隧道突水涌泥风险管理

李云华 李 杰 彭小云

（株洲市城市建设发展集团有限公司 株洲 412007）

突水涌泥是隧道工程施工中经常遇到的一种灾害现象，实际工程中，突涌水灾害往往给国家造成严重的经济损失和工期的延误［1］。因此，加强隧道工程风险管理［2］，准确评估隧道施工阶段突水涌泥风险等级的大小并提出相应的风险控制措施，具有非常重要的社会和经济意义。

隧道突涌水风险管理的内容一般包括3个方面：风险源识别、风险评估和风险控制。

1 风险源识别

为了避免风险源识别过程缺乏系统性和风险因素识别可能的不完整性，在隧道工程实践中，应当遵守必要的步骤。隧道工程风险因素识别的步骤可以分为以下几个部分：收集和研究资料→由专家按“头脑风暴法”提出所有可能的影响隧道风险的因素→建立基本风险源系统。

隧道突水涌泥不但与施工条件和隧道自身特征有关，更主要是受水文地质条件的制约，而水文地质条件又受控于地形地貌条件、地层岩性和地质构造等条件。

（1）地形地貌条件。统计资料表明，隧道涌水与隧道穿过区地形地貌条件密切相关。按隧道与地形地貌的关系，在横断面上，分为平坦型、凸型、山谷正下方平行型、山谷侧下平行型和单斜面型；在纵断面上，分为平坦型、凸型、横贯河流型、盆状和平凸形。在横断面地形类别中，以山谷正下方平行型和侧下平行型2类隧道的涌水量（单位长度涌水量）较大，其次为平坦型和单斜面型型；从纵剖面来看，平凸形、盆状和横贯河流型3类隧道的涌水量最大。

（2）地层岩性。隧道涌水量与地层岩性也有较密切的关系。灰岩、白云岩等可溶岩类围岩，隧道涌水量大、水量高，丰水期和枯水期涌水量之比（即不稳定系数）达2.5～4.0。泥质岩围岩，隧道涌水量相对较小，但当其受断裂带的影响时，也往往会发生较大的涌水量。

（3）地质构造。从隧道围岩的结构特征来看，无论何种围岩，当其各种破碎带较为发育时，隧道常会发生大规模、高水压的涌水，并且往往伴随有泥突灾害。破碎带可以是断层（裂）破碎带和节理密集带，也可以是各种岩性接触带，如可溶岩与不可溶岩接触带、岩浆接触挤压带和变质接触带等。其中，在大断裂带和区域性断层（尤其是张性断层）附近，隧道涌水量更为严重。

（4）岩溶。岩溶地区隧道开挖突水涌泥事故频发，且具有很大的危险性。岩溶隧道施工突水机理可归纳为：在隧道施工过程中，由于隧道开挖引起围岩应力变化产生塑性区，当该塑性区与岩溶中充填物溶沟贯通时，则必然造成突水。

通过对地形地貌条件、地层岩性和地质构造等地质条件进行综合评价，可以预先了解突水涌泥灾害发生的可能性和规模，对制定合理的风险控制措施有非常重要的意义。

2 风险评估

2.1 风险评估方法

风险评估的方法有很多，大体分为3类：定量计算法、定性分析法及定性和定量相结合方法［3］。

传统的隧道涌水量定量计算预测方法有：水均衡法、地下水动力学法（解析法）、水文地质比拟法等。但是，一方面由于隧道本身地质环境、水文地质条件复杂且隐蔽，另一方面受现有勘探技术、资金投入以及施工工期等因素的限制，用目前的隧道涌水量预测计算理论预测得到隧道涌水量与实际值之间存在较大差异，预测结果不尽人意。

隧道涌水量定性分析方法有：故障树法、专家打分法、信心指数法、工程类比法等。目前，隧道工程中最常用、最简单的应属专家打分法，即利用专家经验，对风险因素发生的概率、后果进行评价，然后得出风险等级。然而，该方法完全依靠专家的个人臆断，主观性较强。因此，有学者提出在专家打分时引入“信心指数”进行修正，即让专家自己对打分做出信心评价，这一方法称为“信心指数法”。

近些年，一些定性和定量相结合的方法得到推广应用，如层次分析法、模糊数学法、敏感性分析法、蒙特卡罗法、R＝P×C法等。R＝P×C定级法近些年受到国内外学者的推崇。式中：R为风险等级；P为风险事件发生的概率；C为风险事件发生时可能产生的后果。P和C的确定可以是定性的，也可以是定量的，既可以通过专家打分法或信心指数法进行定性评定，也可以通过工程实践资料结合数学方法进行概率统计分析。

2.2 风险评估步骤

隧道工程突涌水风险评估的步骤主要包括：①熟悉引起所研究的隧道工程突涌水风险的因素，并确定不同因素的权重；②收集可用于工程类比的过往隧道突涌水的事故资料；了解事故的形成因素及其产生的后果（损失值）状况；③结合隧道工程的设计、施工、水文、地质等资料，对专家进行问卷调查，考虑专家权重，得到隧道突涌水风险发生的概率；④采用专家问卷调查，考虑专家权重，经统计分析，对突涌水风险事件的后果性质、损失值大小及引起该后果的概率进行量化计算，得到隧道突涌水风险。

2.3 风险评估标准

为了保证风险等级划分的严谨和统一，等级划分标准的确定就成了至关重要的问题。

根据《公路桥梁和隧道工程设计安全风险评估指南（试行）》，风险发生概率和风险损失的等级评定标准参见表1～表4，针对风险事件的等级划分标准参见表5。

风险损失等级应按人员伤亡、经济损失、环境影响的因素确定。当多种损失同时发生时，应采用就高原则确定风险损失等级。

表1 风险发生概率等级判断标准

表2 人员伤亡等级判断标准

表3 经济损失等级判断标准

表4 环境影响等级判断标准

表5 风险评估矩阵

3 风险控制

风险控制技术类型主要有：避免风险、损失控制、分散风险和转移风险等［4］。对于突涌水风险发生概率大、后果损失严重的隧道工程，其风险的控制主要采用损失控制技术。在广泛征求专家意见的基础上，总结隧道突涌水风险的控制方案，估计控制成本值和控制效果概率。

对隧道突涌水，可以采取如下风险控制方案：

（1）加强地质预报。根据工程地质、水文地质勘测资料，加强岩溶强烈发育段、重点断层带及暗河管道流系统段水平定向钻探的综合地质预报，综合应用各种方法，采用地质素描、超前水平钻孔或TSP203超前地质预报等手段，提高地质预报准确度，在隧道开挖前，判断岩溶及断层突水涌泥的可能性，并将探测结果上报给监理、设计单位，根据反馈信息，选择正确的施工方法和有效的处治措施。

（2）人员培训，统筹备置抽水、清淤、注浆堵水等设备。尤其对反坡隧道要蓄备充足的抽排水设备，施工过程中一旦发现钻孔内涌水突泥有易常变化，要能随机应变，随时清除发生的突水突泥，控制事态，把事故损失降到最低。

（3）建立逃生应急系统，包括声光报警系统和逃生系统。定期组织逃生演练，强化全体作业人员安全意识，保证作业人员及设备的安全。

［1］李利平.高风险岩溶隧道突水灾变演化机理及其应用研究［D］.济南：山东大学，2009.

［2］葛颜慧.岩溶隧道突水风险评价与预警机制研究［D］.济南：山东大学，2010.

［3］高维义，彭华涛.项目风险评估的二阶段评价法［J］.武汉理工大学学报：信息与管理工程版，2004，26（6）：238－240.

［4］郭陕云.关于隧道及地下工程建设风险管理的实施意见［J］.现代隧道技术，2007（6）：1－4.