目前，各種地質災害危險性評估主要采用工程地質比擬法、成因歷史分析法、層次分析法、數(shù)字統(tǒng)計法等定性、半定量方法。工程地質比擬法、成因歷史分析法、數(shù)字統(tǒng)計法相關資料較多，下面重點介紹層次分析法評估宜萬鐵路隧道巖溶突水災害危險性。

一、層次分析法

層次分析法是按照一定的規(guī)律把決策過程層次化、數(shù)量化，是一種對多方案或多目標進行決策的方法。用層次分析法作隧道巖溶突水危險系統(tǒng)分析，首先要把問題層次化。根據(jù)突水要素的性質和要達到防范突水危險發(fā)生的總目標，將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關聯(lián)影響以及隸屬關系將因素按不同層次聚集組合，形成一個多層次的分析結構模型，并最終把系統(tǒng)分析歸結為最低層次(供決策的方案、措施等)，這相對于最高層次(總目標)的相對重要性權值的確定或相對優(yōu)劣次序的排序問題。決策者根據(jù)對系統(tǒng)的這種數(shù)量分析進行決策，并找到解決問題的方法。

層次分析法大體分為五個步驟：①建立系統(tǒng)的層次結構模型;②構造判斷矩陣;③層次單排序及其一致性檢驗;④層次總排序;⑤層次總排序的一致性檢驗。

(一)建立系統(tǒng)的層次結構模型

導致宜萬鐵路隧道巖溶突水的因素較多，主要有：隧道硐身揭露的巖溶層;隧道圍巖巖溶含水介質類型;隧道硐身所處的巖溶水動力分帶;隧道圍巖構造帶(或斷裂帶)發(fā)育狀況。這些因素層次的遞階結構與因素的從屬關系可用框圖形式表示(圖8-1)。

圖8-1隧道巖溶突水影響因素框圖

A.決策目標層;B.準則層;C.指標層

(1)隧道洞身揭露的巖溶層。宜萬鐵路白云山等八座巖溶隧道硐身揭露的巖溶層(組)其巖溶發(fā)育強度及富水性如表8-2、表8-3所示。

1)溶洞—地下河強烈發(fā)育的三疊系嘉陵江組(T1j)、大冶組(T1d)灰?guī)r含水組：巖溶最發(fā)育，兩組地層巖溶點為428個，占57%;富水性最佳，水點數(shù)148個，占53%;地下河和管道流最多，為19處，占整個地下河和管道流總數(shù)的68%。

2)溶洞裂隙中等發(fā)育的寒武系中統(tǒng)及上統(tǒng)(∈2+3)、下奧陶系(O1)、二疊系棲霞組(P1q)、茅口組(P1m)和長興組(P2c)碳酸鹽巖含水組;九組地層巖溶點為319個，占43%;水點數(shù)123個，占45%;地下河和管道流9處，占32%。

3)巖溶裂隙弱發(fā)育的泥盆系、石炭系、二疊系吳家坪組灰?guī)r含水層：巖溶發(fā)育程度相對較弱，富水性弱。

表8-2隧道各巖溶層巖溶點、水點、地下河統(tǒng)計表

表8-3隧道巖溶點、水點、地下河統(tǒng)計表

隧道硐身為溶洞—地下河強烈發(fā)育的三疊系嘉陵江組(T1j)、大冶組(T1d)灰?guī)r含水組發(fā)生大型及特大型突水的可能性，大于溶洞裂隙中等發(fā)育的寒武系中統(tǒng)及上統(tǒng)(∈2+3)、下奧陶系(O1)、二疊系棲霞組(P1q)、茅口組(P1m)和長興組(P2c)的碳酸鹽巖含水組，遠大于巖溶裂隙弱發(fā)育的泥盆系、石炭系、二疊系吳家坪組灰?guī)r含水層。所以，隧道硐身揭露的巖溶強烈發(fā)育層，是隧道發(fā)生大型、特大型突水的必要條件之一。

(2)隧道圍巖巖溶含水介質類型。宜萬鐵路野三關、馬鹿箐、齊岳山隧道的大型突水(1～10萬m3/d)及特大型突水(>10萬m3/d)事故，皆是由于隧道揭穿溶洞—地下河的充水管道而引起的。因此，對隧道圍巖含水介質的研究，應是隧道巖溶突水危險研究的重點。

巖溶含水體中含水介質是由大小不等的儲水空間(溶管與溶隙系統(tǒng))所組成，其組合形式與結構甚為復雜。巖溶隧道視巖溶發(fā)育情況，可將巖溶含水體中的含水介質大致分為以下三類：

1)巖溶管道及巨大的溶蝕裂隙，通常有效直徑以米計。巖溶形態(tài)有大型地下河、廊道、較大規(guī)模溶洞、豎井和落水洞。是隧道發(fā)生大型、特大型突水的必要條件之二。

2)張開的巖溶裂隙及各級構造裂隙，通常有效直徑以分米計。巖溶形態(tài)為小型地下河或集中徑流，沿斷層、層面、不整合面等有顯著溶蝕，中小型串珠狀洞穴發(fā)育。

3)微小巖溶裂隙、層間裂隙、溶孔及成巖過程中形成的各種原生孔隙和縫隙等。通常有效直徑以厘米至毫米計。少見集中徑流常有裂隙水流，沿裂隙、層面溶蝕擴大為巖溶化裂隙或小型洞穴。

宜萬鐵路隧道圍巖巖溶水含水介質結構分析，即巖溶水的賦存空間狀況如下：

白云山隧道的耗子洞、紙廠灣地下河，野三關隧道支井河7#地下河，云霧山隧道的洞灣地下河、齊岳山隧道響水洞地下河，別巖槽隧道的羅盤寨地下河均是以洞穴管道為主要賦存形式的巖溶水。

馬鹿箐隧道的蝌螞口地下河、齊岳山隧道大魚泉地下河是以洞穴管道、巨大的巖溶裂隙及有效直徑以分米計的張開巖溶裂隙為主要賦存形式的巖溶水。

八字嶺隧道的牛鼻子洞地下河，野三關隧道苦桃溪地下河、支井河6#+7#地下河是以張開巖溶裂隙為主要賦存形式、巖溶管道為輔的巖溶水。

齊岳山隧道的石洞子煤礦主巷道，盡管存在地下河管道形式，而巖溶裂隙仍然是巖溶水的主要賦存形式。

(3)隧道硐身與巖溶水動力垂向分帶及水平分帶的關系。各類含水介質與地質構造條件在空間上的組合，構成具三維空間關系的水文地質結構。各類水文地質結構再與巖溶水的補給、徑流、排泄形式的組合，構成復雜多樣的水動力剖面模式(表8-4)。