0 引言

　　随着经济发展，我国隧道建设日益增多，然而结合目前公路隧道的施工质量现状，因隧道防排水系统失效而导致的渗漏水病害十分普遍，渗漏水已经成为公路隧道最常见的病害之一，工程界素有“十隧九漏”的说法^[1]，已严重威胁隧道的正常使用及运营。因此国外先后提出隧道及地下工程健康监测的概念^[2]，并制定了用于隧道检查的无损检测方法^[3]。在隧道渗漏水病害研究方面，日本对隧道渗漏水进行等级划分，并经过调查统计得出隧道易出现渗漏水的部位^[4,5]。在运营隧道渗漏水防治领域，国内学者进行了病害成因研究^[6]，并确定了一些防排水措施^[7]，在运营隧道病害评价方面，渗漏水、冻害等隧道病害评价研究成果较多^[8,9,10]。但以上研究均未涉及隧道防排水系统的检测评价，且国内现有的公路隧道检测评价规定不全，尚未有一部完整的公路隧道防排水系统检测评定标准。综上所述，亟需深入研究隧道防排水系统的评价指标体系和评价方法，从而为隧道渗漏水病害的预防治理提供依据。

　　1 隧道防排水系统检测指标及划分标准

　　公路隧道防排水系统由防水系统和排水系统构成，隧道防水系统是指为防止岩体裂隙水对初支、二衬结构渗透而从构造及材料上采取的措施，包括构造防水，如:防水混凝土二衬;材料防水，如:防水卷材、防水涂料、止水带、止水条。隧道排水系统是一套用于围岩裂隙水收集、输送和排放的结构，包括环向排水管、纵向排水管、横向排水管、中心排水管(沟)、洞口截排水沟、检查井等部分，寒区还包括防寒泄水洞等。

　　运用层次分析法将评价模型分为目标、准则、指标3层。其中，目标层定义为隧道防排水系统评价值，准则层定义为构成防排水系统的分部设施，包括隧道防水设施U₁、洞口排水设施U₂、洞内排水设施U₃和寒区排水设施U₄;指标层定义为影响准则层每个指标的具体检测项目。

　　根据青海公路隧道调研和检测结果，对隧道防排水系统检测指标划分如表1所示。

　　2 公路隧道防排水系统评价体系

　　2.1 建立评价模型

　　以隧道防水设施、洞口排水设施、洞内排水设施、寒区排水设施这4个分部设施作为准则层，运用层次分析法建立评判模型，公路隧道防排水系统评价体系如图1所示。

　　

　　图1 双层次评价模型 

　　 

　　2.2 建立评语集

　　依据JTG H12—2015《公路隧道养护技术规范》，根据隧道渗漏水严重程度对防排水系统进行等级划分，建立评语集公式如下。

　　  

　　表1 检测指标及划分标准  

　　 

　　 

　　

　　 

　　式中:V₁为Ⅰ级(隧道防排水系统良好);V₂为Ⅱ级(隧道防排水系统较好);V₂为Ⅲ级(隧道防排水系统较差);V₄为Ⅳ级(隧道防排水系统不合格)

　　2.3 确定隶属函数

　　假定隶属函数的分布曲线服从降半梯形分布和梯形分布^[9]。根据现场调查结果确定公路隧道防排水系统评价体系包含定量指标10个:混凝土衬砌强度、洞口截水沟纵坡坡度、洞口截水沟宽度、洞口排水沟过水能力、洞口排水沟堵塞情况、环向排水管堵塞情况、横向排水管堵塞情况、纵向排水管堵塞情况、检查井断面尺寸、防寒泄水洞纵坡坡度，定性指标6个:防水层防水能力、施工缝变形缝防水设计、防水涂料性能、中心排水管过水能力、检查井外观质量、防寒泄水洞内情况，其中定量指标又可划分为正向型指标8个，负向型指标2个。

　　2.3.1 确定定量指标隶属函数

　　根据文献[9]，正向型指标的隶属函数选取式(2)～(5)，其隶属函数参数如表2所示。

　　

　　 

　　  

　　表2 正向型指标隶属函数参数  

　　 

　　 

　　

　　负向型指标的隶属函数选取式(6)～(9)，其隶属函数参数如表3所示。

　　

　　 

　　  

　　表3 负向型指标隶属函数参数 

　　 

　　 

　　

　　2.3.2 确定定性指标隶属函数

　　根据文献[9]，对定性指标参照赋值标准得出相应的评定值，再用梯形分布函数模糊化，隶属函数见式(10)～(13)。

　　

　　 

　　2.4 确定权重集

　　根据文献[11]研究结果，采用1-9标度法确定各层权重。

　　1)隧道防水设施的二级指标防水层防水能力U₁₁、施工缝变形缝防水设计U₁₂、混凝土衬砌强度U₁₃、防水涂料性能U₁₄4个子因素判断矩阵如表4所示。根据已有的研究成果，影响隧道防水设施最重要的因素为防水层防水能力，其次为施工缝变形缝防水设计、混凝土衬砌强度和防水涂料性能。

　　  

　　表4 隧道防水设施判断矩阵 

　　 

　　 

　　

　　隧道防水设施的4个权重指标相对权重计算结果:

　　

　　 

　　λ_max=4,CI=0,CR=0<0.1，一致性检验满足要求。

　　2)洞口排水设施的二级指标洞口截水沟纵坡坡度U₂₁、洞口截水沟宽度U₂₂、洞口排水沟过水能力U₂₃、洞口排水沟堵塞情况U₂₄4个子因素判断矩阵如表5所示。根据已有的研究成果，影响洞口排水设施最重要的因素为洞口截水沟纵坡坡度，其次为洞口截水沟宽度、洞口排水沟堵塞情况，最后是洞口排水沟过水能力。

　　  

　　表5 洞口排水设施判断矩阵 

　　 

　　 

　　

　　洞口排水设施的4个权重指标相对权重计算结果:

　　

　　 

　　λ_max=4,CI=0,CR=0<0.1，一致性检验满足要求。

　　3)洞内排水设施的二级指标环向排水管堵塞情况U₃₁、横向排水管堵塞情况U₃₂、纵向排水管堵塞情况U₃₃、中心排水管过水能力U₃₄4个子因素判断矩阵如表6所示。根据已有的研究成果，影响洞内排水设施最重要的因素为纵向排水管堵塞情况，其次为横向排水管堵塞情况和中心排水管过水能力，最后为环向排水管堵塞情况。

　　  

　　表6 洞内排水设施判断矩阵 

　　 

　　 

　　

　　洞内排水设施的4个权重指标相对权重计算结果:

　　

　　 

　　λ_max=4,CI=0,CR=0<0.1，一致性检验满足要求。

　　4)寒区排水设施的二级指标检查井外观质量U₄₁、检查井断面尺寸U₄₂、防寒泄水洞纵坡坡度U₄₃、防寒泄水洞情况U₄₄4个子因素判断矩阵如表7所示。根据已有的研究成果，影响寒区排水设施最重要的因素为防寒泄水洞情况，其次为防寒泄水洞纵坡坡度，检查井断面尺寸，最后检查井外观质量。

　　  

　　表7 寒区排水设施判断矩阵 

　　 

　　 

　　

　　洞内排水设施的4个权重指标相对权重计算结果:

　　

　　 

　　λ_max=4.083 2,CI=0.027 7,CR=0.030 8<0.1，一致性检验满足要求。

　　根据已有的研究成果，准则层4个分部设施中隧道防水设施和洞内排水设施两项最重要，其次为洞口排水设施和寒区排水设施。准则层的4个分部设施判断矩阵如表8所示。

　　  

　　表8 准则层判断矩阵 

　　 

　　 

　　

　　准则层的4个分部设施相对权重计算结果

　　

　　 

　　λ_max=4,CI=0,CR=0<0.1，一致性检验满足要求。

　　  

　　表9 评价指标权重关系 

　　 

　　 

　　

　　各级评价指标权重关系如表9所示。

　　2.5 模糊综合评价模型

　　第1级和第2级评价均使用加权平均型评价模型进行计算。第1级模糊综合评价结果B_k计算公式:

　　

　　 

　　式中:A_k为指标层的权重;R_k为第1级模糊关系矩阵。

　　第2级模糊综合评价结果B计算方法公式:

　　

　　 

　　式中:A为准则层的权重;B_k为第1级综合评价结果。

　　3 工程应用

　　青海省某隧道位于循化县境内，为双线公路隧道，左线全长2 626m，右线全长2 554m。隧道所在地属构造剥蚀高山地貌，高差较大，山体自然坡度在28°左右，地层为火成岩侵入岩体，地表为风化残积层。运营期间发现存在隧道渗漏水、衬砌开裂、路面结冰等病害，随后对隧道防排水系统进行了全面检测，发现存在中央排水管管道错台、管壁塌陷、淤积堵塞;纵向盲管挤压变形、堵塞，横向排水管安设角度不正确，排水系统局部失效;检查井及洞口截水沟破损等问题，为制订合理的治理方案，采用本模型对该隧道进行评价，选取左线ZK8+380—ZK8+688段进行评价。

　　3.1 模糊关系矩阵

　　根据此隧道地质设计资料及检测数据，隧道各检测指标取值如表10所示。

　　3.2 第1级模糊综合评价模型运算

　　首先，将隧道左线出口ZK8+380—ZK8+688段检测指标取值代入隶属函数，得到模糊关系矩阵R，然后进行第1级模糊综合评价计算。

　　

　　 

　　  

　　表1 0 隧道左洞段检测指标取值 

　　 

　　 

　　

　　第1级模糊综合运算:

　　

　　 

　　3.3 第2级模糊综合评判模型运算

　　第2级模糊综合运算:

　　

　　 

　　根据最大隶属度原则，隧道左洞出口段防排水系统评价为Ⅲ级，即防排水系统存在安全隐患，需制订专门的处治方案进行治理。

　　4 结语

　　1)本文在已有工程资料和相关规范的基础上，通过实地调研及现场检测，初步确定了公路隧道防排水系统的检测指标及划分标准。

　　2)以隧道防排水系统评价值作为目标层，以隧道防水设施、洞口排水设施、洞内排水设施、寒区排水设施四个分部设施作为准则层，其下16个具体检测项目作为指标层，运用层次分析法建立了公路隧道防排水系统的评价模型。通过对指标构造模糊分布隶属函数实现了从定性分析到定量计算的过程。

　　3)根据青海省某隧道评价结果，表明该评价方法与实际情况相符，评价方法具有较好的可靠性和适用性，证明了该评价体系是科学合理的，具有理论意义和实际应用价值，为公路隧道防排水系统及同类工程的评价提供了参考。