冯庄隧道不良地质和高风险段施工组织设计.doc

新建铁路大准至朔黄铁路联络线新建铁路大准至朔黄铁路联络线 zczqzczq1111 标标 冯庄隧道不良地质和高风险段冯庄隧道不良地质和高风险段 专项施工方案专项施工方案 编制：编制： 审核：审核： 批准：批准： 中铁二十一局集团有限公司神华准池铁路项目部中铁二十一局集团有限公司神华准池铁路项目部 目录目录 一、适用范围一、适用范围 3 3 二、编制依据二、编制依据 3 3 三、隧道概况和风险分析三、隧道概况和风险分析 3 3 3.1、隧道概况 .3 3.1.1、工程概况 .3 3.1.3、地震动参数 .5 3.1.4、水文地质特征 .5 3.1.5、地质构造 .5 3.1.6、本隧道各级围岩级别及所占比例 .5 3.2、冯庄隧道风险分析 .6 3.3 冯庄隧道初始风险评价.8 3.4、组织机构 11 3.4.1、组织机构及联系方式 12 四、不良地质和高风险地段施工方案四、不良地质和高风险地段施工方案 1212 4.1、塌方风险施工方案 12 4.2、突水突泥风险地段施工方案 15 4.3、变形风险地段施工方案 18 4.4 洞口失稳地段施工方案18 冯庄隧道 不良地质和高风险段专项施工方案 为加强隧道施工中不良地质的管理和监控，预防和控制危险源可 能出现的紧急情况，尽可能减少事故造成的人员伤亡和财产损失，根 据上级要求并结合本工程项目的实际，特制定此专项施工方案。 一、适用范围 冯庄隧道 二、编制依据 1、 中华人民共和国安全生产法 2、 建设工程安全生产管理条例 3、 生产安全事故报告与调查处理条例 4、 安全生产事故隐患排查治理暂行规定 5、 铁路工程施工安全技术规程 6、 冯庄隧道风险评估报告 7、 施工现场临时用电安全技术规程 8、 铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南 9、铁建设【2007】102 号文关于印发加强铁路隧道工程安全工 作的若干意见的通知 10、铁建设函【2007】1007 号关于进一步加强铁路隧道安全工 作的通知 11、铁建设【2010】120 号关于进一步明确软弱围岩及不良地 质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知 12、设计图纸及现场的实际情况 三、隧道概况和风险分析 3.1、隧道概况 3.1.1、工程概况 冯庄隧道位于中山区,地势起伏较大,地形较陡峭,自然坡度 2030植被不发育。工点所经区域地面标高 15021554m，相对 高差约 52m。隧道进口洞口山坡为台阶地，自然坡约 35，黄土层覆 盖较厚。出口山坡较缓，局部可见基岩外露。隧道行政隶属山西省忻 州市神池县，进口线路右侧约 350m 有小神线通过，交通尚比较便利。 隧道起讫里程为 dk166+850dk167+421，全长 571m，洞身最大 埋深约 67m，为单洞双线隧道。整个隧道位于曲线段，左线和右线的 曲线半径分别为 r=800 和 r=804.39。洞内左线路肩设计纵坡为 3.2 单面上坡。 3.1.2、地层岩性 工程内地层为第四系上更新统洪，风积砂质黄土；下伏基岩为奥 陶系中统灰岩。其岩性特征详述如下： 砂质黄土（q3pl+eol3）：主要分布在隧道进出口,褐黄色,硬塑，土 质均匀，颗粒成份以粉粒为主，厚 014m，级普通土， 0=150kp。 黏质黄土（q3pl+eol3）：主要分布在隧道进出口，褐黄色，硬塑， 土质不均匀，局部夹粗角砾石，厚约 14m，级普通土， 0=150kp。 奥陶系中统地层： 灰岩（o2ls）：灰白色，岩质较硬，隐晶质结构，中厚层状构造； 强风化层厚 27m，级软石，0=500kp；其下弱风化灰岩，级 次坚石，0=1200 kp。 灰岩岩层产状近水平。 发育三组节理： j1：n85e/80s，为封闭节理。裂隙中铁，锰质侵染，节理间 距约 0.2m； j2：n10e/80s，为封闭节理。裂隙中铁，锰质侵染，节理间 距约 0.3m； j3：n60e/89s，为张开节理。裂隙中铁，锰质侵染，节理间 距约 0.3m，缝宽约 40mm，延伸长度约 2m。 3.1.3、地震动参数 根据 gb183062001中国地震动参数区划图 ，结合实地调查， 隧道区地震动峰值加速度 0.10g(地震基本烈度为度)，地震动反应 谱特征周期 0.40s，地震动反应谱特征周期分区为二区。 3.1.4、水文地质特征 勘察期间未见地下水，属地下水较为贫乏地区。隧道区地下水埋 深大，隧道洞身岩体节理裂隙发育，雨季地表水下渗，局部水量较大， 雨季施工时应注意排水。 3.1.5、地质构造 场地内地形地貌单一，地层岩性主要为第四系上更新统洪、风积 砂质黄土及奥陶系中统灰岩，无影响工程的大的断裂构造。 3.1.6、本隧道各级围岩级别及所占比例 隧道各级围岩分级表 里程长度围岩分级 dk166+850dk166+88737 dk166+887dk166+92538 dk166+925dk166+96035 dk166+960dk167+00545 dk167+005dk167+10095 dk167+100dk167+17070 dk167+170dk167+22050 dk167+220dk167+28565 dk167+285dk167+36075 dk167+360dk167+39636 dk167+396dk167+42125 级围岩 43% 级围岩 13% 级围岩 34% 级围岩 10% 图 1 隧道围岩级别比例图 3.2、冯庄隧道风险分析 根据本阶段地质勘测资料：本隧道穿越奥陶系中统灰岩，灰白色， 弱风化，节理裂隙稍发育，地下水为基岩裂隙水，岩体完整性一般， 隧道进出口分布第四系风坡积砂质黄土，褐黄色，具湿陷性，湿陷土 层厚度约 15m，湿陷系数 0.0220.037，为级（中等）自重湿陷性 场地。施工中应考虑黄土的湿陷性对隧道的影响，需采取措施进行处 理。黏质黄土局部夹粗角砾石，褐黄色，厚约 14m，下伏基岩为奥陶 系中统灰岩，灰白色，弱风化，节理裂隙稍发育，厚 25m，其下弱 风化，节理裂隙稍发育。地下水主要为基岩裂隙水，不发育。隧道 级围岩占 13%，级围岩占 34%，级围岩占 43%。进出口为新黄土地 层，具有湿陷性，上覆土层较薄，洞身顶处地表存有冲沟。因此，本 隧道主要风险为塌方、变形、突水突泥、洞口失稳等风险，全隧存在 的风险和可能发生的典型风险事件分析如下： 1、出口为桥隧相连，施工工序干扰性较大，组织不利容易产生 施工安全风险和废弃分项工程。隧道进口浅埋段，表层为第四系风坡 积砂质黄土，稳定性差，基底发现溶洞，出口浅埋段，奥陶系中统灰 岩节理裂隙稍发育，洞口边仰坡开挖。 2、dk166+850dk166+887 段，进口浅埋段，表层为第四系风坡积 砂质黄土，稳定性差，基底发现溶洞，本断施工施工时，很可能发生 塌方，洞口失稳，变形。 3、dk166+887dk166+925 段，本段为级围岩黄土浅埋段，施工 时，很可能发生塌方，变形。 4、dk166+925dk166+960 段，本段为土石分界线，施工时很可能 发生塌方，突水突泥。 5、dk166+960dk167+005 段，本段为级围岩黄土浅埋地段，岩 体完整性一般，本段施工时，可能发生塌方，变形。 6、dk167+005dk167+100 段，级围岩，岩体整体性一般，施工 时可能发生塌方，变形。 7、dk167+100dk167+170 段，级围岩水平岩层，岩体完整性一 般，施工时可能发生塌方，变形。 8、dk167+170dk167+220 段，级围岩水平岩层，施工时可能发 生塌方，变形。 9、dk167+220dk167+285 段，级围岩水平岩层，岩体完整性一 般，施工时可能发生塌方，变形。 10、dk167+285dk167+360 段，级围岩，岩体完整性一般，施 工时可能发生塌方，变形。 11、dk167+360dk167+396 段，级围岩地段，节理裂隙稍发育， 施工时可能发生塌方，变形。 12、dk167+396dk167+421 段，出口浅埋段，奥陶系中统灰岩节 理裂隙稍发育，洞口边仰坡开挖，施工时可能发生塌方，洞口失稳， 变形。 综上所述，冯庄隧道存在的安全风险类型有：突水突泥、埸方、 洞口失稳、大变形。突水突泥主要集中在 dk166+925dk166+960 段； 本隧道全隧均存在高度和中度等级的埸方风险；变形风险主要集中于 隧道进口、出口、洞身浅埋地段，全隧变形风险等级均为高度及以下。 洞口浅埋段容易发生洞口失稳。 3.3 冯庄隧道初始风险评价 通过风险分析，冯庄隧道各段落中存在的初始风险评价结果见表 1： 经评估，本隧道中的主要典型风险事件类型为塌方、洞口失稳、 大变形及突水突泥风险；初始风险为高度及以上的共有 20 处。具体 情况如下： 1、塌方风险 11 处 风险等级为高度的段落共 3 处，风险等级为中度度的段落共有 9 处。 2、突水突泥风险 1 处 风险等级为高度的段落共 1 处。 3、变形风险 10 处 风险等级为高度的段落共 2 处。 4、洞口失稳 2 处 风险等级进口处为高度风险等级，出口为中度风险等级。 表 1 冯庄隧道风险等级分析评价 冯庄隧道风险评估表 里程 初始风险残余风险 残余风 险处理 起始 里程 终止 里程 长 度 (m) 风险事件 概 率 等 级 后 果 等 级 风 险 等 级 风险处理措施 概 率 等 级 后 果 等 级 风 险 等 级 加强监 控量测 dk166 +850 dk166 +887 37 塌方、洞 口失稳、 变形 43 高 度 108 管棚预加固，岩溶普查， 锚喷支护，crd 法施工 21 低 度 加强监 控量测 dk166 +887 dk166 +925 38 塌方、变 形 43 高 度 42 超前小导管预加固地层，三 台阶七步开挖法施工 21 低 度 加强监 控量测 dk166 +925 dk166 +960 35 塌方、突 水突泥 43 高 度 42 超前小导管预加固地层，加 强初期支护 21 低 度 加强监 控量测 dk166 +960 dk167 +005 45 塌方、变 形 32 中 度 级围岩复合式衬砌，格栅钢架， 环形开挖预留核心土施工 21 低 度 加强监 控量测 dk167 +005 dk167 +100 95 塌方、变 形 32 中 度 级围岩复合式衬砌，格栅钢架， 台阶法施工 21 低 度 加强监 控量测 dk167 +100 dk167 +170 70 塌方、变 形 32 中 度 及时施工支护，优化系统锚杆布 置，台阶法施工 21 低 度 加强监 控量测 dk167dk16750 塌方、变 22 中级围岩复合式衬砌 11 低加强监 +170+220 形度度控量测 dk167 +220 dk167 +285 65 塌方、变 形 32 中 度 及时施工支护，优化系统锚杆布 置，台阶法施工 21 低 度 加强监 控量测 dk167 +285 dk167 +360 75 塌方、变 形 32 中 度 级围岩复合式衬砌，格栅钢架， 台阶法施工 21 低 度 加强监 控量测 dk167 +360 dk167 +396 36 塌方、变 形 32 中 度 42 超前小导管预加固地层，环 形开挖预留核心土法施工 21 低 度 加强监 控量测 dk167 +396 dk167 +421 25 塌方、洞 口失稳、 变形 32 中 度 108 管棚预加固地层锚喷支护， 环形开挖预留核心土法施工 21 低 度 加强监 控量测 序号风险事件风险产生原因险源类别后果备注 1 变形塌方 埋深、围岩稳定性、 地质构造、地下水、 地质、地形、 施工因素 可能引发重 大安全事故 隧道风险清单 初支失效和施工质量 2 炸药意外 爆炸 装药时带火种、钻眼 与装药平行作业 施工因素 可能引发重 大安全事故 3 产生盲炮 导爆索、雷管安装不 规范、火工品质量 施工因素 可能引发重 大安全事故 4 尘、毒、 噪声污染 通风不及时、干钻、 不戴防护用具 施工因素 可能损害人 员健康 5 触电 洞内电路安装、维护 或使用不规范或违章 施工因素 可能引发重 大安全事故 6 洞顶落石 清危排险不彻底或初 支不及时或方法不当 施工因素 可能引发重 大安全事故 7 车辆碰撞 洞内排风不畅、能见 度低或车上过快 施工因素 可能损害人 员健康 组 长：项目经理 副组长：项目副经理、项目总工 各工序安全控制 各业务部门领导工区队长、工班长 各工点安全控制 安全管理领导小组 3.43.4、组织机构、组织机构 3.4.1、组织机构及联系方式 四、不良地质和高风险地段施工方案 4.1、塌方风险施工方案 1、做好超前地质预报，采用以钻探为主，地震波法、红外线等多种 总指挥樊 永 连抢险行动组组长：刘文忠对外协才调组组长：相立群现场技术组组长：张忠德通讯联络组组长：郑东来物资设备组组长：赵四方隧道施工事 故 疏散救护组组长：邓文付物探法远期与近期相结合的综合判定。以摸清断层的围岩结构和富水情况， 为制定相应的对策提供第一手资料；根据地质变化及早制定预案和措施。 2、洞口浅埋段宜采用 crd 施工方法和环形预留核心土施工方法，洞身 级围岩宜采用台阶法、级围岩黏质黄土浅埋段宜采用三台阶七步开挖、 其余级围岩宜采用环形预留核心土、级围岩宜采用全断面施工方法； 加强初期支护和钢架锁脚锚杆等措施。 3、进口 dk166+850dk166+887 洞口开挖边坡临时防护采用锚喷支护， 喷混凝土（c25）厚 10cm；锚杆 22，长度 3m,间距 1.21.2m，梅花型 布置；钢架网采用 8，间距 2525cm。永久边坡采用骨架护坡，形成绿 色防护。隧道洞门挡墙、端墙基础采用三七灰土换填 2m，换填应严格按照 现行湿陷性黄土地区建筑规范的施工要求施做。 4、进口 dk166+850dk166+887 洞口暗挖段采用一排 108mm 长 40m 超前大管棚支护进洞，出口 dk167+396dk167+421 洞口暗挖段采用 108mm 长 28m 超前大管棚支护进洞. 5、dk166+854dk166+890 段。隧底距轨面高程约 11.514.0m 存在黏 土充填溶洞，考虑运营安全，对溶洞进行注浆处理，处理范围为隧道中线 两侧各 15m，注浆孔间距 1.51.5，梅花型布置，施工中应加强隧道基地 岩溶普查，更具揭示的溶洞形态与隧道的关系，进行综合治理，动态设计。 6、本隧道洞身岩层层理平缓且裂隙较发育，隧道开挖后容易造成层间 黏结强度下降，支护不及时，易掉块，局部塌方。隧道级围岩平缓岩层 地段，施工中应加强监控量测，注意观察拱部岩体变化，开挖后及时施作 初期支护，可根据围岩情况，优化系统锚杆布置，加强拱部支护，锚杆总 数不变，施工时可根据岩体破碎程度及层间黏结力综合判断，必要时采取 加强支护措施。 7、隧道洞身超前支护表 冯庄隧道超前支护表 里程 起始里程终止里程 长度 (m) 衬砌类型超前支护及其他措施施工方法 dk166+850dk166+88737 b 型复合式衬砌 108 大管棚超前预支护，长 度 40m，环向间距 40cm crd 法 dk166+887dk166+92538 b 型复合式衬砌 42 超前小导管, 环向间距 40cm，t=3.5mm,4 榀一环 三台阶七步开挖法 dk166+925dk166+96035 b 型复合式衬砌 42 超前小导管, 环向间距 40cm，t=3.5mm,4 榀一环 三台阶七步开挖法 dk166+960dk167+00545 级围岩复合式衬 砌 42 超前小导管, 环向间距 40cm,t=3.5mm,3 榀一环 环形开挖预留核心土 dk167+005dk167+10095 级围岩复合式衬 砌 台阶法 dk167+100dk167+17070 级围岩复合式衬 台阶法 砌 dk167+170dk167+22050 级围岩复合式衬 砌 全断面法 dk167+220dk167+28565 级围岩复合式衬 砌 台阶法 dk167+285dk167+36075 级围岩复合式衬 砌 台阶法 dk167+360dk167+39636 级围岩复合式加 强衬砌 42 超前小导管, 环向间距 40cm，t=3.5mm,3 榀一环 环形开挖预留核心土 dk167+396dk167+42125 级围岩复合式加 强衬砌 108 大管棚超前预支护，长 度 28m, 环向间距 40cm 环形开挖预留核心土 7、严格控制开挖进尺。严格遵循“管超前、弱爆破、强支护、早封闭、 勤量测、及时衬砌”的施工原则，确保不出现塌方。及时喷射砼，必要时 掺加钢纤维，以增加支护的强度。 8、施工中加强系统支护监控量测，并根据监控量测结果及时调整初期 支护及施作二次衬砌。 9、桥隧相连的进出口洞门施工，合理的安排施工工序，精心的施工组 织。 10、现场备足封堵材料，如砂袋、袋装水泥、tgrm 浆、发泡注浆抢堵 剂等，同时在现场储备足够排水设备。 11、洞内设置逃生管道。逃生管道设置在沿隧道墙角地面处设置，管 口一端距下台阶不大于 5 m，另一端延伸至已做衬砌段 6 米的位置。管道 采用直径 800mm 的承插钢管。管道内预留工作绳、应急水管（饮用） 、电 话线、照明线等。 12、当发生塌方事故时，人员应立即撤离工作面，在有条件并保证人 员安全的情况下撤出设备。同时作业人员及时向项目部汇报。项目部根据 发生塌方的位置、原因、范围以及围岩的暂时稳定程度制订控制方案。 4.2、突水突泥风险地段施工方案 本标段隧道岩层节理发育，导水性强，贯通性较好，在这种地质条件 下易出现突水、突泥。施工时采取如下施工方法。 1、为了保证各个工作面的施工人员能够及时撤离，洞内建立统一的 报警系统，并根据危险程度的不同，确定预警等级，根据预警等级的不同， 确定不同的报警信号，报警信号要能够明确辨别，防止由于信号辨别不清， 造成撤离的混乱。 2、开挖采用三台阶七步开挖法，减少一次进入断层或富水段的工作 面积。开挖时尽可能采用机械开挖，不宜采用爆破开挖，若必须采用爆破 开挖时，坚持多打眼、少装药的弱爆破施工技术，减小对围岩的扰动。上 部断面开挖时，工作面水平钻机超前探水孔深 3050m，进行泄水，然后 再进行开挖。 3、若隧道开挖后出现局部渗水，根据不同情况采取相应措施，地下 水状态级（渗水量10l/min10m） ，可采用喷射混凝土封堵渗水。 地下水状态、级（级，渗水量 1025l/min10m，级，渗水 量 25125l/min10m） ，隧道采用径向注浆止水措施，以确保施工安全、 防止地下水大量流失，并对附近居民的水井、泉水出露点进行长期观测， 防止隧道施工造成地表水干涸。注浆堵水后，地下水状态应达到无水或小 于地下水状态级（干燥或湿润：渗水量3l/min10m）方可施工防水 板和二次衬砌。 帷幕注浆施工方案： 注浆方式采用超前预注浆、后注浆、局部注浆、补注浆四种方式相结 合，基本注浆方案分为下列几种： 超前预注浆：隧道开挖后全断面径向注浆，每循环长度 15m，固结范 围为开挖轮廓线外 3.5m，施工时根据实际地质情况进行调整。 后注浆：待每个环节注完后，可钻 23 个检查孔检查注浆效果，如 未达到预期效果，应以小导管压注补充注浆。 局部注浆：洞室开挖后，如果局部还有漏水，可进行局部直接暴露注 浆。 补注浆：上述三种注浆方式实施后，仍未达到设计要求时，根据实际 情况选择上述注浆方式一种或几种进行补充注浆。 注浆材料：注浆材料选用普通水泥浆、tgrm 浆，如局部出现漏浆可采 用发泡注浆抢堵剂进行封堵。 在隧道开挖过程中，及时进行超前地质预报，以摸清断层的围岩结构 和富水情况，为制定相应的对策提供第一手资料； 根据实际情况拟采用全封闭或半封闭注浆止水固结施工技术； 4、严格遵守“管超前、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测” 的原则进行施工。增加大管棚、小导管等超前支护措施，改用 crd 法开挖， 及时喷射砼，必要时掺加微纤维，以增加支护的强度。 现场备足封堵材料，如砂袋、袋装水泥、tgrm 浆、发泡注浆抢堵剂等， 同时在现场储备足够排水设备。 5、在掌子面涌水、突泥早期，为了控制涌水量和水压力，在掌子面 附近配备足够的堵漏材料，如快凝、早强水泥，钢钎、木楔等，当岩石裂 隙或岩溶管道涌水量不大时可直接采用麻丝胶泥封堵，涌水量大时，采用 锤头打入缠有麻丝胶泥的木楔或钢钎封堵，为了降低涌水速度，在距离掌 子面一定距离 1020m 砌筑砂袋墙，加快泥砂淤积，减少出水口和涌水量， 砂袋墙的宽度一般超过 5m。 6、反坡施工段落