CN113962003A - 一种隧道围岩大变形评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种隧道围岩大变形评估方法，通过构建完善的隧道大变形评价指标体系对各评价指标定量化、并对各评价指标赋予合理的组合赋权权重，使得能够引入理想点和欧式距离函数构建大变形理想点评价模型、或引入未确知测度理论和置信度准则构建大变形未确知测度评价模型，来综合该里程段所有评价指标对该里程段在隧道大变形评价指标体系中的对应大变形等级进行综合评估，该隧道围岩大变形评估方法对隧道每个里程段的围岩大变形的预测精度更高，工程实用性强。根据评估得到的隧道围岩所有里程段与该里程段所属的大变形等级，采取更加有利于提高隧道围岩稳定性的开挖方式及支护结构措施，从而能够降低隧道围岩出现大变形灾害的危险性等级和比例。
Description
技术领域
本发明涉及铁路、公路隧道围岩大变形危险性评价技术领域，特别是一种隧道围岩大变形评估方法。
背景技术
随着我国铁(公)路网建设重心逐步西移，西部山区隧道多向深埋长大趋势发展，围岩大变形地质灾害的发生频率也越来越高。严重的大变形会引起边墙开裂甚至造成支护结构挤压性变形破坏等，严重影响隧道工程的施工安全、工期以及工程造价。开展围岩大变形灾害评估研究并合理地进行危险性等级划分，可为预防隧道大变形灾害的发生、减少施工损失及安全运营提供科学依据和技术支持，是深埋长大隧道建设中亟待解决的关键难题。
目前常用的围岩大变形判据有围岩强度应力比、岩体质量分级、隧道围岩相对变形量等方法。上述大变形预测方法和判据大多只考虑一到两个主控因素的影响或服务于隧道建设的不同阶段，很难全面反映复杂条件下围岩大变形产生的作用机理。此外，需要特别指出的是，相对变形量是累进性变形和时间效应的直观体现，但是在隧道选线设计阶段其适用性较差，取而代之可以用统计分析和模拟方法来进行初步的预测研判。然而，由于隧道工程地质条件的复杂性以及大变形评价系统的多变量、强干扰等特点，现有的大变形危险性评价方法还远不能满足深部隧道工程勘察设计及施工建设的需要。
大量理论研究和工程实践表明，隧道大变形和岩石性质、围岩级别、地应力、断层、地下水等影响因素密切相关，然而现有的大变形预测方法和判据很少有考虑这些因素对隧道围岩大变形的影响，导致隧道围岩大变形精度较低。根据文献调研，中国专利申请号201910812353.4的专利申请文件公布了一种适用于勘察设计阶段的隧道围岩大变形分级方法，上述方法综合考虑隧道最大主应力、岩性、岩体完整性系数、断层、地下水等多种地质因素影响，将地应力、断层、地下水等地质因素进行定性研究，极大地拓宽了围岩大变形研究的广度，取得了相应的研究成果，然而由于隧道工程地质条件的复杂性以及大变形评价系统的多变量、强干扰等特点，上述大变形评价方法依赖于专家经验和主观赋值，评价结果主观性较强，工程实际应用时一定程度上取决于从业人员的专业知识，对从业人员要求较高。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术在勘察设计阶段，对围岩大变形做评价的评价方法虽然综合考虑了隧道最大主应力、岩性、岩体完整性系数、断层、地下水等多种地质因素影响，极大地拓宽了围岩大变形研究的广度，但其存在依赖于专家经验和主观赋值，评价结果主观性较强，评价结果准确性难以保证，在工程实际应用时较大程度上取决于从业人员的专业知识，导致对从业人员要求较高的问题，提供一种隧道围岩大变形评估方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种隧道围岩大变形评估方法，包括以下步骤：
S1、基于围岩大变形的y个具有共性特征的影响因素，构建隧道大变形评价指标体系，隧道大变形评价指标体系包括k个大变形等级、m个分别与y个影响因素一一对应的评价指标、以及每个大变形等级对应的m个评价指标的定量化评价值范围；然后根据隧道工程地质勘察成果获得隧道每个里程段的所有评价指标的评价值，然后将所有里程段同一评价指标的评价值采用权重确定方法计算得出整个隧道的对应评价指标的主观权重和客观权重，再引入距离函数获得整个隧道的每个评价指标的组合赋权权重；
基于理想点法并采用闵可夫斯基距离函数中的欧式距离函数，构建隧道围岩大变形理想点评价模型；或基于未确知测度理论及计算规则并采用置信度准则进行大变形危险性评价，构建隧道围岩大变形未确知测度评价模型；
S2、将每个里程段的所有评价指标的评价值和整个隧道的所有评价指标的组合赋权权重输入理想点评价模型或未确知测度评价模型，获得对应里程段在隧道大变形评价指标体系的对应大变形等级。
大变形是指高地应力围岩由于工程开挖或外界扰动导致其内部储存的应变能逐渐释放，临空面围岩发生柔性破坏并最终导致结构失稳的时效变形行为，是一种具有明显时间效应和累进性的塑性破坏。共性特征指隧道围岩大变形共同所有的征象、标志等，会对所有的围岩大变形造成相应的影响。m＝y，影响因素与隧道大变形评价指标体系的评价指标一一对应，每个影响因素对应一个评价指标，影响因素如最大主应力、岩性、岩体完整性系数、断层、地下水等多种地质因素影响等，通过研究分析隧道大变形案例的破坏特征及发生规律，研究分析软岩隧道的岩性条件、应力条件和围岩性质，来选取具有共性特征的影响因素。现有都是将影响因素和大变形等级做一一对应的定性化分析，本申请通过选取y个影响因素，设立对应的m个评价指标，并对大变形类型进行划分k个等级，且对每个大变形等级的m个评价指标进行定量化处理，获得每个大变形等级对应的所有评价指标的定量化评价值范围，能够形成完整的隧道大变形评价指标体系，该隧道大变形评价指标体系能够将影响因素和大变形等级做一一对应的定量化分析，但不同的评价指标之间的相互影响对大变形等级的评估结果的影响并不能直接体现。在构建的隧道大变形评价指标体系下，根据隧道工程地质勘察成果能够获得隧道所有里程段的所有评价指标的评价值，以勘察成果获得的所有里程段的同一评价指标的评价值为基础，基于主观权重确定方法和客观权重确定方法能够对应获得整个隧道的各个评价指标的主观权重和客观权重，将主观权重和客观权重通过距离函数进行耦合并建立组合赋权规则获得整个隧道的各个评价指标的组合赋权权重，解决了单一客观权重或主观权重存在的差异性问题，使得大变形评价指标的权重的确定更加合理、可靠和符合实际工况，为大变形综合评价采用理想点法或未确知测度理论提供了各评价指标在大变形评价中的真实可靠的权重系数。
本方案可基于理想点法理论及计算规则结合闵可夫斯基距离函数中的欧式距离函数构建了隧道围岩大变形理想点评价模型，该大变形理想点评价模型引入地质勘察成果获得的每个里程段的所有评价指标的评价值和整个隧道的每个评价指标的组合赋权权重，即可得到该里程段分别与k个大变形等级理想点之间的距离，取最小的距离所对应的大变形等级即为该里程段评估所属的大变形等级。通过评估每个里程段在隧道大变形评价指标体系的对应大变形等级，就可以准确的得到隧道不同里程段和该里程段在隧道大变形评价指标体系的对应大变形等级。其中，采用闵可夫斯基距离函数中的欧式距离函数来配合理想点法构建了隧道围岩大变形理想点评价模型，来保证大变形评价结果的准确性，是经过多次工程试验的验证得出。或者，本方案可基于未确知测度理论及计算规则并采用置信度准则进行大变形危险性评价，能够构建隧道围岩大变形未确知测度评价模型，通过引入地质勘察成果获得每个里程段的所有评价指标的评价值和整个隧道的每个评价指标的组合赋权权重，也可以准确的评估每个里程段和该里程段在隧道大变形评价指标体系的对应大变形等级。
本方案通过构建完善的隧道大变形评价指标体系对各评价指标定量化、并对各评价指标赋予合理的组合赋权权重，使得能够引入理想点和欧式距离函数构建大变形理想点评价模型、或引入未确知测度理论和置信度准则构建大变形未确知测度评价模型，来综合该里程段所有评价指标对该里程段所属的大变形等级进行综合评估，该隧道围岩大变形评估方法对隧道每个里程段的围岩大变形的预测精度更高，工程实用性强。根据评估得到的隧道围岩每个里程段在隧道大变形评价指标体系的对应大变形等级，采取更加有利于提高隧道围岩稳定性的开挖方式及支护结构措施，从而能够降低隧道围岩出现大变形灾害的危险性等级和比例。
优选的，在所述步骤S1中，理想点评价模型包括理想点评价指标函数、理想点决策矩阵和理想点评价函数D；
理想点评价指标函数为：
式
中：i＝1、2、…、m，i表示第几个评价指标，fi *(+)为第i个评价指标的理想值，fi(x)为第i个评价指标的评价值，Vi l和Vi u分别为第i个评价指标理想区间的最小临界值和最大临界值，fi *(+)＝maxfi(x)为增长型，fi *(+)＝minfi(x)为减少型，fi *(+)＝fi((Vi l+Vi u)/2)为区间型；
基于式fi *(+)以及隧道大变形评价指标体系能够获取m个评价指标分别在k个大变形等级的理想值，m*k个理想值能够构建成整个隧道所有里程段通用的理想点决策矩阵；
采用闵可夫斯基距离函数中的欧式距离函数来获取理想点评价函数D：
式中：D为里程段与理想点的距离，wi为组合赋权权重，fi(x)为第i个评价指标的评价值，fi *(+)为第i个评价指标的理想值，Vi u为第i个评价指标的最大临界值，Vi l为第i个评价指标的最小临界值；
在步骤S2中，将每个里程段的所有评价指标的评价值、整个隧道的所有评价指标的组合赋权权重以及理想点决策矩阵均代入理想点评价函数D中，能够获得对应里程段在隧道大变形评价指标体系中的对应大变形等级。
理想点评价指标函数是为了获取评价指标的理想点。评价指标分为增长型、减少型和区间型，分别对应于理想点评价指标函数的三种情况，基于评价指标的定量化评价值范围和理想点评价指标函数，能够获得隧道大变形评价指标体系的每个评价指标的理想值，以评价指标和其对应的理想值能够构建成整个隧道所有里程段通用的理想点决策矩阵。理想点评价函数D是基于欧式距离函数，并赋予了权重，通过在理想点评价函数D中代入勘察成果获得的每个里程段的所有评价值的评价值、整个隧道的所有评价指标的组合赋权权重、整个隧道所有里程段通用的理想点决策矩阵，能够获得该里程段与所有大变形等级的理想值之间的距离，进而选取与理想值距离最小的大变形等级为该里程段在隧道大变形评价指标体系中的对应大变形等级。优选的，获取理想点决策矩阵时，若某个大变形等级的评价指标无法在其评价值范围内取理想点，则在该大变形等级的评价指标的理想点附近选择一个近似理想点，近似理想点的选取方式是：
依据该大变形等级的评价指标的评价值范围情况，修正该大变形等级的评价指标的评价值范围的最小临界值和/或最大临界值，然后再选取近似理想点。
因某些大变形等级下的评价指标的评价值范围无端值，故无法选取真实的理想点，故在真实的理想点的附近选择近似理想点，使得能够获得理想点决策矩阵，进而使得理想点评价模型能够成功构建。
优选的，在步骤S1中，未确知测度评价模型包括：单指标测度函数、单指标测度评价矩阵、多指标综合测度评价矩阵和置信度识别准则模型；
在所述步骤S2中，将每个里程段的所有评价指标的评价值代入单指标测度函数中能够计算对应里程段的所有评价指标的评价值的测度值uijp，然后将对应里程段得到的所有测度值uijp构成对应里程段的单指标测度评价矩阵；
通过公式：
对单指标测度评价矩阵赋予组合赋权权重能够获得多指标综合测度评价矩阵，式ujp中：wi表示组合赋权权重；uijp表示第j里程段的第i个评价指标的评价值属于第p大变形等级的程度；ujp表示第j里程段属于第p大变形等级的程度；
置信度识别准则模型为：
式pj中，λ≥0.5；将多指标综合测度评价矩阵内数据代入置信度识别准则模型中，通过判断p值满足式pj，能够判断第j里程段的大变形等级为pj。
单指标测度函数是现有技术，每个评价指标有其对应的单指标测度函数，能够计算该评价指标的评价值的测度值。本方案中，评价值代入对应的单指标测度函数，能够获得测度值，测度值表示评价值属于第p大变形等级的程度，然后将各个里程段得到的所有测度值uijp构成该里程段的单指标测度评价矩阵，通过整个隧道的所有评价指标的组合赋权权重对单指标测度评价矩阵进行赋权，能够得到各个里程段属于第p大变形等级的程度ujp组成的多指标综合测度评价矩阵，将多指标综合测度评价矩阵内数据代入置信度识别准则模型中，能够准确的判断该里程段的大变形等级为pj。
优选的，在所述步骤S1中，y大于或等于7，所有影响因素至少包括围岩洞壁最大主应力σmax、岩石抗压强度σc、围岩强度应力比σb/σmax、岩石弹性模量E、围岩级别K、地质构造S和地下水W水7个影响因素。
本方案中，具有共性特征的影响因素的数量应尽量大于或等于7，且围岩洞壁最大主应力σmax、岩石抗压强度σc、围岩强度应力比σb/σmax、岩石弹性模量E、围岩级别K、地质构造S和地下水W水7个影响因素是必须存在的。高地应力是隧道工程围岩发生变形和破坏的关键性因素，故采用围岩洞壁最大主应力σmax作为围岩大变形的影响因素之一。大量的工程实践表明，挤压性大变形通常发生在千枚岩、片岩、板岩、页岩、泥岩等典型软弱围岩中，强度低、黏土含量高是软弱围岩的典型特征，故采用岩石抗压强度σc作为围岩大变形的影响因素之一。围岩强度应力比法是TB10003—2016“铁路隧道设计规范”有关高地应力区隧道软岩大变形分级方法，也是目前铁路隧道前期线路勘察设计和后期施工建设中最常用的大变形判别法，故采用围岩强度应力比σb/σmax作为围岩大变形的影响因素之一。岩石弹性模量越低，发生挤压性大变形的可能性和等级越高，故采用岩石弹性模量E作为围岩大变形的影响因素之一。隧道开挖改变了围岩的三向平衡状态，引起围岩应力重分布，局部出现应力集中现象，围岩级别客观地反应了围岩的稳定性，故采用围岩级别K作为围岩大变形的影响因素之一。地质构造S对大变形的影响主要表现在地应力值、围岩级别和岩石性质几方面，这种交互影响是一种综合性的体现，故采用质构造S作为围岩大变形的影响因素之一。地下水W水是影响大变形发生与否的重要条件之一。至少采用上述7种具有共性特征的影响因素作为评价指标，易于获取，且建立的隧道大变形评价指标体系更加全面，能够更加准确的在隧道前期勘察阶段评估大变形的发生位置及其危险性等级，结果可信度高，对于复杂地区的挤压性大变形，也能够准确的预测。
优选的，在所述步骤S1中，y＝7，k＝4，隧道大变形评价指标体系包括无大变形、Ⅰ级大变形、Ⅱ级大变形和Ⅲ级大变形4个大变形等级p；其中，p＝1为无大变形，无大变形的相对变形量小于3％，p＝2为Ⅰ级大变形，Ⅰ级大变形的相对变形量为3％-5％，p＝3为Ⅱ级大变形，Ⅱ级大变形的相对变形量为5％-8％，p＝4为Ⅲ级大变形，Ⅲ级大变形的相对变形量大于8％；
每个大变形等级的评价指标的定量化评价值范围为：
无大变形，σmax<20MPa，σc>30MPa，σb/σmax>0.50，E>2.0Gpa，K<4，S<4，W水<2；
Ⅰ级大变形，σmax为20-30MPa，σc为15-30MPa，σb/σmax为0.25-0.50，E为1.5-2.0Gpa，K为4-5，S为4-5，W水为2-3；
Ⅱ级大变形，σmax为30-45MPa，σc为5-15MPa，σb/σmax为0.15-0.25，E为1.0-1.5Gpa，K为5-6，S为5-6，W水为3-6；
Ⅲ级大变形，σmax>45MPa，σc<5MPa，σb/σmax<0.15，E<1.0GPa，K>6，S>6，W水>6。
将大变形等级p划分成四个等级，p＝1为无大变形(相对变形量小于3％)、p＝2为轻微大变形(Ⅰ级大变形，相对变形量3～5％)、p＝3为中等大变形(Ⅱ级大变形，相对变形量5～8％)和p＝4为强烈大变形(Ⅲ级大变形，相对变形量大于8％)，能够适应大部分围岩大变形情况。对每个大变形情况下的评价指标进行定量化，使得能够通过数值更加客观准确的反应每一级大变形等级的评价指标情况。采用上述每个大变形等级的评价指标的定量化评价值范围来构建隧道大变形评价指标体系，有利于准确的评估隧道围岩大变形所处里程段和大变形等级。
优选的，当获取理想点决策矩阵且大变形等级的评价指标无法取理想点时，修正该大变形等级的评价指标的评价值范围的最小临界值和/或最大临界值，修正后每个大变形等级的评价指标的定量化评价值范围为：
无大变形，σmax为5-20MPa，σc为30-60MPa，σb/σmax为0.50-0.90，E为2.0-5.0Gpa，K为2-4，S为2-4，W水为1-2；
Ⅰ级大变形，σmax为20-30MPa，σc为15-30MPa，σb/σmax为0.25-0.50，E为1.5-2.0Gpa，K为4-5，S为4-5，W水为2-3；
Ⅱ级大变形，σmax为30-45MPa，σc为5-15MPa，σb/σmax为0.15-0.25，E为1.0-1.5Gpa，K为5-6，S为5-6，W水为3-6；
Ⅲ级大变形，σmax为45-60MPa，σc为1-5MPa，σb/σmax为0.05-0.15，E为0.1-1.0GPa，K为6-9，S为6-9，W水为6-9；
在无大变形和Ⅲ级大变形中，岩石抗压强度σc、围岩强度应力比σb/σmax和岩石弹性模量E均为增长型，围岩洞壁最大主应力σmax和围岩级别K、地质构造S、地下水W水均为减少型；在Ⅰ级大变形和Ⅱ级大变形中，围岩洞壁最大主应力σmax、岩石抗压强度σc、围岩强度应力比σb/σmax、岩石弹性模量E、围岩级别K、地质构造S和地下水W水均为区间型；
依据理想点评价指标函数和修正后的每个大变形等级的评价指标的定量化评价值范围获取适用于所有隧道的7个评价指标和4个大变形等级的理想点决策矩阵Fi *(+)为：
采用上述方式，获得了较为合适的且适用于所有隧道的7个评价指标和4个大变形等级的理想点决策矩阵，使得通过理想点评价模型来评价隧道围岩大变形会更加准确，可靠性更高。
优选的，当构建未确知测度评价模型时，获得的单指标测度评价矩阵：
获得的多指标综合测度评价矩阵：
采用上述单指标测度评价矩阵和多指标综合测度评价矩阵，能够更加快速通过未确知测度评价模型来评估围岩大变形所处里程段和大变形等级。
优选的，在所述步骤S1中，主观权重的计算采用层次分析法，客观权重的计算采用熵权法，引入的距离函数M：
且需要引入距离函数M的定解和约束条件：
式中：wi为组合赋权权重，wi a为层次分析法的主观权重，wi e为熵权法的客观权重，α为层次分析法的分配系数，β为熵权法的分配系数。
采用层次分析法和熵权法，并通过引入距离函数判别法，将主观权重和客观权重进行耦合并建立组合赋权规则，解决了单一客观权重的差异性问题，使得大变形评价指标权重的确定更加合理、可靠。
优选的，在所述步骤S1中，根据隧道工程地质勘察成果、并通过地质分析、岩体力学分析、地应力测试、数值模拟及工程类比法中的一种或多种方式的结合来获得隧道每个里程段的所有评价指标的评价值。
采用上述方式中的一种或多种的结合，能够快速、准确的获取隧道所有里程段的所有评价指标的评价值，有利于在勘察设计阶段对隧道围岩大变形的评估。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明所述隧道围岩大变形评估方法通过构建完善的隧道大变形评价指标体系对各评价指标定量化、并对各评价指标赋予合理的组合赋权权重，使得能够引入理想点和欧式距离函数构建大变形理想点评价模型、或引入未确知测度理论和置信度准则构建大变形未确知测度评价模型，来综合该里程段所有评价指标对该里程段所属的大变形等级进行综合评估，该隧道围岩大变形评估方法对隧道每个里程段的围岩大变形的预测精度更高，工程实用性强。根据评估得到的隧道围岩每个里程段与对应里程段在隧道大变形评价指标体系中的对应大变形等级，采取更加有利于提高隧道围岩稳定性的开挖方式及支护结构措施，从而能够降低隧道围岩出现大变形灾害的危险性等级和比例。
2、遵循选取可反映产生大变形所需的高地应力环境、岩石力学性能和围岩性质这些内外影响因素的总体原则，采用围岩洞壁最大主应力σmax、岩石抗压强度σc、围岩强度应力比σb/σmax、岩石弹性模量E、围岩级别K、地质构造S、地下水W水7种具有共性特征的影响因素作为评价指标，易于获取，且建立的隧道大变形评价指标体系更加全面，能够更加准确的在隧道前期勘察阶段评估大变形的发生位置及其危险性等级，结果可信度高，对于复杂地区的挤压性大变形，也能够准确的预测。
3、采用层次分析法和熵权法，并通过引入距离函数判别法，将主观权重和客观权重进行耦合并建立组合赋权规则，解决了单一客观权重的差异性和局限性问题，使得大变形评价指标权重的确定更加合理、可靠。
附图说明
图1是实施例1中基于理想点法的隧道围岩大变形评估方法流程图；
图2是7种影响因素的隧道大变形评价层次结构模型；
图3是实施例1中理想点大变形危险性评价原理示意图；
图4是实施例2中基于未确知测度的隧道大变形危险性评价方法流程图；
图5是实施例2中围岩洞壁最大主应力单指标测度函数；
图6是实施例2中岩石抗压强度单指标测度函数；
图7是实施例2中围岩强度应力比单指标测度函数；
图8是实施例2中岩石弹性模量单指标测度函数；
图9是实施例2中围岩级别单指标测度函数；
图10是实施例2中地质构造单指标测度函数；
图11是实施例2中地下水单指标测度函数。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明提供一种隧道围岩大变形评估方法，参见图1，包括以下步骤：
S1、基于围岩大变形的y个具有共性特征的影响因素，构建隧道大变形评价指标体系，隧道大变形评价指标体系包括k个大变形等级、m个分别与y个影响因素一一对应的评价指标、以及每个大变形等级对应的m个评价指标的定量化评价值范围；然后根据隧道工程地质勘察成果获得隧道每个里程段的所有评价指标的评价值，然后将所有里程段同一评价指标的评价值采用权重确定方法计算得出整个隧道的对应评价指标的主观权重和客观权重，再引入距离函数获得整个隧道的每个评价指标的组合赋权权重；
基于理想点法并采用闵可夫斯基距离函数中的欧式距离函数，构建隧道围岩大变形理想点评价模型；
S2、将每个里程段的所有评价指标的评价值和整个隧道的所有评价指标的组合赋权权重输入理想点评价模型，获得对应里程段在隧道大变形评价指标体系的对应大变形等级。
共性特征指隧道围岩大变形共同所有的征象、标志等，会对所有的围岩大变形造成相应的影响。m＝y，影响因素与隧道大变形评价指标体系的评价指标一一对应，每个影响因素对应一个评价指标，影响因素如最大主应力、岩性、岩体完整性系数、断层、地下水等多种地质因素影响等，通过研究分析隧道大变形案例的破坏特征及发生规律，研究分析软岩隧道的岩性条件、应力条件和围岩性质，来选取具有共性特征的影响因素。本实施例中，在所述步骤S1中，y可以大于或等于7，所有影响因素至少包括围岩洞壁最大主应力σmax、岩石抗压强度σc、围岩强度应力比σb/σmax、岩石弹性模量E、围岩级别K、地质构造S和地下水W水7个影响因素。
其中，高地应力是隧道工程围岩发生变形和破坏的关键性因素，故采用围岩洞壁最大主应力σmax作为围岩大变形的影响因素之一。大量的工程实践表明，挤压性大变形通常发生在千枚岩、片岩、板岩、页岩、泥岩等典型软弱围岩中，强度低、黏土含量高是软弱围岩的典型特征，故采用岩石抗压强度σc作为围岩大变形的影响因素之一。围岩强度应力比法是TB10003—2016“铁路隧道设计规范”有关高地应力区隧道软岩大变形分级方法，也是目前铁路隧道前期线路勘察设计和后期施工建设中最常用的大变形判别法，故采用围岩强度应力比σb/σmax作为围岩大变形的影响因素之一。岩石弹性模量越低，发生挤压性大变形的可能性和等级越高，故采用岩石弹性模量E作为围岩大变形的影响因素之一。隧道开挖改变了围岩的三向平衡状态，引起围岩应力重分布，局部出现应力集中现象，围岩级别客观地反应了围岩的稳定性，故采用围岩级别K作为围岩大变形的影响因素之一。地质构造S对大变形的影响主要表现在地应力值、围岩级别和岩石性质几方面，这种交互影响是一种综合性的体现，故采用质构造S作为围岩大变形的影响因素之一。地下水W水是影响大变形发生与否的重要条件之一。采用上述7种具有共性特征的影响因素作为评价指标，易于获取，且建立的隧道大变形评价指标体系更加全面，能够更加准确的在隧道前期勘察阶段评估大变形的发生位置及其危险性等级，结果可信度高，对于复杂地区的挤压性大变形，也能够准确的预测。且上述7个影响因素主要针对隧道前期地质勘察和选线阶段隧道地质条件对大变形的影响，遵循选取可反映产生大变形所需的高地应力环境、岩石力学性能和围岩性质这些内外影响因素的总体原则。
通过选取上述7个影响因素，设立对应的7个评价指标，并对大变形类型进行划分等级，在所述步骤S1中，y＝7，k＝4，隧道大变形评价指标体系包括无大变形、Ⅰ级大变形、Ⅱ级大变形和Ⅲ级大变形4个大变形等级p；其中，p＝1为无大变形，无大变形的相对变形量小于3％，p＝2为Ⅰ级大变形，Ⅰ级大变形的相对变形量为3％-5％，p＝3为Ⅱ级大变形，Ⅱ级大变形的相对变形量为5％-8％，p＝4为Ⅲ级大变形，Ⅲ级大变形的相对变形量大于8％。
构建隧道大变形评价指标体系时，还需要对每个大变形等级的所有评价指标进行定量化处理，获得每个大变形等级对应的所有评价指标的定量化评价值范围，才能够形成完整的隧道大变形评价指标体系。本实施例中，每个大变形等级的评价指标的定量化评价值范围为：
无大变形，σmax<20MPa，σc>30MPa，σb/σmax>0.50，E>2.0Gpa，K<4，S<4，W水<2；
Ⅰ级大变形，σmax为20-30MPa，σc为15-30MPa，σb/σmax为0.25-0.50，E为1.5-2.0Gpa，K为4-5，S为4-5，W水为2-3；
Ⅱ级大变形，σmax为30-45MPa，σc为5-15MPa，σb/σmax为0.15-0.25，E为1.0-1.5Gpa，K为5-6，S为5-6，W水为3-6；
Ⅲ级大变形，σmax>45MPa，σc<5MPa，σb/σmax<0.15，E<1.0GPa，K>6，S>6，W水>6。
大变形等级与各评价指标的关系如表1所示：
表1
在步骤S1中，除了要构建隧道大变形评价指标体系以外，还需要获取整个隧道的各评价指标的组合赋权权重和构建理想点评价模型。
获取整个隧道的各评价指标的组合赋权权重时，先根据隧道工程地质勘察成果获得隧道所有里程段的所有评价指标的评价值，然后将所有里程段同一评价指标的评价值采用权重确定方法计算得出整个隧道的对应评价指标的主观权重和客观权重，再引入距离函数获得整个隧道的每个评价指标的组合赋权权重。确定评价指标权重的主观分析方法主要包括层次分析法、优序图法、三角模糊法等，客观分析方法主要有熵权法、粗糙集法、标准离差法等。其中，根据隧道工程地质勘察成果并通过地质分析、岩体力学分析、地应力测试、数值模拟及工程类比法中的一种或多种方式的结合来获得隧道每个里程段的所有评价指标的评价值。数值模拟可以采用初始地应力场反演分析和隧道洞室开挖模拟，初始地应力场反演分析采用边界荷载调整法或多元线性回归法。
本实施例中，主观权重的计算采用层次分析法，参见图2，图2中展示了7个具有共性特征的影响因素的隧道大变形评价层次结构模型，按照层次分析法中的9级标度法，通过对准则层的三个影响因子进行重要性评价，构建准则层对目标层的判断矩阵，并进行一致性检验，从而确定准则层中岩性条件、应力条件和围岩性质的权重系数；客观权重的计算采用熵权法，引入的距离函数M：
且需要引入距离函数M的定解和约束条件：
式中：wi为组合赋权权重，wi a为层次分析法的主观权重，wi e为熵权法的客观权重，α为层次分析法的分配系数，β为熵权法的分配系数。采用层次分析法和熵权法，并通过引入距离函数判别法，将主观权重和客观权重进行耦合并建立组合赋权规则，解决了单一客观权重的差异性问题，使得大变形评价指标权重的确定更加合理、可靠。
本实施例中，构建的理想点评价模型包括理想点评价指标函数、理想点决策矩阵和理想点评价函数D；
理想点评价函数D是通过计算评价对象(大变形)与理想点的距离来作为综合评价的依据，距离越小，说明评价对象与理想点越接近。以大变形为例，将其作为三维空间内的分类问题进行处理，则根据图3中所示本发明理想点大变形危险性评价原理示意图，L1、L2、L3、L4分别代表无大变形、Ⅰ级大变形、Ⅱ级大变形、Ⅲ级大变形，而每个里程段的评价值组成的工程样本L与L3的距离最近，说明工程样本L处于L3级别，即工程样本L为Ⅱ级大变形。
采用闵可夫斯基距离函数中的欧式距离函数来获取理想点评价函数D：
式中：D为里程段与理想点的距离，wi为组合赋权权重，fi(x)为第i个评价指标的评价值，fi *(+)为第i个评价指标的理想值，Vi u为第i个评价指标的最大临界值，Vi l为第i个评价指标的最小临界值。
其中，采用闵可夫斯基距离函数中的欧式距离函数来计算评价对象与理想点的距离，还需要利用理想点评价指标函数和隧道大变形评价指标体系获取理想点决策矩阵Fi *(+)。
本实施例中，理想点评价指标函数为：
式
中：i＝1、2、…、m，i表示第几个评价指标，fi *(+)为第i个评价指标的理想值，fi(x)为第i个评价指标的评价值，Vi l和Vi u分别为第i个评价指标理想区间的最小临界值和最大临界值，fi *(+)＝maxfi(x)为增长型，fi *(+)＝minfi(x)为减少型，fi *(+)＝fi((Vi l+Vi u)/2)为区间型；
理想点评价指标函数是为了获取评价指标的理想点。评价指标分为增长型、减少型和区间型，分别对应于理想点评价指标函数的三种情况，基于评价指标的定量化评价值范围和理想点评价指标函数，能够获得隧道大变形评价指标体系的每个评价指标的理想值，以评价指标和其对应的理想值能够构建成整个隧道所有里程段通用的理想点决策矩阵。基于理想点评价指标函数以及隧道大变形评价指标体系能够获取所有评价指标在所有大变形等级的理想值，所有评价指标在所有大变形等级的理想值能够构建成理想点决策矩阵。其中，获取理想点决策矩阵时，若大变形等级的评价指标无法在其评价值范围内取理想点，则在该大变形等级的评价指标的理想点附近选择一个近似理想点，近似理想点的选取方式是：
依据该大变形等级的评价指标的评价值范围情况，修正该大变形等级的评价指标的评价值范围的最小临界值和/或最大临界值，然后再选取近似理想点。
本实施例中，本实施例获取理想点决策矩阵时，大变形等级中的无大变形和Ⅲ级大变形的评价指标均无法取理想点时，故需要根据评价指标对应于理想点评价指标函数的类型分别修正无大变形和Ⅲ级大变形的所偶遇评价指标的评价值范围的最小临界值和/或最大临界值。在无大变形和Ⅲ级大变形中，岩石抗压强度σc、围岩强度应力比σb/σmax和岩石弹性模量E均为增长型，围岩洞壁最大主应力σmax和围岩级别K、地质构造S、地下水W水均为减少型；在Ⅰ级大变形和Ⅱ级大变形中，围岩洞壁最大主应力σmax、岩石抗压强度σc、围岩强度应力比σb/σmax、岩石弹性模量E、围岩级别K、地质构造S和地下水W水均为区间型；
无大变形和Ⅲ级大变形的评价指标的评价值范围的最小临界值和/或最大临界值修正后每个大变形等级的评价指标的定量化评价值范围为：
无大变形，σmax为5-20MPa，σc为30-60MPa，σb/σmax为0.50-0.90，E为2.0-5.0Gpa，K为2-4，S为2-4，W水为1-2；
Ⅰ级大变形，σmax为20-30MPa，σc为15-30MPa，σb/σmax为0.25-0.50，E为1.5-2.0Gpa，K为4-5，S为4-5，W水为2-3；
Ⅱ级大变形，σmax为30-45MPa，σc为5-15MPa，σb/σmax为0.15-0.25，E为1.0-1.5Gpa，K为5-6，S为5-6，W水为3-6；
Ⅲ级大变形，σmax为45-60MPa，σc为1-5MPa，σb/σmax为0.05-0.15，E为0.1-1.0GPa，K为6-9，S为6-9，W水为6-9；
补充修正后的大变形等级与各评价指标的关系如表2所示：
表2
然后再依据理想点评价指标函数和修正后的每个大变形等级的评价指标的定量化评价值范围获取适用于所有隧道的7个评价指标和4个大变形等级的理想点决策矩阵Fi *(+)为：
在步骤S2中，将每个里程段的所有评价指标的评价值、整个隧道的所有评价指标的组合赋权权重以及理想点决策矩阵均代入理想点评价函数D中，能够获得对应里程段在隧道大变形评价指标体系中的对应大变形等级。理想点评价函数D是基于欧式距离函数，并赋予了各个评价指标的组合赋权权重，通过在理想点评价函数D中代入勘察成果获得的每个里程段的所有评价值、依据所有里程段的同一评价指标的评价值计算得出的适用于整个隧道的每个评价指标的组合赋权权重、整个隧道所有里程段通用的理想点决策矩阵，能够获得该里程段与隧道大变形评价指标体系的所有大变形等级的理想值之间的距离，进而选取与理想值距离最小的大变形等级为该里程段在隧道大变形评价指标体系中的对应大变形等级。
本实施例所述的隧道围岩大变形评估方法，通过选取7种具有共性特征的影响因素，设立对应的评价指标，并对大变形类型进行划分等级，且对每个大变形等级的所有评价指标进行定量化处理，获得每个大变形等级对应的所有评价指标的定量化评价值范围，能够形成完整的隧道大变形评价指标体系。根据隧道工程地质勘察成果获得隧道所有里程段的评价指标的评价值，以勘察成果获得的所有里程段的同一评价指标的评价值为基础，基于主观权重确定方法和客观权重确定方法能够对应获得整个隧道的各个评价指标的主观权重和客观权重，将主观权重和客观权重通过距离函数进行耦合并建立组合赋权规则获得整个隧道的各个评价指标的组合赋权权重，解决了单一客观权重或主观权重存在的差异性问题，使得大变形评价指标的权重的确定更加合理、可靠和符合实际工况。
本实施例基于理想点法理论及计算规则结合闵可夫斯基距离函数中的欧式距离函数构建了隧道围岩大变形理想点评价模型，该大变形理想点评价模型引入地质勘察成果获得的每个里程段的所有评价指标的评价值和整个隧道的每个评价指标的组合赋权权重，即可得到该里程段分别与k个大变形等级理想点之间的距离，取最小的距离所对应的大变形等级即为该里程段评估所属的大变形等级。通过评估每个里程段在隧道大变形评价指标体系的对应大变形等级，就可以准确的得到隧道不同里程段和该里程段在隧道大变形评价指标体系的对应大变形等级。其中，采用闵可夫斯基距离函数中的欧式距离函数来配合理想点法构建了隧道围岩大变形理想点评价模型，来保证大变形评价结果的准确性，是经过多次工程试验的验证得出。
本实施例通过构建完善的隧道大变形评价指标体系对各评价指标定量化、并对各评价指标赋予合理的组合赋权权重，使得能够引入理想点和欧式距离函数构建大变形理想点评价模型，来综合该里程段所有评价指标对该里程段所属的大变形等级进行综合评估，该隧道围岩大变形评估方法对隧道每个里程段的围岩大变形的预测精度更高，工程实用性强。根据评估得到的隧道围岩所有里程段与该里程段在隧道大变形评价指标体系的对应大变形等级，采取更加有利于提高隧道围岩稳定性的开挖方式及支护结构措施，从而能够降低隧道围岩出现大变形灾害的危险性等级和比例。
本实施例主要用于隧道勘察设计阶段。在施工过程中，根据现场实测数据，可以对理想点评价模型进行优化。在隧道施工过程中，结合现场地质情况，及时选取开挖洞室周围的岩石试件进行力学试验，条件不充分时可开展点荷载测试，及时掌握岩石强度参数。同时，应详细记录隧道开挖过程中岩体的破坏特征情况，动态校核地应力的大小和方向。基于最新的现场地质资料、围岩性质和高地应力环境，优化前期大变形位置及危险性等级评价工作，实现大变形危险性等级的动态评价，指导后续隧道开挖前更准确地评估大变形风险。
本实施例提供以下具体实施案例，统计整理了近年来国内典型深埋长大隧道的挤压性围岩大变形资料，来验证该方法在预测隧道围岩大变形等级的可行性和准确性。考虑到岩体强度主要与岩石抗压强度、岩体完整性和地质构造影响程度等有关，参见表3，根据地质构造对岩体强度影响程度，来计算确定其岩体强度。
表3
由于围岩级别、地质构造和地下水特征在大变形分级时给出的数值都是一个范围值，这给理想点法定量预测评价挤压性围岩大变形等级造成了不便，故初步采用取平均值的方式得到确定数值，隧道工程大变形分析数据如表4所示。
表4
参见图2，构建隧道大变形评价层次结构模型，按照层次分析法中的9级标度法，通过对准则层的三个影响因子进行重要性评价，构建准则层对目标层的判断矩阵，并进行一致性检验，从而确定准则层中岩性条件、应力条件和围岩性质的权重系数依次为0.261、0.411、0.328。同理，可得子准则层中的各指标权重系数wi a。根据熵权法基本原理，结合表3中隧道工程的大变形分析数据，计算得到各指标的客观权重系数wi e。最后，引入距离函数判别法，通过组合赋权规则确定层次分析法和熵权法的权重分配系数依次为0.556、0.444，将主观权重wi a、客观权重wi e耦合并确定隧道案例各评价指标的组合赋权权重wi，大变形各评价指标权重如表5所示。
表5
将表4中的数据代入理想点大变形预测模型，大变形预测结果如表6所示，除第11组都汶公路龙溪隧道预测为轻微大变形(实际为中等大变形)，其余10组预测结果与实际情况吻合，准确率达90.9％。
表6
实施例2
本实施例提供一种隧道围岩大变形评估方法，构建的隧道大变形评价指标体系可以与实施例1中的相同，各评价指标的组合赋权权重的获取方式也可以相同，与实施例1中的隧道围岩大变形评估方法不同之处在于，参考图4，
在步骤S1中，不构建隧道围岩大变形理想点评价模型，而是基于未确知测度理论及计算规则并采用置信度准则进行大变形危险性评价，构建隧道围岩大变形未确知测度评价模型；
在步骤S1中，未确知测度评价模型包括：单指标测度函数、单指标测度评价矩阵、多指标综合测度评价矩阵和置信度识别准则模型；
在步骤S2中，将每个里程段的所有评价指标的评价值和整个隧道的所有评价指标的组合赋权权重输入未确知测度评价模型，获得对应里程段在隧道大变形评价指标体系的对应大变形等级。
具体的，将每个里程段的所有评价指标的评价值代入单指标测度函数中能够计算对应里程段的所有评价指标的评价值的测度值uijp，然后将对应里程段得到的所有测度值uijp构成对应里程段的单指标测度评价矩阵；
本实施例中，在7个评价指标和4个大变形等级形成的隧道大变形评价指标体系前提下，获得的单指标测度评价矩阵：
通过公式：
对单指标测度评价矩阵赋予组合赋权权重能够获得多指标综合测度评价矩阵，获得的多指标综合测度评价矩阵：
式中：wi表示组合赋权权重；i＝1、2、…、m；p＝1、2、3、…、k，j＝1、2、3、…、n；uijp表示第j里程段的第i个评价指标的评价值属于第p大变形等级的程度；ujp表示第j里程段属于第p大变形等级的程度。
其中，依照置信度准则进行大变形危险性评价，置信度识别准则模型为：
式pj中，λ≥0.5；将多指标综合测度评价矩阵内数据代入置信度识别准则模型中，通过判断p值满足式pj，能够判断第j里程段的大变形等级为pj。
本实施例通过构建完善的隧道大变形评价指标体系对各评价指标定量化、并对各评价指标赋予合理的组合赋权权重，使得能够引入未确知测度理论和置信度准则构建大变形未确知测度评价模型，来综合该里程段所有评价指标对该里程段所属的大变形等级进行综合评估，该隧道围岩大变形评估方法对隧道每个里程段的围岩大变形的预测精度更高，工程实用性强。根据评估得到的隧道围岩所有里程段与该里程段所属的大变形等级，采取更加有利于提高隧道围岩稳定性的开挖方式及支护结构措施，从而能够降低隧道围岩出现大变形灾害的危险性等级和比例。
以下对本实施例提供的隧道围岩大变形评估方法进行实际工程使用：
杨家坪隧道是成兰铁路的控制性隧道之一，隧道全长12815m，最大埋深约745m，位于DK121+860附近，区内地面高程1275～2237m，相对高差约200～550m。其穿越地层围岩以千枚岩、绿泥千枚岩为主，因隧道处于龙门山主中央断裂带与龙门山后山断裂带之间，地质构造复杂，隧道前段约10km的线路与千佛山斜向逆冲断裂基本平行。受断层及褶曲构造影响，岩层小褶曲发育、揉皱明显，岩体破碎、稳定性差，总体地势南高北低，属于典型高山峡谷深切侵蚀地貌。隧道施工过程中，出现喷射混凝土严重开裂、坍塌、初期支护变形侵限(钢架扭曲)等一系列挤压变形。
通过现场地质勘察、现场地应力测试、室内试验、初始地应力场反演分析和工程类比法等手段相结合，并参考表7地质构造对岩体强度影响程度，可得杨家坪隧道沿线各个里程段评价指标的具体值，如表8所示。
表7
表8
根据层次分析法和熵权法，计算隧道大变形各评价指标的主观权重和客观权重，通过引入距离函数确定层次分析法和熵权法的权重分配系数依次为0.616、0.384，综合确定杨家坪隧道各评价指标的权重系数，大变形各评价指标权重如表9所示。
表9
使用未确知测度进行危险性评价，需对各指标进行危险性等级划分。在本实施例中，大变形危险性评价模型中，大变形危险性评价集{C1,C2,C3,C4}，分别对应无大变形、Ⅰ级大变形、Ⅱ级大变形和Ⅲ级大变形。根据单指标测度基本理论和实施例1中的表1构建7种隧道大变形评价指标的单指标测度函数，分别如图5到图11。
将实施例1中的表1中各大变形指标取值代入单指标测度函数，可求得11个大变形样本的单指标测度矩阵。以DK111+770～DK112+282为例，根据表7中7个大变形指标的具体值，将其分别代入图5到图11的7项指标单指标测度函数中，计算可得大变形样本DK111+770～DK112+282的单指标测度矩阵为：
根据未确知测度基本原理，结合表8和大变形样本DK111+770～DK112+282的单指标测度矩阵，计算可得大变形样本DK111+770-DK112+282的多指标综合未确知测度评价向量为：{0.045，0.721，0.217，0.016}。根据置信度识别原则，置信度λ取0.6，对大变形样本DK111+770～DK112+282进行危险性评价，C1+C2＝0.045+0.721＝0.766>λ＝0.6，可得pj＝2，故该里程段为Ⅰ级大变形，与实际情况相吻合。同理，计算可得其它10组大变形样本的多指标综合未确知测度值和危险性评价结果，如表10所示。根据各里程段综合未确知测度的大小，除第8组大变形样本DK116+783～DK117+250评判为中等岩爆(实际为轻微岩爆)，其余10组评价结果与实际情况吻合，准确率达90.9％，在工程实践中具有较好的实用性和可操作性。
表10
为了进一步验证挤压性隧道大变形危险性评价的未确知测度模型的可行性、实用性和准确性，通过文献调研收集川藏铁路令达拿隧道，成兰铁路茂县隧道，成昆铁路某隧道，兰新铁路大梁隧道，都汶公路龙溪隧道等5座典型软岩隧道中围岩大变形的统计分析数据，隧道大变形数据如表11所示。
表11
这些隧道岩性主要为千枚岩、板岩、泥岩等典型软弱围岩，岩石抗压强度普遍较低，加之处于高或极高地应力环境，开挖过程中往往因为应力卸荷极易发生大变形。按照层次分析法、熵权法和组合赋权法的基本理论和计算规则，计算可得岩石抗压强度、弹性模量、最大主应力、围强度应力比、地质构造、围岩级别、地下水的组合赋权权重系数依次为0.215、0.060、0.164、0.177、0.179、0.057、0.148。按照未确知测度理论及计算规则，对5座典型软岩隧道进行大变形危险性评价，隧道大变形评价结果如表12所示。
表12
根据表12可知，川藏铁路令达拿等5座隧道大变形风险等级的评估结果与现场大变形的实际测量结果一致，该方法实现了对围岩大变形的准确定量评估，可为预防隧道大变形灾害的发生、减少施工损失及安全运营提供科学依据和技术支持。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种隧道围岩大变形评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基于围岩大变形的y个具有共性特征的影响因素，构建隧道大变形评价指标体系，隧道大变形评价指标体系包括k个大变形等级、m个分别与y个影响因素一一对应的评价指标、以及每个大变形等级对应的m个评价指标的定量化评价值范围；然后根据隧道工程地质勘察成果获得隧道每个里程段的所有评价指标的评价值，然后将所有里程段同一评价指标的评价值采用权重确定方法计算得出整个隧道的对应评价指标的主观权重和客观权重，再引入距离函数获得整个隧道的每个评价指标的组合赋权权重；
基于理想点法并采用闵可夫斯基距离函数中的欧式距离函数，构建隧道围岩大变形理想点评价模型；或基于未确知测度理论及计算规则并采用置信度准则进行大变形危险性评价，构建隧道围岩大变形未确知测度评价模型；
S2、将每个里程段的所有评价指标的评价值和整个隧道的所有评价指标的组合赋权权重输入理想点评价模型或未确知测度评价模型，获得对应里程段在隧道大变形评价指标体系的对应大变形等级。
2.根据权利要求1所述的隧道围岩大变形评估方法，其特征在于，在步骤S1中，理想点评价模型包括理想点评价指标函数、理想点决策矩阵和理想点评价函数D；
理想点评价指标函数为：
式
中：i＝1、2、…、m，i表示第几个评价指标，fi *(+)为第i个评价指标的理想值，fi(x)为第i个评价指标的评价值，Vi l和Vi u分别为第i个评价指标理想区间的最小临界值和最大临界值，fi *(+)＝maxfi(x)为增长型，fi *(+)＝minfi(x)为减少型，
为区间型；
基于式
以及隧道大变形评价指标体系能够获取m个评价指标分别在k个大变形等级的理想值，m*k个理想值能够构建成整个隧道所有里程段通用的理想点决策矩阵；
采用闵可夫斯基距离函数中的欧式距离函数来获取理想点评价函数D：
式中：D为里程段与理想点的距离，wi为组合赋权权重，fi(x)为第i个评价指标的评价值，fi *(+)为第i个评价指标的理想值，Vi u为第i个评价指标的最大临界值，Vi l为第i个评价指标的最小临界值；
在步骤S2中，将每个里程段的所有评价指标的评价值、整个隧道的所有评价指标的组合赋权权重以及理想点决策矩阵均代入理想点评价函数D中，能够获得对应里程段在隧道大变形评价指标体系中的对应大变形等级。
3.根据权利要求2所述的隧道围岩大变形评估方法，其特征在于，获取理想点决策矩阵时，若某个大变形等级的评价指标无法在其评价值范围内取理想点，则在该大变形等级的评价指标的理想点附近选择一个近似理想点，近似理想点的选取方式是：
依据该大变形等级的评价指标的评价值范围情况，修正该大变形等级的评价指标的评价值范围的最小临界值和/或最大临界值，然后再选取近似理想点。
4.根据权利要求1所述的隧道围岩大变形评估方法，其特征在于，在步骤S1中，未确知测度评价模型包括：单指标测度函数、单指标测度评价矩阵、多指标综合测度评价矩阵和置信度识别准则模型；
在步骤S2中，将每个里程段的所有评价指标的评价值代入单指标测度函数中能够计算对应里程段的所有评价指标的评价值的测度值uijp，然后将对应里程段得到的所有测度值uijp构成对应里程段的单指标测度评价矩阵；
通过公式：
对单指标测度评价矩阵赋予组合赋权权重能够获得多指标综合测度评价矩阵，式ujp中：wi表示组合赋权权重；uijp表示第j里程段的第i个评价指标的评价值属于第p大变形等级的程度；ujp表示第j里程段属于第p大变形等级的程度；
置信度识别准则模型为：
式pj中，λ≥0.5；将多指标综合测度评价矩阵内数据代入置信度识别准则模型中，通过判断p值满足式pj，能够判断第j里程段的大变形等级为pj。
5.根据权利要求1-4任一所述的隧道围岩大变形评估方法，其特征在于，在所述步骤S1中，y大于或等于7，所有影响因素至少包括围岩洞壁最大主应力σmax、岩石抗压强度σc、围岩强度应力比σb/σmax、岩石弹性模量E、围岩级别K、地质构造S和地下水W水7个影响因素。
6.根据权利要求5所述的隧道围岩大变形评估方法，其特征在于，在所述步骤S1中，y＝7，k＝4，隧道大变形评价指标体系包括无大变形、Ⅰ级大变形、Ⅱ级大变形和Ⅲ级大变形4个大变形等级p；其中，p＝1为无大变形，无大变形的相对变形量小于3％，p＝2为Ⅰ级大变形，Ⅰ级大变形的相对变形量为3％-5％，p＝3为Ⅱ级大变形，Ⅱ级大变形的相对变形量为5％-8％，p＝4为Ⅲ级大变形，Ⅲ级大变形的相对变形量大于8％；
每个大变形等级的评价指标的定量化评价值范围为：
无大变形，σmax<20MPa，σc>30MPa，σb/σmax>0.50，E>2.0Gpa，K<4，S<4，W水<2；
Ⅰ级大变形，σmax为20-30MPa，σc为15-30MPa，σb/σmax为0.25-0.50，E为1.5-2.0Gpa，K为4-5，S为4-5，W水为2-3；
Ⅱ级大变形，σmax为30-45MPa，σc为5-15MPa，σb/σmax为0.15-0.25，E为1.0-1.5Gpa，K为5-6，S为5-6，W水为3-6；
Ⅲ级大变形，σmax>45MPa，σc<5MPa，σb/σmax<0.15，E<1.0GPa，K>6，S>6，W水>6。
7.根据权利要求6所述的隧道围岩大变形评估方法，其特征在于，当获取理想点决策矩阵且大变形等级的评价指标无法取理想点时，修正该大变形等级的评价指标的评价值范围的最小临界值和/或最大临界值，修正后每个大变形等级的评价指标的定量化评价值范围为：
无大变形，σmax为5-20MPa，σc为30-60MPa，σb/σmax为0.50-0.90，E为2.0-5.0Gpa，K为2-4，S为2-4，W水为1-2；
Ⅰ级大变形，σmax为20-30MPa，σc为15-30MPa，σb/σmax为0.25-0.50，E为1.5-2.0Gpa，K为4-5，S为4-5，W水为2-3；
Ⅱ级大变形，σmax为30-45MPa，σc为5-15MPa，σb/σmax为0.15-0.25，E为1.0-1.5Gpa，K为5-6，S为5-6，W水为3-6；
Ⅲ级大变形，σmax为45-60MPa，σc为1-5MPa，σb/σmax为0.05-0.15，E为0.1-1.0GPa，K为6-9，S为6-9，W水为6-9；
在无大变形和Ⅲ级大变形中，岩石抗压强度σc、围岩强度应力比σb/σmax和岩石弹性模量E均为增长型，围岩洞壁最大主应力σmax和围岩级别K、地质构造S、地下水W水均为减少型；在Ⅰ级大变形和Ⅱ级大变形中，围岩洞壁最大主应力σmax、岩石抗压强度σc、围岩强度应力比σb/σmax、岩石弹性模量E、围岩级别K、地质构造S和地下水W水均为区间型；
依据理想点评价指标函数和修正后的每个大变形等级的评价指标的定量化评价值范围获取适用于所有隧道的7个评价指标和4个大变形等级的理想点决策矩阵Fi *(+)为：
8.根据权利要求6所述的隧道围岩大变形评估方法，其特征在于，当构建未确知测度评价模型时，获得的单指标测度评价矩阵：
获得的多指标综合测度评价矩阵：
9.根据权利要求1-4任一所述的隧道围岩大变形评估方法，其特征在于，在所述步骤S1中，主观权重的计算采用层次分析法，客观权重的计算采用熵权法，引入的距离函数M：
式中：wi为组合赋权权重，wi a为层次分析法的主观权重，wi e为熵权法的客观权重，α为层次分析法的分配系数，β为熵权法的分配系数。
10.根据权利要求1-4任一所述的隧道围岩大变形评估方法，其特征在于，在所述步骤S1中，根据隧道工程地质勘察成果、并通过地质分析、岩体力学分析、地应力测试、数值模拟及工程类比法中的一种或多种方式的结合来获得隧道每个里程段的所有评价指标的评价值。
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