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1、隧道及地下工程施工安全管理技术讲座,2009年4月,一、前言,二、风险源识别及安全风险管理技术,三、应急预案案例,四、结束语,讲座提纲,一、 前言,一、前言,随着国民经济的迅猛发展，人们对生存和生活活动环境的要求越来越高，特别对交通的快捷舒适和城市空间越来越拥挤的现实不相适应。应运而生的是发展大量的隧道工程和城市的地铁工程。目前这一轮的高速铁路和客运专线建设，桥隧比例较过去大大的提高，困难山区地段大约占总长度的75%以上，随着城市化的到来，城市地下工程迅猛发展，以北京、广州、上海为代表，地下工程已初见成效。并发展到全国各大中城市。,这些大量的隧道工程和城市地下工程快速建设，对施工企业安全生产管
2、理带来了严峻考验，虽然国家、业主和施工企业都十分注重安全工作，但仍有事故发生，这充分说明隧道及城市地下工程施工安全管理技术的重要性和必要性。,一、前言,二、风险识别及施工安全风险管理技术,二、风险识别及施工安全风险管理技术,隧道及城市地下工程是一项庞大的系统工程，涉及的安全技术、施工技术、管理技术和设备技术等学科。不是哪一个部门和某一种方法和技术能完全化解的，首先从以下几个方面来分析隧道及城市地下工程施工安全风险源。,1、勘察设计给隧道与地下工程带来的风险,由于目前对水文地质勘察手段和费用的局限性，存在着对水文地质的勘察深度和广度都不能完全满足初支及结构设计的需要。对区域性构造地质分析认识不足
3、导致了设计地质与实际施工揭示地质严重不符。由于水文地质变化引起了很多安全隐患和安全事故的发生。这是隧道与地下工程的最大的风险源。,二、风险识别及施工安全风险管理技术,2、对城市地下工程施工过程的地质预报和超前钻探没有真正列入工期施组安排，费用更是无几。施工企业在这方面又没有能力去化解。因为施工企业一无资质、二无专业地质人员、三无费用、四无时间。但是责任和义务是合同规定的义不容辞！这是一个目前隧道施工安全不可控的重大风险源。,二、风险识别及施工安全风险管理技术,3、由于对揭示的水文地质和前方预报的水文地质分析认知上的错误，采用了与实际水文地质不相适应的方案和方法，这是最危险和最直接的风险，可导致
4、重大事故乃致无法挽回的灾难性事故发生，下面分析几个案例：,二、风险识别及施工安全风险管理技术,4、案例分析,宜万线的齐岳山隧道 张集铁路的旧堡隧道 渝怀线圆梁山隧道 北京南站至北京西客站联络线,二、风险识别及施工安全风险管理技术,宜万铁路齐岳山隧道是宜万铁路4座重大风险的隧道之一，其余三座都已贯通，唯有齐岳山凶吉未卜，出口原施工单位为十五局，后交由我们施工。 齐岳山隧道进出口段最大的施工安全风险来源于溶洞、溶槽突水、突泥。针对这一重大风险源我集团项目部高度重视，采取了一系列综合措施： 制订洞内水文地质超前预报补勘详细实施性组织计划和技术方案。 先用TSP203长距离预报不同地质变化的界面，找出
5、问题的位置，即在开挖面前方的距离。此法目前被广泛用于洞内地质超前预报。能准确预测前方哪个里程会发生问题，但无法测明问题的具体情况。,案例1：宜万线的齐岳山隧道,针对TSP203的优缺点，为准确知道前方预报会有问题，集团公司决定购买一台日本的高性能的钻机。钻机具有钻孔快、能自动记录钻进速度、岩石强度和钻机的推力和扭距。这些都可以判定围岩情况。同时可取岩心和打超前大小管棚。这台钻机为我们在齐岳山成功完成我们自己的任务，未发生安全事故，做了巨大的贡献。 采用风枪短距离超前钻探险进一步验证，以上两种长距离的地质超前预报成果，为正确指导施工，采用TSP203超前预报31次计5400米。长、中、短超前钻孔
6、310682米，平均每断面7孔钻4500米，投入大量人力物力和财力。这是齐岳山进口取得可喜成果的关键保证。值得投入！,案例1：宜万线的齐岳山隧道,齐岳山隧道岩溶水文地质纵断面图,齐岳山隧道整体上划分为三个水文地质单元： 进口以齐岳山背斜为主体的岩溶富水区； 中部由得胜场岩溶、暗河、F11断层组成的槽谷富水区； 出口以箭竹溪向斜为主体的碎屑岩含水区。 根据水文地质的差异，得胜场槽谷又可划分为可溶岩富水带、F11断层破碎带，对应段落里程为DK364+900DK365+110、DK365+110DK365+355。,案例1：宜万线的齐岳山隧道,a .狭长的低洼槽谷，有利于降雨及表水的汇聚。 b .厚
7、层的白云岩、灰岩等利于岩溶的发育。 c .走向裂隙、横张裂隙等利于岩溶个体间的水力联系。,F11断层工程和水文地质条件,上述条件促成槽谷带状富水，在排泄基面控制的水动力作用下，促使岩溶裂隙发育成管道，最终发育成暗河。并为F11断层提供了丰富的地下水补给。,得胜场槽谷位于齐岳山背斜西翼,顺岩性界面发育,呈狭长带状展布,从西流水向北延伸至石芦河源头清水塘, 长度约68km,大体分为两段：其中西流水响水洞段槽谷紧闭,向北至响水洞被横向沟谷切割而敞开, 是得胜场暗河的发育地段；响水洞石芦河段虽整体上仍是槽谷,但被多条横向沟谷切割,成为地表迳流和地下岩溶泉水排泄缺口,形成横向开口式的槽谷。,得胜场槽谷区
8、域水文地质图,北,F11断层工程和水文地质条件,齐岳山隧道剩余地段地质纵断面图,设计勘察物探及钻探情况,音频大地电磁测深中线（EH-4)综合剖面图,路肩线,T2j3,T2b1,F11,齐2,齐1,齐4,齐3,设计勘察物探及钻探情况,F11断层工程和水文地质条件,目前剩余地段主要为F11断层及其影响带，依据设计，该断层出露在地表DK364+950+180段，隧道位于DK365+110+340为主断裂带，发育有T1j4白云岩为主的硬质可溶岩与T2b1含钙质成分的页岩、泥岩为主的软弱非可溶岩的交界部位，具有多期性、次级构造发育，岩性成分复杂，胶结松散，岩体破碎，饱和水使岩土性态恶化。,设计勘察物探及
9、钻探情况,F11断层内隧道位置地表钻探芯样,设计勘察物探及钻探情况,出口F11断层(PDK365+335)超前探孔涌水录像,出口超前钻探情况,4、F11断层上盘接触带特征分析 结合超前钻探取芯、开挖验证、及注浆孔内涌喷物质分析划分，在PDK364+355+328地段以较完整泥质灰岩、构造角砾灰岩为主，局部裂隙发育破碎；PDK364+328+312地段以破碎构造角砾灰岩为主，注浆孔出现喷砾石现象。 目前为止平导和正洞掌子面均未进入以断层泥、糜棱岩等软弱物质为主的F11断层核心的迹象显示。,F11断层的进一步工程条件分析,2009年3月1日早5时齐岳山出口平导发生突水和突石的事件原因分析及教训：这
10、次突水是由于改变了针对这种地层的施工方案造成的。原施工方案是长管棚、注浆加固再开挖，后改为十六字方针：注浆加固、分水降压、平导先行、带水作业。支护是先弱后强，先小导管、注浆加固，后大管棚、注浆加固，再周边断面注浆，再全断面帷幕注浆加固。,案例1：宜万线的齐岳山隧道,设计方案原设计方案,案例1：宜万线的齐岳山隧道,K1.0加强复合型衬砌结构，25m厚C25喷射钢纤维混凝土，局部HBC22N组合式锚杆，格栅钢架间距0.50.75m。 二次衬砌厚度65cm，C30钢筋混凝土。,钻孔数量141孔/3657.2m 断层破碎带注浆1695.8m3 溶洞岩溶带5084.7m3 一般裂隙带508.74m3 止
11、浆墙厚2.5m，混凝土185.9m3,案例1：宜万线的齐岳山隧道,设计方案原设计方案,变更设计方案,铁道部宜万铁路建设指挥部迫于工期压力，推行“注浆加固，分水降压，平到先行，带水作业”十六字方针，支护采用先弱后强“先小导管注浆加固，再大管棚注浆加固，再周边断面注浆，再全断面帷幕注浆”的原则，施作大管棚或注浆加固必须报指挥长批准（宜昌会议确定），甚至在前段进出口围岩好转时，迫于工期压力，宜万建指决定取消长钻孔，减少每排炮超前探孔，减弱支护强度。,案例1：宜万线的齐岳山隧道,注浆开口及终孔交圈图,DK365+357.5+327.5注浆方案,DK365+357.5+327.5注浆方案,在掌子面施作止
12、浆墙，止浆墙厚2.5m，止浆墙嵌入周边围岩不小于0.5m，并采用周边小导管注浆等措施做好止浆墙与周边围岩的封闭和连接，其中小导管采用外径!42mm、壁厚3.5mm热轧无缝钢管，长3.5m，要求小导管环向间距1m，并嵌入止浆墙0.5m；,这个决定是建设指挥部邀请了7位工程院士和5个隧道设计施工专家召开了专题研讨会后做出的。这种地层正确的施工方案我们经过三年的摸索、特别是进入F11大断层以来，所采用的留足够的岩盘一般68米，特殊地段（即有富水层的地段）留1015米；并在钻孔前把止浆墙做强，一般11.5米，特殊地段1.53米，这次事件的发生是在明知前方只有13米的距离就是富水带，但在错误的方案指导下
13、未做止浆墙就开钻1、2号孔，分别已喷水压力35米，流量在50100立方米，掌子面喷混凝土有些外凸的情况下，仍未采取打止浆墙加固和注浆堵水，仍超前钻孔，导致第三孔打通富水层引来压力水，推开岩盘，喷涌而出，瞬间达10000立方米以上。,案例1：宜万线的齐岳山隧道,案例2：张集铁路的旧堡隧道,旧堡隧道全长9980米，是张集铁路全线最长的隧道之一，控制性工程，工期是2009年4月贯通，年内开通运营，因设计地质与实际地质严重不符，已开挖的6600米，变更了75以上，剩余了3300米也变更了80以上。；,F3断层地表露头,F3断层破碎带花岗岩侵入岩脉,F3断层破碎带地表破碎岩体,钢架被压屈服,案例2：张集
14、铁路的旧堡隧道,该隧道经过近一年半的施工，使业主、设计施工吃尽苦头，围岩虽然变更了，支护参数也用到了极限了，但所发生变形，严重危及施工安全，原设有2个斜井，但因、的围岩占75以上被鉴定施组时砍掉。后因揭示地质不能满足工期要求，推后一年多增设斜井，误了工期赔了钱，教训深刻。针对这种地质采取了以后续仰拱快成环，二衬进度保掌子面开挖进尺和初支暴露时间，用施工组织工艺标准保证稳定的进度安全.即仰拱距掌子面不大于20米,二衬距仰拱不大于15米，仰拱打完后利用站桥保护出碴，待达到2.5MPa/cm2 用钢板防护。保证掌子面的施工。,案例2：张集铁路的旧堡隧道,案例3： 渝怀线园梁山隧道突泥事故,该隧道进行
15、了中长距离的地质预报；但未做短距离预报，做了短距离预报就能探出前方的溶洞，可不放炮，做进一步的钻察，查明溶洞侵入隧道的大小，选择正确的方案，可规避重大风险事故的发生。由此引发了掌子面岩盘破裂突水突泥造成了人员重大伤亡。,案例4 北京南站到西客站的引入线,由于对地质钻探调查深度和广度不够，对地层认识上的大意，从设备选型和开挖操作没有引起重视，造成了岩脉的侵入段打烂了刀盘，引起了塌方，现要打竖井把刀盘吊出 。 造成工期损失一年多，经济损失至少3000万元。,案例4 北京南站到西客站的引入线,全断面掘进机、TBM、盾构机。统称机械法开挖与支护。 城市地下工程采用什么样的方法和设备是由地质和环境来决定
16、的。通俗的讲一种设备只能适合于一种地层，它并不是万能的，更不是用了它就一切平安了。上海、南京地铁出现塌方损失几十亿到上亿，而且工期和财产损失是惨重的。,案例4 北京南站到西客站的引入线,5.各类不同地质安全风险管理技术对策表,采用“零”仰坡开挖环保进洞，或堆土反压边仰坡进洞。正洞开挖视开挖高度可分三台阶或四阶人工配合机械开挖，留核心土。核心土采用运纵向锚杆预加固，一台阶和二台阶加纵向托梁和竖向钢管桩。纵向连接采用型钢栓接，三台阶齐头并进，快速喷锚。仰拱早成环，二衬要紧跟，以二衬速度促进掌子面开挖进度。切禁工序失衡，但要增加超前注浆加固，必要时掌子面核心土用超前锚杆加固，采用机械开挖特别是、台阶。,地质承载力较强，较前项高了，但是因有裂隙水和地下水更加危险。掌子面前方易外凸往上滑塌，拱顶荷载易剧增下沉快，开挖边墙易侧溜。侧压力剧增引起收敛变形严重，塌坍下沉失稳，最终因开挖方法控制不当造成大变形直至大塌方。,严重风化的花岗岩、砂卵石土
