新建铁路隧道新奥法开挖风险识别分析管理措施.doc

新建铁路隧道新奥法开挖风险识别分析管理措施第一章 编制说明1.1安全风险评估依据1.1.1建设工程项目管理规范GB/T 50326-2006。1.1.2铁路隧道风险评估与管理暂时规定铁建设2007200号。1.1.3铁路隧道监控量测技术规程TB10121-2007。1.1.4铁路隧道设计规范TB 10003-2005。1.1.5铁路隧道施工规范TB 10204-2002。1.1.6铁路建设单位标准化管理沈阳铁路局编。1.1.7 国家及铁道部颁布的相关规范、规定。1.1.8 XX铁路相关设计文件及铁道部批文。1.2安全风险评估原则实事求是原则、风险管理的主动性、及时性和动态性原则，以保证风险评估全面、可靠，风险处理合理、有效，风险监测准确，反馈及时；铁路隧道安全风险评估主要对造成人员伤亡、财产损失、工程经济损失等风险事件进行评估。1.3安全风险评估的必要性当前，我国正处于构建社会主义和谐社会的重要时期，也是铁路建设的黄金机遇期。我国目前已成功修建了7500多座、总延长米4300多公里的铁路隧道，隧道数量和总长度均居世界前列。“十一五”期间，我国将新建铁路17000多公里，其中客运专线7000公里。在建和拟建客运专线项目中，设计隧道总长度1000多公里，今后几年还将修建超过3000公里的铁路隧道。近年来，国内在煤矿、地铁项目以及交通隧道建设方面接连发生了多起诸如坍塌、瓦斯爆炸、突泥突水等的重特大安全事故。2007年以来，重特大事故不断，2007年8月5日、6日间，宜万铁路野山关隧道、石太客运专线南山隧道接连发生两起安全事故造成多名施工人员死亡和失踪。这些重特大事故引起党中央、国务院领导高度关切和社会各界新闻媒体的广泛关注。以隧道安全为代表的工程建设安全关系到人民的生命财产安全和社会的和谐稳定，关系到党和国家的形象。 隧道事故高发的根本原因除主观上的思想麻痹和安全管理松懈外，另外一个原因就是对地质情况不清，对地质灾害的认识不足，从而导致对隧道安全风险认识不到位。1.4风险评估流程1.4.1 隧道安全风险评估和管理基本流程见“隧道安全风险评估和管理基本流程图”。1.4.2 施工阶段风险评估流程 见“施工阶段风险评估流程图”。隧道安全风险评估和管理基本流程图施工阶段风险评估流程图施工阶段开始检查施工图阶段所做的全部风险评估结果和相关数据资料，以及招投标和合同中反馈的信息结合自身施工水平和现场情况对风险进行识别和管理对风险进行评估在施工组织计划中制定风险管理计划，包括预设的应对措施和残留风险的处理措施全过程对残余风险进行风险监控建立专门机构定期检查施工中实际地层条件和各种风险检查结果是否满足要求满足不满足改变预设的风险应对措施、施工方法和步骤，选择更优化的施工方案和管理措施直至整个隧道完工实施变更后的施工方案和管理措施第二章 工程概况 2.1地形地貌沿线地貌以中低山为主及丘陵地貌，地形陡峻，冲沟发育。河流流经地段地势相对平缓，两岸阶地发育。海拔一般为500-700m，最高为1000-1300m，最低为300m以下。总体来看，由XX至XX地形中前部偏高，并呈现西北高东南低的特点。2.2工程地质2.2.1 地层岩性本标段铁路沿线穿越的低山丘陵区主要地层岩性为：泥岩、砂砾岩、粉砂岩、凝灰岩、灰岩、石英砂岩、片岩、片麻岩、混合岩、浅粒岩、泥质板岩、石英岩、流纹斑岩、玄武岩及华力西期、阿森特期、燕山期花岗岩、花岗斑岩等，沉积岩和变质岩受强烈的褶皱、断裂等地质构造的影响，节理发育，花岗岩、花岗斑岩等岩浆岩风化层厚度变化大，球状风化发育。 2.2.2 地质构造位于大地构造体系中的阴山东西向复杂构造带的东端与新华夏构造体系第二隆起带的中部的交接复合地带。可分为东西向构造、南北向构造、北西向构造、新华夏系构造。2.2.3 不良地质及特殊岩土本标段铁路沿线隧道穿越低山丘陵区，存在隧道进出口浅埋段、软弱破碎围岩（含断层破碎带）地段、富水地段和偏压地段等不良地质。隧道开挖过程中可能产生突水、突泥、坍塌等灾害。2.3水文地质特征2.3.1 地表水系沿线河流众多，主要为鸭绿江水系。沿线经过的主要河流有：XX江、XX河、XX江、XX河、XX河、大XX、小XX、XX河、XX河、XX河及各支流与XX河。2.3.2 地下水沿线的地下水类型主要有第四系孔隙潜水、基岩裂隙水、岩溶水。其中第四系孔隙潜水主要分布于XX江、XX河、XX江、大XX、XX河、XX河、XX河的漫滩、阶地，以及山间沟谷冲积层、洪积层及坡岗地带的残坡积层中。含水厚度一般在0.5米0.6米。该地下水对普通混凝土无侵蚀性。基岩裂隙水赋存于基岩风化裂隙，节理裂隙、断层破碎带、节理密集带中，分布广泛，水量较少。地下水埋深一般为4.0米10米。根据水质分析，全线主要河流、地表水及地下水对混凝土无侵蚀性。岩溶水主要赋存于溶洞和溶蚀裂隙中以及溶蚀槽的底部，水位和水量变化都非常大，主要接受大气降水补给。该地下水对普通混凝土具有微侵蚀性。2.4地震烈度根据XX国家国家标准GB18306-2001中国地震动参数区划图，沿线地震动峰值加速度： 0.05m/s2，地震基本烈度度。2.5气候沿线所经地区属中温带-寒温带湿润大陆性季风气候区的XX-XX山小区，主要特征是冬季漫长而严寒多雪，夏季凉爽并低温多雨。年平均气温4.9，最冷月平均气温-12.8，最大冻结深度1.40m。年平均降雨量1136.8，年平均总蒸发量1117.9mm，最大积雪厚度30cm,平均风速1.68m/s。根据统计资料，XX省境内，雨季期3个月，集中在每年的68月间。2.6XX铁路设计主要技术标准主要技术标准表2.7隧道工程简述本标段共有隧道11座，其中特长隧道2座，总长度16471m，全部为单线隧道，采用有砟轨道，隧道开挖最小断面积为42.00m2（直墙无加宽段），最大断面积为92.15m2（级围岩通风段加宽段）。长度L1000m的隧道有6座，1000L2000m的隧道有2座，2000L3000m的隧道有1座，L4000m的隧道有2座。隧道基本情况详见下表。 隧道基本概况一览表2.8基本设计情况2.8.1 设计时速及结构类型本线按行车速度120km/h单线隧道设计。洞内采用有碴道床，设计内轨顶面至道床底面高度为790mm（考虑线路曲线段超高）。洞身设计有预留洞室,XX沟隧道和XX沟隧道各设置两座通风洞，通风洞采用宽5.6米高3.4米的拱形断面。2.8.2 洞口及明洞开挖方法洞口段土方及表层风化石方采用机械自上而下分层开挖，爆破石方采用短开挖、弱爆破自上而下开挖，人工修整坡面。在进行暗洞施工前对洞口衬砌外的边仰坡进行锚喷(网)加固，然后开挖进洞。明洞施工前先施工好两侧刷坡线外5m的截水天沟，围岩为土方及风化石方采用机械自上而下分层开挖，爆破石方采用短开挖、弱爆破自上而下开挖，然后逐段开挖、衬砌、回填，再开挖。2.8.3 支护与衬砌采用复合式衬砌，初期支护设计主要为锚、网、型钢支撑与湿喷混凝土结构形式，二次衬砌为耐久性混凝土设计。初支锚杆拱部为组合注浆中空锚杆，墙部为砂浆锚杆。2.8.4 防排水设计二次衬砌拱部、墙部及仰拱采用防水混凝土，抗渗等级不低于P8；初支与二衬间设计分离式防水层（防水板+无纺布），防水板施工缝（焊缝）须与衬砌施工接缝（及变形缝）错开。纵环向盲沟、横向排水管与两侧水沟组织排水通道，再通过横向导水管汇至中心圆管排水沟排出洞外。2.8.5 辅助措施主要有大管棚、超前小导管注浆、超前锚杆等。2.8.6 开挖设计建议的施工方法2.9施工要求2.9.1、采用光面爆破，控制线性超挖；2.9.2、湿喷混凝土初期支护，保证初支混凝土施工质量；2.9.3、加强监控量测与超前地质预报工作，做好数据分析与信息反馈，及时调整施工参数，保证施工安全;2.9.4、加强施工监管，确保措施到位；加强工序管理，确保工序紧跟，尤其是开挖与初支、初支与衬砌以及仰拱超前施做与拱墙二次衬砌工序间的合理步距控制。第三章 施工阶段安全风险评估3.1施工阶段安全风险指标体系见“铁路隧道施工阶段安全风险评估指标体系表”。铁路隧道施工阶段安全风险评估指标体系表3.2隧道安全风险分级和接受准则3.2.1 铁路隧道风险分级铁路隧道风险分级包括事故发生概率的等级标准、事故发生后果的等级标准和风险的等级标准。3.2.2 事故发生概率的等级事故发生概率的等级分成五级，见下表：概率等级标准注：（1）当概率值难以取得时，可用频率代替概率。 （2）中心值代表所给区间的对数平均值。3.2.3 事故发生后果的等级事故发生后果的等级分成五级：(1) 经济损失是指风险事故发生后造成工程项目发生的各种费用的总和，包括直接费用和事故处理所需的各种费用，如下表所示：经济损失等级标准注：“”含义为包括上限值而不包括下限值，以下各表均同。(2)人员伤亡是指在参与施工活动过程中人员所发生的伤亡，依据人员伤亡的类别和严重程度进行分级，如下表所示：人员伤亡等级标准注： F=死亡人数 SI=重伤 MI=轻伤(3)工期延误是指因某类事故影响不能按照规定工期完工，依据工期延误时间的严重程度进行分级，如下表所示：工期延误等级标准 (4)环境影响是指隧道施工对周围建（构）筑物破坏或损害、环境污染等，根据其影响程度进行分级，如下表所示：环境影响等级标准注：“临时的”含义为在施工工期以内可以消除；“长期的”含义为在施工工期以内不能消除，但不会是永久的；“永久的”含义为不可逆转或不可恢复的。 3.2.4 风险的等级标准根据事故发生的概率和后果等级，将风险等级分为四级:极高、高度、中度和低度。风险等级标准3.2.5 铁路隧道风险接受准则与采取的风险处理措施风险接受准则与采取的风险处理措施表3.3施工阶段风险评估3.3.1 新奥法施工隧道典型风险因素识别按照铁路隧道风险评估与管理暂行规定（铁建设2007200号）要求，施工阶段应在施工图阶段的风险评估结果基础上，结合实施性施工组织设计，对本标段所有隧道进行评估。新奥法施工的隧道侧重于安全，对塌方、瓦斯、突水（泥、石）、岩爆、大变形等典型风险进行评估。在评估时，施工单位较多地结合了以往的施工经验。新奥法施工隧道典型风险因素识别参照下表：新奥法施工风险因素核对表3.3.3 施工准备情况、施工地质勘察、施工管理、隧道特征风险因素新奥法施工及洞口段施工风险因素核对表中的施工准备情况、施工地质勘察、施工管理、隧道特征风险因素见下表： 施工准备情况风险因素核对表 表1 3.3.5 DT1标隧道安全风险等级划分见各隧道安全风险等级表。第四章 隧道安全风险技术对策4.1隧道塌方风险事件的技术对策4.1.1 塌方风险等级归类根据“DT1标隧道安全风险等级划分”的成果知：无“极高”等级大变形风险隧道。被评定为“高度”风险等级的隧道有：XX沟隧道、XX沟隧道、XX隧道、XX隧道。被评定为“中度”风险等级的隧道有：从家堡子隧道、XX子隧道、XX裕隧道、XX岭隧道。被评定为“低度”风险等级的隧道有：北XX隧道、XX隧道、XX道1隧道。4.1.2 风险处理对策(1)根据铁路隧道风险接受准则与采取的风险处理措施之规定，中度风险是可接受的，相应的处理措施为“不需采取风险处理措施，但需予以监测”；高度风险是不期望的，“此类风险较大，必须采取风险处理措施降低风险并加强监测，且满足降低风险成本不高于风险发生后的损失”；极高风险“必须高度重视并规避，否则要不惜代价将风险至少降低到不期望的程度”。为此，项目经理部确定如下风险技术对策：高度风险隧道（段落）：在加强施工监测的同时，加强超前地质预报工作，做好设计复核，尤其是现场地质核对和完整的地质分析工作。超前地质预报的主要方法确定为：地质分析法超前预测、超前水平钻孔探测、TRT检测和必要的地质雷达检测。制订专项安全技术措施和应急预案，并加强现场演练。加强工工艺管理与工序衔接控制，确保工程质量和工序紧跟；积极与指挥部以及监理单位、设计单位或咨询单位沟通，变更设计方案，规避风险；加强监控量测，必要时，与专业设计人员密切配合，采用力学反演技术及时修参。编制隧道监控量测方案，认真实施监控量测，通过记录、分析，反馈，判识围岩稳定状态；必要时与设计单位配合，利用实测数据，借助大型土木软件，通过建模、网化、加载、求解与分析等计算步骤，预测围岩变形或进行力学反分析，及时修改设计参数，确保施工安全。依据铁路隧道监控量测技术规程（TB10121-2007）第4.5.10款的规定，在监控量测与数据处理、分析的基础上，确定二次衬砌施做时间，确保及时施做二衬。(2)加强施工监管，确保措施到位；加强工序管理，确保工序紧跟，尤其是开挖与初支、初支与衬砌以及仰拱超前施做与拱墙二次衬砌工序间的合理步距控制。4.1.3洞口及明洞工程段防护技术措施隧道洞口段工程包括洞口土石方开挖、边仰坡防护及洞口段衬砌、洞门施工等。结合隧道洞口地形、地貌、工程地质和水文地质条件，并考虑到施工开挖边坡的稳定性，本着“早进晚出”、“减少开挖”的原则，洞口采用明挖法或拱部明挖边墙暗挖法施工。及时进行边仰坡防护施作并加强对山坡稳定情况的监测、检查，确保施工安全。具体施工工艺分述如下：（1）洞口排水首先施工隧道洞顶截水沟，截水沟距坡顶开挖线不小于5m，其坡度根据地形设置，但不应小于3，以免淤积。（2）洞口边仰坡开挖与防护根据设计图纸和施工现场布置，在洞口范围内测量放样边坡控制桩，按照设计坡比分层开挖，分层开挖高度2.0m，采用随开挖随防护。开挖洞口时以尽量减少破坏原有植被和岩体为原则，按设计坡度一次性整修到位，围岩破碎的部位用网喷锚杆加固。洞口场地用装载机辅以推土机整平压实；遇坚硬石质地层人工钻眼小炮爆破。洞口段开挖将充分考虑洞内施工需要，合理布置供风、供水、供电设施、材料存放及加工场地、机械停放场地。4.1.4 软弱围岩及浅埋段预防坍塌、冒顶的其它技术措施(1)施工中遵循“短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、早衬砌”的施工原则；调整开挖方法，优化爆破设计，强调光面爆破或预留光爆层爆破，严格控制单响药量，减小爆破震动，爆破排烟后，视围岩稳定情况，决定喷砼封闭与出碴的先后顺序，原则上先初喷封闭，再行出碴，尔后复喷直到达到设计厚度。对IV、级围岩浅埋段，在掘进施工中很有可能出现塌方，为保证施工安全和质量，首先按设计图纸要求施工，做到短进尺，弱爆破，勤支护。及时施作小导管超前支护，如果小导管注浆压力和注浆量与设计要求相差太多，应停止施工，超前探孔，如实掌握隧道围岩情况，根据超前探孔地质资料，上报设计院，变更施工方案。每循环进尺控制在60至100cm之内。开挖后，对掌子面及拱顶初喷封闭，并及时施作钢架，锚喷支护。钢架间距严格按设计要求施做，必要时缩小钢架间距，钢架连接板处设置锁脚钢管。系统锚杆交错布置于钢架两侧并与钢架焊接牢固，钢筋网片紧贴初喷面，纵环向搭接至少一个网格长度，加强支护，确保施工安全。仰拱紧跟掌子面，距离保持在40m以内，使初期支护尽早封闭成环。(2)加强监测，留足沉降量，保证施工安全和二次衬砌的设计厚度。(3)加强超前地质预报，并结合监控量测分析，及时调整设计参数。(4)有仰拱地段，须考虑超前施作开挖掌子面与仰拱，严格控制仰拱、回填及二次衬砌各工序间的步距，严格按规范作业，尽早完成二次衬砌浇筑。(5)施工作业期间，值班技术24小时值守，随时记录工作掌子面的情况，遇到问题，及时汇报，防止错过最佳处理时间。(6)进洞前，应对洞口段以及浅埋段的纵横断面进行测量，并绘制纵横断面图，确认浅埋情况，做到随时掌握洞顶覆岩土层的厚度，并据此调整支护参数和作业工序部署。(7)做好进出洞人员登记，严格进洞资格控制管理，减少不必要的损害发生。(8)做好应急预案，配备必备的抢险物资。4.2隧道大变形施工对策及安全技术措施4.2.1 大变形风险等级归类根据“DT1标隧道安全风险等级划分”的成果知：无“极高”等级大变形风险隧道 被评定为“高度”风险等级的隧道有：XX沟隧道、XX沟隧道； 被评定为“中度”风险等级的隧道有：XX道1隧道、XX岭隧道、XX隧道、北XX隧道、XX隧道、XX隧道、XX隧道； 被评定为“低度”风险等级的隧道有：XX裕隧道、XX子隧道。4.2.2隧道大变形技术对策（1）隧道开挖后出现大变形的病害特点A隧道支护变形量较大，沿隧道右侧拱部范围内出现纵向开裂；B施工面不封闭时，几小时后围岩会沿微节理面及层理面产生松弛破裂，在拱顶、洞壁及掌子面会出现响声，且有围岩剥落掉块，开挖轮廓逐渐呈不规则状等现象，之后暴露面呈显出破碎/较破碎状态；C围岩应力释放缓慢，时间长，且具有突然大量释放的特点。使得锚喷支护变形开始不明显，继而突然开裂，变形发展较快；D隧道进口段与出口段的出现偏压不对称性、非均匀性，隧道开挖后出现变形。（2）控制变形的主要技术措施控制原则采用“加固围岩、改善变形、先柔后刚、先放后抗、变形留够、底部加强”的主动式控制原则。一是从提高围岩力学性能着手，主动加固围岩，使之承受一部分荷载；二是加长加密锚杆，使支护的荷载传入基岩深部；三是初期支护允许柔性变形消耗围岩中储存的能量；四是预留足够的变形量防止初支侵入二衬；五是遇大变形时要增加钢筋对二衬进行加强；六是加强隧道底部结构。技术对策A在掘进施工中很有可能出现变形，为保证施工安全和质量，首先按设计图纸要求施工，做到短进尺，弱爆破，勤支护。及时施作小导管超前支护，如实掌握隧道围岩情况，根据超前探孔地质资料，上报设计院，变更施工方案。每循环进尺控制在60至100cm之内。开挖后，对掌子面及拱顶初喷封闭，并及时施作钢架，锚喷支护。钢架间距严格按设计要求施做，必要时缩小钢架间距，钢架连接板处设置锁脚钢管。系统锚杆交错布置于钢架两侧并与钢架焊接牢固，钢筋网片紧贴初喷面，纵环向搭接至少一个网格长度，加强支护，确保施工安全。仰拱紧跟掌子面，距离保持在40m以内，使初期支护尽早封闭成环。B隧道开挖后，现场技术员要立即对工程地质状况的观察，内容包括：工作面附近围岩岩性，断层破碎带，变质带及岩石种类的观察；节理发育程度，接触面充填物的性质，开挖面稳定状态的观察；开挖面有无松散坍塌剥落现象，有无地下水等观察。以上观察内容均需做好记录。初期支护完成后，对初期支护的状况进行观察，内容包括支护锚杆是否被拉曲，喷层是否产生裂缝，剥离和剪切破坏，钢支撑有无被压曲现象等。洞外观察包括对洞口地表情况，地表沉陷，边坡及仰坡的稳定以及地表水渗透等的观察。C加强监测，留足沉降量，保证施工安全和二衬的设计厚度。D加强超前地质预报，并结合监控量测分析，及时调整设计参数。E有仰拱地段，须考虑超前施作开挖掌子面与仰拱，严格控制仰拱、回填及二次衬砌各工序间的步距，严格按规范作业，尽早完成二次衬砌浇筑。F施工作业期间，值班技术24小时值守，随时记录工作掌子面的情况，遇到问题，及时汇报，防止错过最佳处理时间。G进洞前，应对洞口段以及浅埋段的纵横断面进行测量，并绘制纵横断面图，确认浅埋情况，做到随时掌握洞顶覆岩土层的厚度，并据此调整支护参数和作业工序部署。H做好进出洞人员登记，严格进洞资格控制管理，减少不必要的损害发生。 I做好应急预案，配备必备的抢险物资。4.2.3隧道特殊和不良地质段施工的技术措施（1）断层破碎带及其影响带断层破碎带及其影响带施工主要应减少对围岩的扰动。施工中采用手段：超前支护，分部开挖，随挖随护，密闭支撑，勤快量测。（1）采取的措施按超前地质探测和预报方法，提前预测松散、破碎带及其影响带情况，对断层做出预测。选择合理施工方法与工艺进行断层破碎带及其影响带施工。断层破碎带及其影响带施工时按照“超前支护、分步开挖、随挖随护、密闭支撑、勤快量测”的原则。（2）施工要求通过断层破碎带及其影响带时，及早施作初期支护并封闭成环，减少岩层的暴露、松动，各施工工序的距离尽量缩短。必须采用爆破法掘进时，严格掌握炮眼数量、深度及装药量，以减少爆破震动对围岩的影响。采用分部开挖时，其下部开挖分左右两侧相距交替作业。断层破碎地带及其影响带的支护宁强勿弱，并经常检查，加强围岩监控量测。(3)安全措施在隧道大变形岩层中施工，要特别注意排水工作，避免水漫流；拱脚及墙脚应采取措施，不积水，凡水流通过的土、石暴露地段应设置管道、木槽或浆砌片石水沟。砼全部灌抵岩壁，对拱顶部位应特别注意捣固密实。要加强通风，以降低洞内湿度和温度。在长锚杆施工中，每台钻机必须间隔一定的距离，防止施工向岩体内大量注水，引起边墙及拱脚塌方。施工现场安全员须跟踪作业，并配备相应的预警机制，随时跟洞外取得联系。4.3第三方损失处理技术对策4.3.1 第三方损失风险等级归类根据“DT1标隧道安全风险等级划分”的成果知：本标段没有第三方损失极高风险隧道。第三方损失高度风险的隧道有：XX隧道、XX沟隧道。第三方损失中度风险的隧道有：XX子隧道、XX沟隧道。其余为低度风险等级的隧道。4.3.2 第三方损失风险技术对策(1)对于隧道口洞顶的危石，采取在施工前对危石进行爆破分解措施，采用防飞石措施，爆破区内，在起爆前，铺设防飞网或防护被或防护砂袋，控制飞石；加强爆区警戒，加大危险区的警戒范围。(2)对于隧道进口偏压及既有村庄、道路安全风险对策：开挖后及时封闭支护与加固；在开工前，事先做好既有民房的安全状态的现场记录，并拍照为证；三是埋设监测桩点，测量测控边坡的沉降位移、水平位移与地表开裂情况，保存好记录，必要时，请公证单位对这些监测数据与记录、照片予以公证。4.4涌水倒灌风险技术对策本标段隧道除XX沟隧道和XX沟隧道外其余均为低度风险等级隧道，拟采取的对策是：加快该段施工进度，在雨季来临之前，完成洞口段衬砌封闭工作。4.5工期风险对策4.5.1工期风险评价与归类本标段XX沟隧道全隧长5115m，级338m、级11