隧道安全诸问题及其控制

1、何发亮何发亮 教授级高级工程师教授级高级工程师 享受国务院政府特殊津贴专家享受国务院政府特殊津贴专家中铁西南科学研究院有限公司副总工程师中铁西南科学研究院有限公司副总工程师中国铁道科学研究院博士研究生导师中国铁道科学研究院博士研究生导师2014.06隧道施工安全问题及其控制1.隧道施工安全问题2.隧道施工安全问题产生原因3.隧道施工安全问题控制目录1. 隧道施工安全问题隧道施工掌子面后方围岩失稳塌方/突泥：隧道关门，威胁隧道洞内施工人员人身安全隧道涌突水：淹没隧道、洞内施工机具、设备、材料，甚至冲毁洞口外工程、临时建筑，威胁洞内施工人员人身安全隧道涌突泥：掩埋已施工隧道、洞内施工机具设备甚至洞

2、内施工人员隧道洞内泥石流：掩埋已施工隧道、洞内施工机具设备，威胁洞内施工人员人身安全隧道施工掌子面围岩失稳坍塌：威胁隧道施工掌子面施工机具设备及施工人员人身安全1. 隧道施工安全问题瓦斯燃烧爆炸：威胁隧道洞内施工人员甚至洞口外人员人身安全，威胁洞内施工机具设备安全隧道底空/充填含水黏土岩溶：威胁隧道施工施工机具设备及施工人员人身安全涌砂：淤埋隧道隧道洞内运输、爆破、用电：属于管理问题，本文不作探讨1.1隧道施工掌子面后方围岩失稳塌方/突泥：隧道关门近年来屡次发生的因隧道施工开挖工作面后方围岩坍 塌/突泥带来的隧道关门事故，对隧道洞内施工人员生 命安全造成了极大的威胁，在社会上造成了极为不好的

3、影响集包线新旗下营铁路隧道塌方，2010年3月，致使10人左右被困；贵昆铁路六沾复线六盘水隧道岩溶充填黏土突破由初期支护构成的岩土盘突泥，2010年2月5日凌晨，致使8名施工人员被困海南三亚绕城高速公路迎宾隧道塌方，2009年，致使8名施工人员被困西攀高速公路酸水隧道坍塌， 2005年7月28日，造成6名施工人员被困1.11.1隧道施工掌子面后方围岩失稳塌方/突泥：隧道关门为此，交通运输部于2011年4月27日以交质监发（2011）199号 “关于印发高速公路桥梁和隧道工程预防坍塌事故专项整治工作方案的通知”颁布“高速公路桥梁和隧道工程预防坍塌事故专项整治工作方案”尽管如此，仍发生了大连胜利路

4、附近正在施工一条隧道坍塌造成12名施工人员被困事故贵昆铁路六沾复线六盘水隧道岩溶充填黏土突破由初期支护构成的岩土盘突泥隧道关门事故1.2隧道涌突水渝怀铁路圆梁山隧道出口DK361+764岩溶涌水高峰持续时间28分钟，高峰流量23 104 m3洞内及洞口材料被冲走洞口外炭厂1号大桥设备料具被冲走炭厂1号大桥已开挖基坑被淹没隧道洞内被涌水携带物淤埋，深度1.2 4.5m，15000 m3锦屏二级水电站交通辅助洞高压涌水洞内涌水洞口流水贵广客专三都隧道涌水钻孔涌水钻孔涌水1.3隧道涌突泥圆梁山隧道进口正洞下导DK354+979突泥掌子面右下部揭穿一高约1.5m的岩溶管道，沿岩溶管道口突出黄色硬塑状可

5、塑状黏土。时掌子面其余部位为较完整的身灰色灰岩，在掌子面位置可听见有似水流声，随后突泥呈泥浆状。“下午14时30分左右，掌子面突然发出一声巨大的爆响，一股强大的狂风从掌子面向外挤压，大规模的软塑状粘泥随之喷出。瞬间，涌泥由DK354+879向外喷出244m，到DK354+635位置，塞满下导坑4200m3空间，随后继续涌泥至DK354+550后基本稳定，涌水量稳定在200m3/h”。突泥造成在掌子面后作业的9名施工人员死亡的重大伤亡事故。圆梁山隧道进口正洞下导DK354+979突泥初始突泥突泥后贵州镇（宁）胜（境关）高速公路五龙山隧道揭穿充填黏土岩溶，发生涌泥 1.4隧道洞内泥石流遂渝铁路荆竹

6、岭隧道洞内泥石流施工揭穿压性断层上盘强烈破碎带，饱水或过饱水黏土夹块石坍塌后向隧道或导坑开挖工作面后方的涌流形成的洞内泥石流（1）淤塞隧道、导坑；（2）掩埋隧道洞内施工机具、设备、设施和施工人员；（3）间接导致隧道上方地面塌陷。遂渝铁路荆竹岭隧道洞内泥石流1.5隧道施工掌子面围岩失稳坍塌威胁隧道施工掌子面施工机具设备及施工人员人身安全2003年，中铁西南科学研究院在重庆枢纽改造工程龙凤隧道掌子面实施地质预报探测，拱部围岩失稳坍塌致使测试仪器及测试笔记本电脑被砸坏，所幸测试人员无碍1.6瓦斯燃烧爆炸都江堰至汶川高速公路董家山瓦斯爆炸2005年12月22日14日40分，四川省都江堰至汶川高速公路董

7、家山右线隧道发生特别重大瓦斯爆炸事故，造成包括洞内外44人死亡，11人受伤，直接经济损失2035万元。事故的主要原因是瓦斯在隧道拱顶坍腔内的聚集、浓度超限、瓦斯检测不规范、坍腔处理过程中模板台车配电箱附近悬挂的三芯插头短路产生火花。1.7隧道底空/充填含水黏土岩溶渝怀铁路干溪沟隧道底空/充填含水黏土岩溶DK278+628隧道底右侧溶洞，至+638发育成一大型全充填溶洞，软塑状硬塑状黏土夹碎石，松散中密块石土。基底承载力不足，容易造成陷车。渝怀铁路干溪沟DK280+300+420隧道底空溶洞溶洞长约300m，影响线路长约100m，沿隧道长度86m，其底部为地下暗河。容易造成坠车和坠人事故。威胁隧

8、道施工施工机具设备及施工人员人身安全1.8 涌砂渝怀铁路圆梁山隧道DK354+460涌砂2004年4月， DK354+460掌子面风钻探孔，高压涌水携带大量粉细砂随后MKD-5S地质钻机超前探测，高压涌水携带大量粉细砂将钻杆顶出8m淤积粉细砂淤埋正洞下导2. 隧道施工安全问题产生原因2.1隧道施工掌子面后方围岩失稳塌方/突泥：隧道关门（1）坍塌/突泥段围岩级别未根据揭露的实际情况进行修正，致使过弱的初期支护未能按实际围岩级别调整；（2）初期支护参数强度不够，围岩及初期支护变形过大导致坍塌,岩溶充填黏土含水率增大突泥；（3）未按设计施工初期支护，围岩变形失稳坍塌、岩溶充填黏土含水率增大突泥；（4

9、）二次衬砌未及时施工，围岩及初期支护变形过大导致坍塌、岩溶充填黏土含水率增大突泥；（5）初期支护背后存在的空洞上方岩体坍塌导致大规模塌方。2.2隧道涌突水隧道施工揭穿水体或含水体-涌突水构造致灾构造（未胶结富水压性断层强烈破碎带、未胶结的富水张性断层带、未胶结富水顺层错动（节理密集发育岩体）破碎带、充水岩溶、地下向斜储水构造），水体或含水体水向隧道的渲泄-涌水。未胶结富水压性断层强烈破碎带、未胶结的富水张性断层带、未胶结富水顺层错动（节理密集发育岩体）破碎带：由破碎岩石块体、或夹黏土及细小岩石颗粒破碎岩石块体构成，空隙率大，为地下水良好的储存、运移通道。地下向斜储水构造中相对含水层具有承压性，

10、向斜核部纵张节理、断层将原本独力的含水层连通为一体化含水体。2.2隧道涌突水隧道施工接近或在水体或含水体-涌突水构造致灾构造侧面通过，开挖工作面（掌子面、轮廓面）与涌突水致灾构造间隔水岩土盘厚度小于最小安全厚度，即时突水。隧道施工接近或在水体或含水体-涌突水构造致灾构造侧面通过，开挖工作面（掌子面、轮廓面）与涌突水致灾构造间隔水岩土盘厚度等于最小安全厚度，施工爆破震动导致间隔水岩土盘被突破，滞后突水。隧道施工接近或在水体或含水体-涌突水构造致灾构造侧面通过，开挖工作面（掌子面、轮廓面）与涌突水致灾构造间隔水岩土盘厚度大于最小安全厚度，大气降雨致突水致灾构造地下水位上升，既有隔水岩土盘厚度小于新

11、的地下水位状态下的最小安全厚度，滞后突水。2.3隧道涌突泥隧道施工揭穿涌突泥构造致灾构造（泥水混合充填岩溶、与地表相通的黏土充填岩溶、压性断层主干断层带糜棱岩或断层泥、黏土充填深大岩溶沟槽、底部破碎岩块间夹黏土充填岩溶）涌泥。泥水混合充填岩溶中的饱水或过饱水黏土、与地表相通的黏土充填岩溶中的充填黏土、压性断层主干断层带糜棱岩或断层泥、黏土充填深大岩溶沟槽中的充填黏土、底部破碎岩块间夹黏土充填岩溶底部破碎岩块间夹的黏土，为隧道涌突泥提供了物质来源。2.3隧道涌突泥隧道施工接近或在涌突泥构造致灾构造一侧通过，开挖工作面（掌子面、轮廓面）与涌突泥致灾构造间隔泥岩（土）盘厚度小于最小安全厚度，即时突泥

12、。隧道施工接近或在涌突泥构造致灾构造一侧通过，开挖工作面（掌子面、轮廓面）与涌突泥致灾构造间隔泥岩土盘厚度等于最小安全厚度，施工爆破震动导致隔（泥）岩土盘被突破，滞后突泥。隧道施工接近或在涌突泥构造致灾构造一侧通过，开挖工作面（掌子面、轮廓面）与涌突泥致灾构造间隔水岩（土）盘厚度大于最小安全厚度，大气降雨致涌突泥致灾构造黏土含水率上升，既有隔泥岩（土）盘厚度小于新的黏土含水率状态下的最小安全厚度，滞后突泥。2.42.4隧道洞内泥石流隧道施工揭穿通过富水压性断层上盘间夹黏土和细小岩石颗粒破碎块石强烈挤压破碎带，富水间夹黏土和细小岩石颗粒破碎块石坍塌流动。隧道施工揭穿通过充填富水黏土夹块石岩溶，富

13、水黏土夹块石坍塌流动。2.5隧道施工掌子面围岩失稳坍塌围岩级别不清；极易导致围岩坍塌的不良地质体位置和性质不清；无超前支护或超前支护不当、强度不够。2.6瓦斯燃烧爆炸瓦斯突出瓦斯聚集瓦斯来源：煤层瓦斯，还原环境条件下炭质泥岩、炭质页岩中产生的瓦斯；非产瓦斯地层岩体中发育分布的节理、裂隙为瓦斯的运移提供通道，隧道拱部塌方形成的坍腔、隧道施工通风死角和回风死角为瓦斯的聚集提供空间，隧道洞内汽车发动、用电设备短路、电焊产生的火狐是积聚瓦斯燃烧爆炸的诱因。2.7隧道底空/充填含水黏土岩溶隧道底空岩溶揭开后未发现；隧道底空岩溶揭开后未及时处理（回填、封闭）；隧道底充填黏土未处理（换填、加固）。2.8 涌

14、砂隧道施工揭穿底部充填富水粉细砂或粉细砂和水混合充填岩溶；超前钻孔或加深炮孔造成岩溶底部充填富水粉细砂震动液化。273.隧道施工安全问题控制3.1隧道施工掌子面后方围岩失稳塌方/突泥：隧道关门隧道施工开挖通过后，及时进行围岩级别确定，根据实际围岩级别调整初期支护参数；及时施工初支，二衬，加强初支变形监控量测，根据初支变形监测结果和有关规定及时施工二衬；开展隧道初期支护、二次衬砌质量检测，对质量不满足要求者进行补强；对初期支护、二次衬砌背后空洞进行回填加固。3.2隧道涌突水准确探测预报突水致灾构造位置；堵水（未胶结富水压性断层强烈破碎带、未胶结的富水张性断层带、未胶结富水顺层错动（节理密集发育岩

15、体）破碎带、地下向斜储水构造注浆堵水）；3.2隧道涌突水截、引排（采用截水墙、洞对充水岩溶管道水、溶洞水、岩溶地下暗河水进行截、引排）；对未胶结富水压性断层强烈破碎带、未胶结的富水张性断层带、未胶结富水顺层错动（节理密集发育岩体）破碎带进行注浆固结、超前支护，提高其自稳能力；做好隧道洞内排水准备（排水沟、排水机具设备）3.3隧道涌突泥准确探测预报突泥致灾构造位置；改良突泥致灾构造（注浆固结、冷冻固结）提高突泥致灾构造自稳能力（固结、超前支护）3.43.4隧道洞内泥石流准确探测预报隧道洞内泥石流致灾构造（富水压性断层上盘间夹黏土和细小岩石颗粒破碎块石强烈挤压破碎带、富水黏土夹块石充填岩溶）位置；

16、改良隧道洞内泥石流致灾构造（注浆固结、冷冻固结）；提高隧道洞内泥石流致灾构造自稳能力（固结、超前支护）。3.5隧道施工掌子面围岩失稳坍塌隧道施工开挖工作面不良地质体预报；超前预加固措施选择及施工；合理施工开挖方法选择及施工；及时进行围岩级别确定，根据实际围岩级别调整初期支护参数，及时施工初期支护。3.6瓦斯燃烧爆炸预报、探测确定煤层位置；严格执行瓦斯隧道施工有关规定（通风、瓦斯浓度监测、火种管理、施工机具设备配套等）。3.7隧道底空/充填含水黏土岩溶准确探测预报隧道施工掌子面前方岩溶位置，探测确定隧道底岩溶分布及隧底与其下空/充填含水黏土岩溶间岩盘厚度；及时发现揭露的隧底岩溶；及时处理揭露的隧道底空岩溶（回填、封闭）；及时处理隧道底充填黏土岩溶（换填、加固）；及时对隧底与其下空/充填含水黏土岩溶间岩盘厚度小于等于最小安全厚度者进行处理（加固、置换）。3.8 涌砂准确探测预报隧道施工掌子面前方岩溶位置岩溶底部粉细砂、黏土质粉细砂超前预固结结束语 隧道施工安全问题关系隧道洞内施工人员人身安全、施工机具设备安全、工程建设工期等重大问题，必须予以