隧道突水涌泥風險管理

李云華 李 杰 彭小云

（株洲市城市建設發展集團有限公司 株洲 412007）

突水涌泥是隧道工程施工中經常遇到的一種災害現象，實際工程中，突涌水災害往往給國家造成嚴重的經濟損失和工期的延誤［1］。因此，加強隧道工程風險管理［2］，準確評估隧道施工階段突水涌泥風險等級的大小并提出相應的風險控制措施，具有非常重要的社會和經濟意義。

隧道突涌水風險管理的內容一般包括3個方面：風險源識別、風險評估和風險控制。

1 風險源識別

為了避免風險源識別過程缺乏系統性和風險因素識別可能的不完整性，在隧道工程實踐中，應當遵守必要的步驟。隧道工程風險因素識別的步驟可以分為以下幾個部分：收集和研究資料→由專家按“頭腦風暴法”提出所有可能的影響隧道風險的因素→建立基本風險源系統。

隧道突水涌泥不但與施工條件和隧道自身特征有關，更主要是受水文地質條件的制約，而水文地質條件又受控于地形地貌條件、地層巖性和地質構造等條件。

（1）地形地貌條件。統計資料表明，隧道涌水與隧道穿過區地形地貌條件密切相關。按隧道與地形地貌的關系，在橫斷面上，分為平坦型、凸型、山谷正下方平行型、山谷側下平行型和單斜面型；在縱斷面上，分為平坦型、凸型、橫貫河流型、盆狀和平凸形。在橫斷面地形類別中，以山谷正下方平行型和側下平行型2類隧道的涌水量（單位長度涌水量）較大，其次為平坦型和單斜面型型；從縱剖面來看，平凸形、盆狀和橫貫河流型3類隧道的涌水量最大。

（2）地層巖性。隧道涌水量與地層巖性也有較密切的關系?；規r、白云巖等可溶巖類圍巖，隧道涌水量大、水量高，豐水期和枯水期涌水量之比（即不穩定系數）達2.5～4.0。泥質巖圍巖，隧道涌水量相對較小，但當其受斷裂帶的影響時，也往往會發生較大的涌水量。

（3）地質構造。從隧道圍巖的結構特征來看，無論何種圍巖，當其各種破碎帶較為發育時，隧道常會發生大規模、高水壓的涌水，并且往往伴隨有泥突災害。破碎帶可以是斷層（裂）破碎帶和節理密集帶，也可以是各種巖性接觸帶，如可溶巖與不可溶巖接觸帶、巖漿接觸擠壓帶和變質接觸帶等。其中，在大斷裂帶和區域性斷層（尤其是張性斷層）附近，隧道涌水量更為嚴重。

（4）巖溶。巖溶地區隧道開挖突水涌泥事故頻發，且具有很大的危險性。巖溶隧道施工突水機理可歸納為：在隧道施工過程中，由于隧道開挖引起圍巖應力變化產生塑性區，當該塑性區與巖溶中充填物溶溝貫通時，則必然造成突水。

通過對地形地貌條件、地層巖性和地質構造等地質條件進行綜合評價，可以預先了解突水涌泥災害發生的可能性和規模，對制定合理的風險控制措施有非常重要的意義。

2 風險評估

2.1 風險評估方法

風險評估的方法有很多，大體分為3類：定量計算法、定性分析法及定性和定量相結合方法［3］。

傳統的隧道涌水量定量計算預測方法有：水均衡法、地下水動力學法（解析法）、水文地質比擬法等。但是，一方面由于隧道本身地質環境、水文地質條件復雜且隱蔽，另一方面受現有勘探技術、資金投入以及施工工期等因素的限制，用目前的隧道涌水量預測計算理論預測得到隧道涌水量與實際值之間存在較大差異，預測結果不盡人意。

隧道涌水量定性分析方法有：故障樹法、專家打分法、信心指數法、工程類比法等。目前，隧道工程中最常用、最簡單的應屬專家打分法，即利用專家經驗，對風險因素發生的概率、后果進行評價，然后得出風險等級。然而，該方法完全依靠專家的個人臆斷，主觀性較強。因此，有學者提出在專家打分時引入“信心指數”進行修正，即讓專家自己對打分做出信心評價，這一方法稱為“信心指數法”。

近些年，一些定性和定量相結合的方法得到推廣應用，如層次分析法、模糊數學法、敏感性分析法、蒙特卡羅法、R＝P×C法等。R＝P×C定級法近些年受到國內外學者的推崇。式中：R為風險等級；P為風險事件發生的概率；C為風險事件發生時可能產生的后果。P和C的確定可以是定性的，也可以是定量的，既可以通過專家打分法或信心指數法進行定性評定，也可以通過工程實踐資料結合數學方法進行概率統計分析。

2.2 風險評估步驟

隧道工程突涌水風險評估的步驟主要包括：①熟悉引起所研究的隧道工程突涌水風險的因素，并確定不同因素的權重；②收集可用于工程類比的過往隧道突涌水的事故資料；了解事故的形成因素及其產生的后果（損失值）狀況；③結合隧道工程的設計、施工、水文、地質等資料，對專家進行問卷調查，考慮專家權重，得到隧道突涌水風險發生的概率；④采用專家問卷調查，考慮專家權重，經統計分析，對突涌水風險事件的后果性質、損失值大小及引起該后果的概率進行量化計算，得到隧道突涌水風險。

2.3 風險評估標準

為了保證風險等級劃分的嚴謹和統一，等級劃分標準的確定就成了至關重要的問題。

根據《公路橋梁和隧道工程設計安全風險評估指南（試行）》，風險發生概率和風險損失的等級評定標準參見表1～表4，針對風險事件的等級劃分標準參見表5。

風險損失等級應按人員傷亡、經濟損失、環境影響的因素確定。當多種損失同時發生時，應采用就高原則確定風險損失等級。

表1 風險發生概率等級判斷標準

表2 人員傷亡等級判斷標準

表3 經濟損失等級判斷標準

表4 環境影響等級判斷標準

表5 風險評估矩陣

3 風險控制

風險控制技術類型主要有：避免風險、損失控制、分散風險和轉移風險等［4］。對于突涌水風險發生概率大、后果損失嚴重的隧道工程，其風險的控制主要采用損失控制技術。在廣泛征求專家意見的基礎上，總結隧道突涌水風險的控制方案，估計控制成本值和控制效果概率。

對隧道突涌水，可以采取如下風險控制方案：

（1）加強地質預報。根據工程地質、水文地質勘測資料，加強巖溶強烈發育段、重點斷層帶及暗河管道流系統段水平定向鉆探的綜合地質預報，綜合應用各種方法，采用地質素描、超前水平鉆孔或TSP203超前地質預報等手段，提高地質預報準確度，在隧道開挖前，判斷巖溶及斷層突水涌泥的可能性，并將探測結果上報給監理、設計單位，根據反饋信息，選擇正確的施工方法和有效的處治措施。

（2）人員培訓，統籌備置抽水、清淤、注漿堵水等設備。尤其對反坡隧道要蓄備充足的抽排水設備，施工過程中一旦發現鉆孔內涌水突泥有易常變化，要能隨機應變，隨時清除發生的突水突泥，控制事態，把事故損失降到最低。

（3）建立逃生應急系統，包括聲光報警系統和逃生系統。定期組織逃生演練，強化全體作業人員安全意識，保證作業人員及設備的安全。

［1］李利平.高風險巖溶隧道突水災變演化機理及其應用研究［D］.濟南：山東大學，2009.

［2］葛顏慧.巖溶隧道突水風險評價與預警機制研究［D］.濟南：山東大學，2010.

［3］高維義，彭華濤.項目風險評估的二階段評價法［J］.武漢理工大學學報：信息與管理工程版，2004，26（6）：238－240.

［4］郭陜云.關于隧道及地下工程建設風險管理的實施意見［J］.現代隧道技術，2007（6）：1－4.