重庆市隧道工程地质环境负效应评价体系

任秀文，彭海游，杨　乐，尚红光，胡小军，冯　樊

(1.重庆中科勘测设计有限公司，重庆　400042；2.重庆地质矿产研究院 a.外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室；b.煤炭资源与安全开采国家重点实验室重庆研究中心，重庆　400042)



重庆市隧道工程地质环境负效应评价体系

任秀文1，彭海游2a,2b，杨乐2a,2b，尚红光2a,2b，胡小军2a,2b，冯樊2a,2b

(1.重庆中科勘测设计有限公司，重庆400042；2.重庆地质矿产研究院 a.外生成矿与矿山环境重庆市重点实验室；b.煤炭资源与安全开采国家重点实验室重庆研究中心，重庆400042)

以重庆市隧道工程建设过程中日益凸显的地质环境问题为研究对象，运用层次分析法和专家打分法，通过遴选指标、确定权重构建了综合评价模型，并对重庆市绕城高速玉峰山隧道进行了地质环境负效应评价。根据综合评价分级标准，将玉峰山隧道地质环境负效应分为4个等级，分别为严重区、较严重区、中等区、较轻区。通过调查验证，评价结果与实际情况一致性较好。研究为该评价方法的推广应用奠定了基础。

隧道工程；地质环境负效应；评价体系；调查验证；玉峰山隧道

1　构建评价指标体系

1.1评价指标的选取

地下水含水层破坏是导致一系列地质环境负效应的根本原因，因此在选取评价指标时，应主要考虑水文地质条件及可能导致含水层破坏的有关因素[2]。本文在综合国内外已有地质环境负效应评价方面相关研究成果的基础上[3-4]，提出并建立了重庆市隧道工程地质环境负效应评价的指标体系(表1)，该指标体系由工程地质条件、水文地质条件和隧道工程条件3个一级指标和若干个二级指标构成。

1.2指标选取说明

1.2.1一级指标的选取

首先，工程地质条件和水文地质条件都是地质环境条件的重要组成部分；其次，工程地质环境和水文地质环境都是地质环境负效应的主要载体；第三，隧道工程条件是造成地质环境负效应的根本外力因素。

1.2.2二级指标的选取

二级指标中，部分指标本身对于地质环境脆弱程度有着决定性作用，如：岩性、破碎带发育程度、构造发育情况；部分指标对地质环境的敏感程度有着决定性作用，如：岩层富水性、分带性、地表汇水面积；也有指标在隧道工程与地质环境负效应之间有重要的串联作用，如：降雨入渗系数、构造发育情况；还有隧道工程本身作为外力影响因素的工程指标，如：施工工艺、防堵水措施、开挖断面积；除以上指标外，还有通过重庆市典型隧道工程地质环境调查得出的影响地质环境负效应严重程度的重要指标，如：隧道与构造关系、地貌类型、埋深和距离[5-6]。

2　综合评价模型

2.1评价方法

根据本课题研究内容及多指标评价体系特点，本文地质环境负效应评价采用基于层次分析法的多因子综合评价模型[7-8]，其形式为

(1)

式中：St为综合评价指数；Wi为评价指标权重；Fi为指标图层；n为评价指标个数。

2.2确定指标权重

本文各因素的权重分配采用了层次分析法来确定，首先聘请一批岩土工程、环境工程、水文地质、工程地质、隧道工程等方面的专家来打分，然后将专家的意见统计，并进行反馈和调整，作为确定权重的依据。共邀请了20名专家进行指标重要性打分，确定各指标相对重要性，然后采用“根”法计算得出各指标的权重[5-6]，见表2。

表1　评价指标的分级量表

注：负效应等级弱(Ⅰ)、较弱(Ⅱ)、中等(Ⅲ)、较强(Ⅳ)、强(Ⅴ)对应的指标量化值分别为0.1，0.3，0.5，0.7，0.9。

表2　指标权重

2.3评价范围及评价单元划分

根据重庆市典型隧道地质环境调查，结合地质条件和隧道工程条件综合确定，评价范围沿隧道轴线方向不应小于隧道长度，在隧道两侧方向均不宜小于5 km，若该范围内有明确的分水岭或明确的水文地质单元时，可以将该分水岭或水文地质单元作为评价范围边界。

网格划分大小主要影响运算时间，为提高预测精度，网格应尽量划小，通过模型调试计算，确定评价单元尺寸不宜大于50 m×50 m。

2.4综合评价结果等级划分

参照国内外常用的评价结果等级划分标准，本文将岩溶隧道地下水环境负效应评价等级共划分为5个级别，分别是弱(Ⅰ)、较弱(Ⅱ)、中等(Ⅲ)、较强(Ⅳ)、强(Ⅴ)，根据指标量化值进行差分，初步确定综合评分等级区间，见表3。

(4) 当列车以ATO模式驾驶，到站后ATS网关服务器将会给车载发送预计离站时间及区间运行时间，这两个时间采用的都是绝对时间，由于时间的不一致，导致列车离站及到达下一站时间不准确。

表3　综合评价结果等级划分

3　重庆市绕城高速玉峰山隧道地质环境负效应评价

3.1评价模型

根据重庆市绕城高速玉峰山隧道地形地貌和构造条件[9]，本次模型评价范围包括隧道轴线两侧各约5.5 km；隧道近直线，长约3.5 km，进出口高程约320 m，因此评价模型在轴线方向取3.5 km，高程320 m以上的范围，评价单元格尺寸为20 m×20 m，能够达到分区评价的精度，评价模型如图1所示。

图1　评价模型Fig.1　Evaluation model

3.2指标量化和提取

根据建立的评价指标体系，以指标量化分级表为依据，结合玉峰山隧道工程概况、自然地理、地质背景条件，分别将各指标图层进行分区赋值，以地貌类型指标为例，赋值说明为：根据隧址区地形地貌条件，评估区总体为垄脊构造溶蚀地貌，地形为一南北向山脊，山脊顶部为垄脊槽谷，其中包含槽沟、槽洼、槽丘、槽坡等地貌，主要为槽谷两侧岭脊之间的范围，负效应等级为强，量化值为0.9；山脊两侧斜坡为构造侵蚀山地地貌，斜坡地形，负效应等级为较弱，量化值为0.3。

指标图层提取见图2。

图2　地貌指标图层Fig.2　Landscape index layers

3.3综合评价

指标图层提取后，根据第2节建立的综合评价体系及计算得出的指标权重，对玉峰山隧道地质环境进行综合评价，最终得到玉峰山隧道地质环境评价图，如图3所示。

图3　玉峰山隧道地质环境综合评价Fig.3　Result of comprehensive evaluation for geological environment of Yufeng Mountain tunnel

综合评价分值区间为0.26～0.78。根据综合评价分级标准，玉峰山隧道地质环境负效应可分为4个等级，分别为严重区、较严重区、中等区、较轻区，各分区概况见表4。

表4　评价结果分区概述

4　调查验证

4.1负效应严重区

严重区内80%以上的井泉、堰塘已完全干涸，本次调查点21个，干涸点17个，生产生活用水极度缺乏；调查区内过去农田种植水稻，现在大部分农田已荒废，部分改种旱生作物，本次调查点共5个，农田荒废比例最高达90%；区内地面塌陷问题突出，2007—2010年期间区域内发生约50个塌陷坑，隧道轴线两侧1 km范围内塌坑密度最大，本次塌陷调查点4个，每个点均为集中发育，如梁家小堡塌陷点，前后发生塌陷20～30余处。

根据以上调查情况，负效应严重区在隧道修建后地质环境受到严重破坏，且难以恢复，群众生产生活方式被迫改变，与评价结果基本一致。代表性调查点分布情况见图4。

图4　负效应严重区代表性调查点分布Fig.4　Distribution of representative investigation points in the area of serious negative effects

4.2负效应较严重区

较严重区内井泉、堰塘大多漏失严重，部分干涸，本次调查点共25个，其中完全干涸点5个，严重漏失点15个，其他水井和泉点都有不同程度漏失，居民的生产生活用水已无法满足需求；区内过去农田多种植水稻，由于无法蓄水，现在大多数改为旱生作物，部分农田荒废，土地利用方式改变较大；区内未见地面塌陷。

根据以上调查情况，负效应较严重区在隧道修建后地质环境受到较严重的破坏，群众生产生活已受到严重影响，评价结果与实际情况基本一致。代表性调查点分布情况见图5。

图5　负效应较严重区代表性调查点分布Fig.5　Distribution of representative investigation points in the area of relatively serious negative effects

4.3负效应中等区

地质环境负效应中等区基本分布在山岭东西两侧砂岩区，地形坡角大，植被覆盖好，无居民点分布，调查点相对较少，未见地表水体、井泉点及地面塌陷点，本次调查主要沿铜锣山两侧公路进行地貌景观调查，整体地形坡度大，土层厚度小但植被覆盖良好，隧道修建前后无明显变化。

根据以上调查情况，玉峰山隧道地质环境评价负效应中等区负效应地表表现形式不够显著，野外调查验证点较少，评价结果与实际情况相符程度需增加实例验证。

4.4负效应较轻区

负效应较轻区的野外验证调查点共10个，其中井泉点3个，水库堰塘点2个，农田地貌点3个，边坡点2个，区内井泉点较少，受季节影响明显，堰塘规模一般不大，隧道修建前后变化较小；区内植被覆盖好，农田面积小，主要为旱生作物，隧道修建前后土地利用方式无变化；隧道口两侧边坡高度较小，且进行了专门的边坡治理，未进行大的挖填方，无变形破坏迹象，斜(边)坡稳定。

根据以上调查情况，负效应较轻区在隧道修建后地质环境未发生明显变化，与评价结果基本一致。代表性调查点分布情况见图6。

图6　负效应较轻区代表性调查点分布Fig.6　Distribution of representative investigation points in the area of relatively minor negative effects

5　结　论

(1)本文在既有隧道工程负效应评价研究基础上，通过重庆地区典型隧道工程地质环境调查和总结，对已有相关评价指标体系进行了提炼、补充和完善，提出建立一套更适合重庆地区隧道工程地质环境负效应评价指标体系。

(2)基于专家打分法和层次分析法，确定了指标权重，构建了综合评价模型，并对重庆市绕城高速玉峰山隧道地质环境负效应进行了评价，通过调查验证，评价结果与实际情况一致性较好，对于重庆地区其他隧道工程地质环境负效应评价工作具有一定参考价值。

下一步工作应对本文建立的负效应评价体系进行大量工程实例验证，进而建立起地质环境负效应等级与负效应表现形式的对应关系，以期为隧道工程地质环境保护工作提供依据。

[1]李耐霞.歌乐山隧道施工过程对水环境影响研究[D].成都：西南交通大学,2004.

[2]刘向远.岩溶隧道施工中地下水环境负效应评价指标体系研究 [D].成都：西南交通大学,2007.

[3]刘建,刘丹.基于模糊层次分析法的隧道工程地下水环境负效应评价[J].三峡环境与生态,2009,2(1):53-54.

[4]WASIL E,GOLDEN B.Celebrating 25 Years of AHP-Based Decision Making[J].Computers and Operating Research,2003,30(10):1419-1420.

[5]杜锦婷,李晓.某隧道涌水量预测及地下水负效应环境评价[J].地下水,2012,34(2):23-27.

[6]杨乐,彭海游.基于层次分析法的奉节县城地质环境承载力评价[J].重庆交通大学学报(自然科学版)，2013，27(6):776-780.

[7]秦趣,张美竹,杨琴,等.重庆三峡库区生态经济区县域生态系统健康评价[J].长江科学院院报，2013，30(12):15-16.

[8]李聪,申思然,刘江,等.基于动态权重的土质岸坡稳定性模糊评价方法[J].长江科学院院报，2013，30(1):16-18.

[9]曹翔宇.重庆市绕城高速玉峰山隧道工程地质勘察报告[R].重庆：重庆136地质队，2005.

(编辑：黄玲)

System for Evaluating Geological Environment Negative Effect inChongqing Tunnel Engineering Construction Process

REN Xiu-wen1,PENG Hai-you2,3,YANG Le2,3,SHANG Hong-guang2,3,HU Xiao-jun2,3,FENG Fan2,3

(1.Chongqing Zhongke Survey and Design Co.,Ltd.，Chongqing400042,China; 2.Chongqing Key Laboratory of Exogenic Mineralization and Mine Environment,Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources, Chongqing400042,China; 3.Chongqing Research Center of State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining,Chongqing Institute of Geology and Mineral Resources,Chongqing400042,China)

The geological environment problems which become increasingly prominent in Chongqing tunnel engineering construction process are taken as research objects in this paper.Applying methods of anlaytic hierarchy and scoring by experts，we establish a comprehensive evaluation model by selecting indices and determining the weights of indices.Then,we evaluate the geological environmental negative effect of Yufengshan tunnel of highway-ring around Chongqing; according to the comprehensive evaluation grading standard,we divide the negative effect area into four grades,which are serious area,relatively serious area,medium area and relatively minor area.Through investigation and verification,we found that the evaluation results are basically in accordance with actual situation and the study lays a foundation for the popularization and application of the evaluation method.

tunnelling engineering; geological environment negative effect; evaluation system; investigation and verification；Yufeng mountain tunnel

2015-09-21；

2015-11-20

重庆市国土房管局2011年度地质灾害防治专项资金资助项目(120301)

任秀文(1984-)，男，山西太原人，工程师，硕士，主要从事水文地质、工程地质及环境地质相关的研究工作，(电话)13527428860(电子信箱)704246529@qq.com。

10.11988/ckyyb.201508062016,33(08):109-113

U45

A

1001-5485(2016)08-0109-05