隧道突水涌泥風(fēng)險(xiǎn)管理

李云華 李 杰 彭小云

（株洲市城市建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司 株洲 412007）

突水涌泥是隧道工程施工中經(jīng)常遇到的一種災(zāi)害現(xiàn)象，實(shí)際工程中，突涌水災(zāi)害往往給國(guó)家造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和工期的延誤［1］。因此，加強(qiáng)隧道工程風(fēng)險(xiǎn)管理［2］，準(zhǔn)確評(píng)估隧道施工階段突水涌泥風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的大小并提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，具有非常重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。

隧道突涌水風(fēng)險(xiǎn)管理的內(nèi)容一般包括3個(gè)方面：風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)控制。

1 風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別

為了避免風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別過程缺乏系統(tǒng)性和風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別可能的不完整性，在隧道工程實(shí)踐中，應(yīng)當(dāng)遵守必要的步驟。隧道工程風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別的步驟可以分為以下幾個(gè)部分：收集和研究資料→由專家按“頭腦風(fēng)暴法”提出所有可能的影響隧道風(fēng)險(xiǎn)的因素→建立基本風(fēng)險(xiǎn)源系統(tǒng)。

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

（1）地形地貌條件。統(tǒng)計(jì)資料表明，隧道涌水與隧道穿過區(qū)地形地貌條件密切相關(guān)。按隧道與地形地貌的關(guān)系，在橫斷面上，分為平坦型、凸型、山谷正下方平行型、山谷側(cè)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(cè)下平行型2類隧道的涌水量（單位長(zhǎng)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(guān)系。灰?guī)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(wěn)定系數(shù)）達(dá)2.5～4.0。泥質(zhì)巖圍巖，隧道涌水量相對(duì)較小，但當(dāng)其受斷裂帶的影響時(shí)，也往往會(huì)發(fā)生較大的涌水量。

（3）地質(zhì)構(gòu)造。從隧道圍巖的結(jié)構(gòu)特征來看，無論何種圍巖，當(dāng)其各種破碎帶較為發(fā)育時(shí)，隧道常會(huì)發(fā)生大規(guī)模、高水壓的涌水，并且往往伴隨有泥突災(zāi)害。破碎帶可以是斷層（裂）破碎帶和節(jié)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(zhì)接觸帶等。其中，在大斷裂帶和區(qū)域性斷層（尤其是張性斷層）附近，隧道涌水量更為嚴(yán)重。

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

通過對(duì)地形地貌條件、地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)條件進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可以預(yù)先了解突水涌泥災(zāi)害發(fā)生的可能性和規(guī)模，對(duì)制定合理的風(fēng)險(xiǎn)控制措施有非常重要的意義。

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法有很多，大體分為3類：定量計(jì)算法、定性分析法及定性和定量相結(jié)合方法［3］。

傳統(tǒng)的隧道涌水量定量計(jì)算預(yù)測(cè)方法有：水均衡法、地下水動(dòng)力學(xué)法（解析法）、水文地質(zhì)比擬法等。但是，一方面由于隧道本身地質(zhì)環(huán)境、水文地質(zhì)條件復(fù)雜且隱蔽，另一方面受現(xiàn)有勘探技術(shù)、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(yù)測(cè)計(jì)算理論預(yù)測(cè)得到隧道涌水量與實(shí)際值之間存在較大差異，預(yù)測(cè)結(jié)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(shù)法、工程類比法等。目前，隧道工程中最常用、最簡(jiǎn)單的應(yīng)屬專家打分法，即利用專家經(jīng)驗(yàn)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的概率、后果進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后得出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。然而，該方法完全依靠專家的個(gè)人臆斷，主觀性較強(qiáng)。因此，有學(xué)者提出在專家打分時(shí)引入“信心指數(shù)”進(jìn)行修正，即讓專家自己對(duì)打分做出信心評(píng)價(jià)，這一方法稱為“信心指數(shù)法”。

近些年，一些定性和定量相結(jié)合的方法得到推廣應(yīng)用，如層次分析法、模糊數(shù)學(xué)法、敏感性分析法、蒙特卡羅法、R＝P×C法等。R＝P×C定級(jí)法近些年受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的推崇。式中：R為風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；P為風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率；C為風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生時(shí)可能產(chǎn)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(shù)法進(jìn)行定性評(píng)定，也可以通過工程實(shí)踐資料結(jié)合數(shù)學(xué)方法進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估步驟

隧道工程突涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(fēng)險(xiǎn)的因素，并確定不同因素的權(quán)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(chǎn)生的后果（損失值）狀況；③結(jié)合隧道工程的設(shè)計(jì)、施工、水文、地質(zhì)等資料，對(duì)專家進(jìn)行問卷調(diào)查，考慮專家權(quán)重，得到隧道突涌水風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率；④采用專家問卷調(diào)查，考慮專家權(quán)重，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)突涌水風(fēng)險(xiǎn)事件的后果性質(zhì)、損失值大小及引起該后果的概率進(jìn)行量化計(jì)算，得到隧道突涌水風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

為了保證風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分的嚴(yán)謹(jǐn)和統(tǒng)一，等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)的確定就成了至關(guān)重要的問題。

根據(jù)《公路橋梁和隧道工程設(shè)計(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南（試行）》，風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率和風(fēng)險(xiǎn)損失的等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)參見表1～表4，針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)參見表5。

風(fēng)險(xiǎn)損失等級(jí)應(yīng)按人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境影響的因素確定。當(dāng)多種損失同時(shí)發(fā)生時(shí)，應(yīng)采用就高原則確定風(fēng)險(xiǎn)損失等級(jí)。

表1 風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率等級(jí)判斷標(biāo)準(zhǔn)

表2 人員傷亡等級(jí)判斷標(biāo)準(zhǔn)

表3 經(jīng)濟(jì)損失等級(jí)判斷標(biāo)準(zhǔn)

表4 環(huán)境影響等級(jí)判斷標(biāo)準(zhǔn)

表5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣

3 風(fēng)險(xiǎn)控制

風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)類型主要有：避免風(fēng)險(xiǎn)、損失控制、分散風(fēng)險(xiǎn)和轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)等［4］。對(duì)于突涌水風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率大、后果損失嚴(yán)重的隧道工程，其風(fēng)險(xiǎn)的控制主要采用損失控制技術(shù)。在廣泛征求專家意見的基礎(chǔ)上，總結(jié)隧道突涌水風(fēng)險(xiǎn)的控制方案，估計(jì)控制成本值和控制效果概率。

對(duì)隧道突涌水，可以采取如下風(fēng)險(xiǎn)控制方案：

（1）加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)報(bào)。根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)勘測(cè)資料，加強(qiáng)巖溶強(qiáng)烈發(fā)育段、重點(diǎn)斷層帶及暗河管道流系統(tǒng)段水平定向鉆探的綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)，綜合應(yīng)用各種方法，采用地質(zhì)素描、超前水平鉆孔或TSP203超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等手段，提高地質(zhì)預(yù)報(bào)準(zhǔn)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(cè)結(jié)果上報(bào)給監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位，根據(jù)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(xùn)，統(tǒng)籌備置抽水、清淤、注漿堵水等設(shè)備。尤其對(duì)反坡隧道要蓄備充足的抽排水設(shè)備，施工過程中一旦發(fā)現(xiàn)鉆孔內(nèi)涌水突泥有易常變化，要能隨機(jī)應(yīng)變，隨時(shí)清除發(fā)生的突水突泥，控制事態(tài)，把事故損失降到最低。

（3）建立逃生應(yīng)急系統(tǒng)，包括聲光報(bào)警系統(tǒng)和逃生系統(tǒng)。定期組織逃生演練，強(qiáng)化全體作業(yè)人員安全意識(shí)，保證作業(yè)人員及設(shè)備的安全。

［1］李利平.高風(fēng)險(xiǎn)巖溶隧道突水災(zāi)變演化機(jī)理及其應(yīng)用研究［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2009.

［2］葛顏慧.巖溶隧道突水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與預(yù)警機(jī)制研究［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2010.

［3］高維義，彭華濤.項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的二階段評(píng)價(jià)法［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：信息與管理工程版，2004，26（6）：238－240.

［4］郭陜?cè)?關(guān)于隧道及地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理的實(shí)施意見［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2007（6）：1－4.