目前，各種地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估主要采用工程地質(zhì)比擬法、成因歷史分析法、層次分析法、數(shù)字統(tǒng)計(jì)法等定性、半定量方法。工程地質(zhì)比擬法、成因歷史分析法、數(shù)字統(tǒng)計(jì)法相關(guān)資料較多，下面重點(diǎn)介紹層次分析法評(píng)估宜萬(wàn)鐵路隧道巖溶突水災(zāi)害危險(xiǎn)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(guò)程層次化、數(shù)量化，是一種對(duì)多方案或多目標(biāo)進(jìn)行決策的方法。用層次分析法作隧道巖溶突水危險(xiǎn)系統(tǒng)分析，首先要把問(wèn)題層次化。根據(jù)突水要素的性質(zhì)和要達(dá)到防范突水危險(xiǎn)發(fā)生的總目標(biāo)，將問(wèn)題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關(guān)聯(lián)影響以及隸屬關(guān)系將因素按不同層次聚集組合，形成一個(gè)多層次的分析結(jié)構(gòu)模型，并最終把系統(tǒng)分析歸結(jié)為最低層次(供決策的方案、措施等)，這相對(duì)于最高層次(總目標(biāo))的相對(duì)重要性權(quán)值的確定或相對(duì)優(yōu)劣次序的排序問(wèn)題。決策者根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的這種數(shù)量分析進(jìn)行決策，并找到解決問(wèn)題的方法。

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

(一)建立系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)模型

導(dǎo)致宜萬(wàn)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(zhì)類(lèi)型;隧道硐身所處的巖溶水動(dòng)力分帶;隧道圍巖構(gòu)造帶(或斷裂帶)發(fā)育狀況。這些因素層次的遞階結(jié)構(gòu)與因素的從屬關(guān)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(biāo)層;B.準(zhǔn)則層;C.指標(biāo)層

(1)隧道洞身揭露的巖溶層。宜萬(wàn)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(qiáng)度及富水性如表8-2、表8-3所示。

1)溶洞—地下河強(qiáng)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(diǎn)為428個(gè)，占57%;富水性最佳，水點(diǎn)數(shù)148個(gè)，占53%;地下河和管道流最多，為19處，占整個(gè)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(zhǎng)興組(P2c)碳酸鹽巖含水組;九組地層巖溶點(diǎn)為319個(gè)，占43%;水點(diǎn)數(shù)123個(gè)，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(duì)較弱，富水性弱。

表8-2隧道各巖溶層巖溶點(diǎn)、水點(diǎn)、地下河統(tǒng)計(jì)表

表8-3隧道巖溶點(diǎn)、水點(diǎn)、地下河統(tǒng)計(jì)表

隧道硐身為溶洞—地下河強(qiáng)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(zhǎng)興組(P2c)的碳酸鹽巖含水組，遠(yuǎn)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(qiáng)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(zhì)類(lèi)型。宜萬(wàn)鐵路野三關(guān)、馬鹿箐、齊岳山隧道的大型突水(1～10萬(wàn)m3/d)及特大型突水(>10萬(wàn)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(duì)隧道圍巖含水介質(zhì)的研究，應(yīng)是隧道巖溶突水危險(xiǎn)研究的重點(diǎn)。

巖溶含水體中含水介質(zhì)是由大小不等的儲(chǔ)水空間(溶管與溶隙系統(tǒng))所組成，其組合形式與結(jié)構(gòu)甚為復(fù)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(zhì)大致分為以下三類(lèi)：

1)巖溶管道及巨大的溶蝕裂隙，通常有效直徑以米計(jì)。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(kāi)的巖溶裂隙及各級(jí)構(gòu)造裂隙，通常有效直徑以分米計(jì)。巖溶形態(tài)為小型地下河或集中徑流，沿?cái)鄬�、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(guò)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(jì)。少見(jiàn)集中徑流常有裂隙水流，沿裂隙、層面溶蝕擴(kuò)大為巖溶化裂隙或小型洞穴。

宜萬(wàn)鐵路隧道圍巖巖溶水含水介質(zhì)結(jié)構(gòu)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(guān)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(pán)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(yú)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(jì)的張開(kāi)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(guān)隧道苦桃溪地下河、支井河6#+7#地下河是以張開(kāi)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(dòng)力垂向分帶及水平分帶的關(guān)系。各類(lèi)含水介質(zhì)與地質(zhì)構(gòu)造條件在空間上的組合，構(gòu)成具三維空間關(guān)系的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)。各類(lèi)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)再與巖溶水的補(bǔ)給、徑流、排泄形式的組合，構(gòu)成復(fù)雜多樣的水動(dòng)力剖面模式(表8-4)。