岩溶地区地质条件复杂、地下水活跃。在岩溶地区进行隧道施工,常常会遭遇突水、突泥、溶洞失稳、地表塌陷等一系列岩溶相关的灾害。由于岩溶地质灾害一般具有隐蔽性、突发性以及群发性的特点,其一旦发生,往往会造成巨大的经济损失。如何在隧道施工过程中,对可能遭遇的岩溶灾害进行准确地预测、评估,从而采取相应的措施防止相关灾害的发生,已经成为岩溶地区隧道工程建设中亟需解决的问题。鉴于此,本文分别从隧道施工过程的岩溶突水、地表塌陷、隐伏溶洞对隧道结构的影响以及岩溶的预报四个方面着手,在对岩溶灾害发生机理进行研究的基础上,建立了隧道岩溶突水及地表塌陷的风险评价体系,研究了多因素影响下隧道与隐伏溶洞间的安全距离,并建立了隧道工程中的岩溶动态综合预报体系。主要的研究内容及成果体现在以下几个方面:(1)基于岩溶突水发生的机理,在统计分析的基础上,选取对岩溶突水有控制作用的因素,建立了隧道岩溶突水风险评价的指标体系。根据岩溶突水的四个风险等级,将岩溶突水风险评价指标进行定量分级,部分指标根据其量测值分级,其他指标根据其专家评分进行分级。采用综合赋权法确定评价指标的权重。其中,主观权重由基于专家知识的模糊层次分析法确定,而客观权重由基于量测值的相关分析法确定。采用综合赋权法,既考虑了人对事物的主观理解,又考虑了各事物客观存在的联系,可以大大降低只采用其中某一种方法确定权重带来的误差,使得评价结果更加准确。(2)分别基于可拓数学理论、属性数学理论以及模糊数学理论建立了隧道岩溶突水的风险评价体系。采用这三种风险评价方法对某隧道进口平导段的突水风险进行了评估,不仅得到了三种相同的风险评价结果,而且这三种评价结果与实际记录的突水状况相吻合。证明了所建立的隧道岩溶突水的可拓评价体系、属性识别体系及模糊综合评价体系的适用性及合理性。(3)在可拓评价过程中,采用线性无量纲化方法对风险评价指标的定量分级以及指标的量值进行了无量纲化处理。无量纲化过程即可被以看作是构造隶属度函数的过程,也使得具有不同量纲的评价指标之间具有可比性。通过将可拓评价结果与其他两种评价方法的结果以及实际涌水状况的对比,证明了无量纲化处理过程的合理性。(4)基于岩溶地表塌陷发生的条件,在统计分析的基础上选确定了地铁隧道施工引起地表岩溶塌陷的风险评价指标,建立了相应的风险指标体系,并对评价指标进行了定量分级,采用综合赋权法确定了岩溶塌陷风险评价指标的权重。分别基于可拓数学理论、属性数学理论以及模糊数学理论,建立了岩溶区地铁隧道施工引起地表塌陷的风险评价体系。所建立的三种岩溶塌陷风险评价体系被用于贵阳地铁一号线某区段用来评价岩溶塌陷的风险,所得到的三种评价结果不仅相互高度一致,一致性比率达到了91.19%,而且与现场的实际的塌陷条件以及该区域的塌陷历史较吻合。验证了所建立的风险评价体系的适用性及合理性。(5)通过对已有文献中的数据,以及贵广铁路线中多条隧道中揭露溶洞的数据进行统计整理,采用Matlab进行分布拟合之后,得出溶洞的宽度和高度均近似地服从瑞利分布。根据实际情况并,考虑到数值模拟的可操作性,将数值计算中的溶洞近似等效成椭圆状。采用响应面法设计了隐伏溶洞影响下的隧道开挖数值模拟方案。根据影响隧道结构稳定各因素的变化情况,选取变化较明显且对隧道稳定影响较大的五个参数作为变量,包括围岩的弹性模量、粘聚力及内摩擦角,溶洞的宽度及高度,其他变化较小的参数作为常量。并将隧道关键点的位移突变作为隧道结构失稳的标志,分别进行了隐伏溶洞位于隧道上方、下方以及侧部的隧道开挖数值模拟。采用最小二乘法原理,求得了隧道与溶洞间安全距离关于五个变量的响应面函数。(6)建立了隧道工程中岩溶的动态综合预报体系。这一体系包含隧道施工前的地下岩溶发育程度的评价,以及施工过程中掌子面前方岩溶的预报两个部分。根据可拓理论建立了地下岩溶发育程度的评价体系,利用其评价结果在隧道施工前对地下岩溶进行初步的预测,其评价结果同时又指导隧道施工过程中岩溶预报方法的选取及预报方案的实施。隧道施工过程中,根据不同的岩溶发育程度选取相应的地质探测技术对掌子面前方的岩溶进行预报,岩溶预报的结果对岩溶发育程度等级进行修正、更新。运用所建立的岩溶动态综合预报体系对某隧道施工过程中的岩溶进行预报,预报结果与现场观测情况具有高度的一致性,证明了该岩溶预报体系具有很好的适用性及较高的可靠性。