶堵塞(如圖1)就是其中的熱點之一[1-7]，隧道的排水系統就猶如人體的血管，一旦發生堵塞就會對隧道整體的健康狀態產生影響，進一步地可能導致襯砌開裂、隧道滲漏水、隧道內配套電器設施失效等問題發生，對隧道內行車安全造成重大影響。模糊評價理論逐漸被應用于工程建設中，將傳統工程中一些定性和經驗值進行量化，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定性進行評價分級，為隧道施工圍巖穩定性提供參考依據;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，對隧道排水系統進行評價分級;但對于隧道排水系統結晶堵塞的影響因素正處于研究中，各因素與結晶關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，并結合隧道養護相關規范，為隧道運營期養護工作提供優化方案。圖1隧道排水系統結晶堵塞。

　　一、隧道排水系統結晶堵塞程度分級

　　1.評價模型根據目前學者們[1-7]目前對隧道排水系統結晶機理的研究，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.隧道排水系統結晶堵塞風險分級根據《公路隧道養護技術規范》(JTGH12-2015)[11]對隧道排水系統結晶堵塞風險等級進行分級如表1所示。將隧道排水系統結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)，并將各級排水系統每延米排水量和相對應處置方法分類。

　　二、隧道排水系統結晶堵塞程度評價體系

　　1.模型參數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為二級評價的權向量，Ai(i=1，2，…，n)為一級評價的權向量;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，加權平均型模糊綜合評價模型，對于隧道排水系統結晶堵塞風險的研究需考慮各種因素對其造成的影響，故使用加權平均型模糊綜合評價模型M(·，+)。

　　2.隸函數確定對于隧道排水系統結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)定量指標隸函數隸函數選取降半梯形分布函數(式2)進行隸屬度計算，式1中a、b、c、d、e為參數，例如正向型定量指標管道摩擦系數中的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結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.模糊評價權重對于模糊評價體系中的權重，即為表征所選取各單因素對整體評價結果影響的程度，一般采用專家評定法、因素敏感度法、統計影射法、數理統計法等方法進行權重的確定。此處采取專家評定法以構建模糊評價權重集如表4。

　　三、工程應用

　　1.工程概況白巖腳隧道為分離式復合襯砌隧道，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，節理裂隙發育，巖體破碎，富水性較強。環向排水管采用單壁HDPE，ND75mm半管，橫向、縱向排水管均采用HDPE，DN110mm管道。通過現場測量和相關設計資料，ZK20+800處的排水系統結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，即可得到模糊關系矩陣，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結晶堵塞風險為低風險，并偏向于中風險，結晶堵塞的影響和排水系統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、結論

　　(1)提出隧道排水系統結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結晶的風險狀態，并對養護周期做出一定指導，節約養護成本。

　　(2)目前隧道排水系統結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新的影響因素，評價模型需不斷優化調整，以便得到更加準確的評價結果。

　　(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，同時也能夠優化隧道排水系統養護方案。

　　《隧道排水系統結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