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铁路站前工程隧道安全风险评估报告

82
2020年4月19日
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目 录
1、地理环境、地形地貌、工程地质与水文地质情况 4
1.1 地理环境 4
1.2 工程地质 4
1.2.1 工程地质特征 4
1.2.2 水文地质特征 5
1.2.3地震动参数 5
1.2.4气象特征 5
2、西成铁路客运专线范家咀隧道设计主要技术标准 5
3、工程设计情况简介 5
3.1 工程简述 5
3.2 基本设计情况 6
3.3 施工要求 7
4、施工阶段安全风险评估 7
4.1 安全风险管理机构 7
4.2 施工阶段安全风险评估意义和重要性 7
4.2.1 安全风险评估依据 7
4.2.2 安全风险评估目的 8
4.2.3 安全风险评估原则 8
4.2.4 安全风险评估的必要性 8
4.3 风险评估流程 8
4.3.1 隧道安全风险评估和管理基本流程 8
4.3.2 施工阶段风险评估流程 9
4.4 施工阶段安全风险指标体系 10
4.5 隧道安全风险分级和接受准则 11
4.5.1 事故发生概率的等级 11
4.5.2 事故发生后果的等级分成五级 11
4.6 施工阶段风险评估 13
4.6.1 概述 13
4.6.2 洞口段隧道施工典型风险因素识别 14
4.6.3 施工准备情况风险因素核对表 15
4.6.4 范家咀隧道安全风险因素 16
4.6.5 范家咀隧道安全风险等级划分 18
4.7 隧道安全风险技术对策 19
4.7.1 隧道坍方风险事件的技术对策 19
4.7.1.1 隧道安全风险等级划分 19
4.7.1.2 风险处理对策 19
4.7.2 隧道大变形(膨胀性围岩与地基软弱)施工对策及安全技术措施 20
4.7.2.1 隧道安全风险等级划分 20
4.7.2.2 大变形隧道技术对策 20
4.7.3 第三方损失处理技术对策 21
4.7.3.1 隧道安全风险等级划分 21
4.7.3.2 第三方损失风险技术对策 21
4.7.4 隧道施工注意事项 21
4.8 范家咀隧道风险评估及对策措施表 22
5、应急预案 27
5.1 编制依据 27
5.2 编制目的 27
5.3 编制原则 27
5.4 适用范围 28
5.5 组织指挥体系及职责 28
5.5.1应急救援领导小组 28
5.5.2应急专业工作组 28
5.5.3应急救援小组职责 28
5.5.3.1指挥组职责 28
5.5.3.2技术保障组 29
5.5.3.3设备保证组 29
5.5.3.4 后勤保障组 29
5.5.3.5 医疗救护组 29
5.5.3.6治安保卫组 30
5.5.3.7宣传报道组 30
5.5.3.8事故救援组 30
5.5.3.9应急办公室 31
6 应急信息报告 31
6.1信息报告责任部门及职责 31
6.2信息报送程序 31
6.3信息收集及分析 31
7 救援资源准备 31
7.1通讯及信息保障 31
7.2应急支援与保障 37
7.2.1 救援装备保障 37
7.2.2 应急队伍保障 37
7.2.3 交通运输保障 37
7.2.4 医疗卫生保障 37
7.2.5 物资保障 37
7.2.6 资金保障 39
7.2.7 社会动员保障 39
7.3技术储备与保障 39
7.4监督检查 39
8 应急响应 40
8.1险情类别、预防措施、处理措施与注意事项 40
8.1.1触电事故应急预案 40
8.1.2高处坠落及物体打击事故 41
8.1.3机械伤害事故 42
8.1.4火灾应急预案 43
8.1.5土石方坍塌应急预案 44
8.1.6易爆品、火工品爆炸事故应急预案 45
8.1.7隧道塌方应急预案 46
8.1.8隧道突水突泥应急预案 48
8.2应急响应标准 50
8.3应急响应启动形式 50
8.4应急响应内容 50
8.4.1指挥和协调 50
8.4.2紧急处理 50
5.8.3医疗卫生救助 51
8.4.4应急人员的安全防护 51
8.4.5群众的安全防护 51
8.4.6社会力量的动员与参与 51
8.4.7现场检测与评估 51
8.5应急响应结束形式 51
9 后期处理 51
9.1责任部门及补偿 51
9.2保险及保价理赔 52
9.3总结评估 52
10 宣传、培训和演练 52
10.1公众信息交流 52
10.2培训 52
10.3演练 52
11 附则 53
11.1预案管理与更新 53
11.2奖励与责任追究 53
11.2.1 奖励 53
11.2.2 责任追究 53
11.3制定与解释部门 54

范家咀隧道安全风险评估
1、地理环境、地形地貌、工程地质与水文地质情况
1.1 地理环境
范家咀隧道位于秦岭山区陕西省洋县长溪乡境内,地处秦岭南麓山前丘陵区,进口位于长溪乡小学西侧斜坡,出口位于范家咀水田坝斜坡,地势东高西低,地形逐渐变缓,沟梁相间,冲沟发育,相对高差120-150m,埋深6-140m。隧道起讫里程DK182+556-DgK184+312.32,全长1756.32m,为双线隧道。隧道出口1127.322m位于R-9000m的曲线上,其余段落位于直线上;隧道内为3.0‰的单面上坡。隧道区内乡道、便道相通,交通较为便利。
1.2 工程地质
1.2.1 工程地质特征
根据调查和各种勘探揭示,隧道进出口均位于全一强风化云母石英片岩中,洞身主要经过云母石英片岩,浅埋地段上部覆盖洪积膨胀土、细角砾石,山梁上部覆盖第四系中更新统膨胀土,岩性特征详述如下:
(1)第四系全新统(Q4)
细角砾石(Q4dl6):褐黄色,分布于隧道洞身斜坡坡脚地带,厚5-7m,颗粒成分主要为云母石英片岩,尖棱状,棱角状,粒径2-20mm约占55%,20-60mm约占20%,＞60mm约占5%,余为粘土填充,潮湿,稍密,Ⅱ及普通土,σ0=250kPa。
膨胀土(Q4pl9):黄褐色,分布于隧道洞身冲沟上部及出口水田坝沟内上部,厚2-8m,黏粒含量高,土质不均,含10-20%的钙质结核或碎石、角砾,硬塑为主,Ⅱ及普通土,σ0=150-180kPa,具弱-中等膨胀性。
膨胀土(Q4dl9):黄褐色,分布于隧道进口边坡,厚2.0-5.0m,黏粒含量高,土质不均,含钙质结核或碎石、角砾、硬塑,Ⅱ及普通土,σ0=150kPa,具弱-中等膨胀性。
(2)第四系中更新统(Q2)
膨胀土(Q2al9):红褐色,分布于隧道洞身的残留阶地表层,厚1-4m,黏粒含量高,土质不均,含10-25%的钙质结核或碎石、角砾、硬塑为主,局部坚硬,Ⅱ及普通土,σ0=250kPa,具弱-中等膨胀性,局部强膨胀性。
(3)志留系下统(S1)
云母石英片岩(S1Sc):为洞身主要岩性,黄褐色,灰褐色,灰黑色,具鳞片变晶结构,片状构造,岩层片理发育,局部片理面具丝绢光泽,矿物成分主要为云母、石英、长石、辉石等。岩质软,易风化,风化后多呈片状及碎屑状,风化层厚20-50m,全风化,Ⅲ级硬土,σ0=200kPa,强风化,Ⅳ级软石,σ0=300-400kPa,弱风化层,Ⅳ级软石,σ0=800kPa.DgK184+000-DgK184+312处夹有层厚5-10m的炭质片岩,含炭量较高,手摸轻微污手。
岩层产状:隧道进口N75°W/71°S。
洞身N85°W/64°S、N75°W/64°S、N20°W/83°S、N84°W/84°S、N60°W/12°S;
隧道出口N76°E/31°N。
1.2.2 水文地质特征
(1) 地表水类型:隧道产地范围内地表水主要为隧道进口大龙河河水和上部沟谷积水,水量随季节而变化。水质良好,对圬工不具侵蚀性。
(2) 地下水类型: 隧道场地内地下水以第四系孔隙潜水和基岩裂隙水广泛分布于段内的节理、裂隙中,水量不大,地下水水质良好,对圬工不具侵蚀性。
1.2.3地震动参数
地震:根据<中国地震动参数区划图>(GB18306- )<中国地震动参数区划图>国家标准第1号修改单,本工点地震动峰值加速度值为0.05g(相当于地震基本烈度七度),地震动反应谱特征周期采用0.45s。
1.2.4气象特征
隧道区年平均气温14.4℃,极端最高温度39.4℃,极端最低气温-11.9℃,最冷月平均降雨量678.41mm,年平均蒸发量1096.8mm,平均相对湿度79%,最大风速15.1m/s,年平均八级以上大风日数1天,最大积雪厚度17cm,最大季节冻土深度50cm。
2、西成铁路客运专线范家咀隧道设计主要技术标准
(1)铁路等级:客运专线;
(2)正线数目:双线;
(3)设计速度:250km/h;
(4)最小曲线半径:9000 m;
(5)线间距:4.6m;
(6)最大坡度:3‰;
(7)到发线有效长度:650m;
(8)牵引种类:电力;
(9)列车运行方式:自动控制;
(10)行车指挥方式:综合调度集中
(11)建筑限界:轨面以上有效净空面积为92㎡。
3、工程设计情况简介
3.1 工程简述
范家咀隧道DK182+556-DgK184+312.32,全长1756.32m。该隧道Ⅴ级围岩占隧道全长的32.8%,因此软弱围岩段的顺利安全施工是确保工期的关键, 施工时须采用成熟的隧道开挖技术,隧道施工过程中进行监控测量,及时掌握围岩动态和支护工作状态,保证围岩稳定和施工安全,确保二次衬砌及仰拱施作时机。该隧道进口里程DK182+556,中心里程DgK183+434.16,出口里程DgK184+312.32,隧道全长1756.32m。其中以暗挖为主,明洞长度:76.32 m,暗洞累计长度为:1680m。根据地质资料及钻探结果,范家咀隧道洞身围岩级别划分如下表
表3-1 范家咀隧道工程地质条件表
序号
里 程
长度(m)
围岩级别
1
DK182+556-DK182+608
52
Ⅴ
2
DK182+608-DK182+818
210
Ⅳ
3
DK182+818-DK182+938
120
Ⅲ
4
DK182+938-DK183＋068
130
Ⅳ
5
DgK183+068-DgK183＋208
140
Ⅲ
6
DgK183+208-DgK183＋318
110
Ⅳ
7
DgK183+318-DgK183＋448
130
Ⅴ
8
DgK183+448-DgK183＋548
100
Ⅳ
9
DgK183+548-DgK183＋648
100
Ⅲ
10
DgK183+648-DgK183＋918
270
Ⅳ
11
DgK183+918-DgK184＋312.32
394.32
Ⅴ
3.2 基本设计情况
按设计行车速度250km/h,客运专线双线隧道设计。线间距为4.6m,隧道铺设CRTS-Ⅰ型双块式整体道床。轨道结构高度为515mm.进口采用倒切式洞门,出口采用单压式明洞门。
支护与衬砌:采用复合式衬砌,初期支护设计主要为喷锚支护,喷混凝土采用湿喷工艺。二次衬砌为防水混凝土设计。初支锚杆拱部为中空注浆锚杆,墙部为全长粘结型砂浆锚杆。
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P10;初支与二衬间设计铺设EVA防水板和土工布缓冲层,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,再经过横向导水管汇至中心盖板水沟排出洞外。
辅助措施:主要有大管棚、超前小导管注浆、超前锚杆等。
设计建议的施工方法(见下表)
表3-2 围岩级别和相应的施工方法
围岩级别
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
施工方法
短台阶法
三台阶法,设置临时横向支撑
三台阶法,设置临时仰拱、横向支撑
3.3 施工要求
采用钻爆法施工,控制线性超欠挖,尽量减少对对围岩的扰动;网喷锚联合初期支护,保证初期支护的施工质量;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。加强施工监管,确保措施到位;加强工序管理,确保工序紧跟,特别是开挖与支护、支护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、施工阶段安全风险评估
4.1 安全风险管理机构
组 长:张寿福
常务组长:贾振华
副 组 长:段汝健、黎文海、赵绍龙、徐有亮、杨道德、曹国义、冯长江
成 员:谢文峰、陈宏进、苏创辉、李东卫、郎俊勇、孟庆旺、邱春汉、
朱文华、黄志坚、邵险峰、王如电、陈云辉、朱尚明
4.2 施工阶段安全风险评估意义和重要性
4.2.1 安全风险评估依据
(1)<铁路隧道风险评估暂行规定>
(2)<关于加强铁路隧道工程安全工作的若干意见>
(3)<铁路隧道设计施工有关标准补充规定>
(4)<铁路隧道施工作业要点手册>
(5)<铁路隧道工程施工安全技术规程>
(6)设计文件
(7)实施性施工组织设计
(8)中国水电十四局西成客专项目部安全管理规定
4.2.2 安全风险评估目的
对西成铁路XCZQ-5标段范家咀隧道施工图设计、施工组织设计中方案的可行性、充分性、有效性进行评估,为该隧道施工提供依据,做到该项目的施工安全。
4.2.3 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。
4.2.4 安全风险评估的必要性
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、突泥突水等重特大安全事故。 以来,重特大事故不断, 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; ,向莆铁路宝台山隧道斜井发生塌方事故,造成3人死亡,一人失踪,1人重伤,构成安全生产较大事。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。
4.3 风险评估流程
4.3.1 隧道安全风险评估和管理基本流程
隧道安全风险评估和管理流程如下图

隧道安全风险评估和管理流程框图
4.3.2 施工阶段风险评估流程

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

施工阶段风险评估流程图
4.4 施工阶段安全风险指标体系
表4-1 铁路隧道施工阶段安全风险评估指标体系
项目阶段
施工方法
目标风险
风险因素或风险事件
施工阶段
矿山法
安全

塌方
突水(泥、石)
大变形
岩爆
其它
明挖法
山体开裂变形
坍塌
其它
4.5 隧道安全风险分级和接受准则
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。
4.5.1 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
表4-2 概率等级标准
概率范围
中心值
概率等级描述
概率等级
>0.3
1
很可能
5
0.03~0.3
0.1
可能
4
0.003~0.03
0.01
偶然
3
0.0003~0.003
0.001
不可能
2
<0.0003
0.0001
很不可能
1
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。
4.5.2 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。
表4-3 经济损失等级标准
后果定性描述
灾难性的
很严重的
严重的
较大的
轻微的
后果等级
5
4
3
2
1
经济损失(万元)
>1000
300~1000
100~300
30~100
<30
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,如下表示:
表4-4 人员伤亡等级标准
后果定性描述
灾难性的
很严重的
严重的
较大的
轻微的
后果等级
5
4
3
2
1
人员伤亡数量(人)
F>9
2<F≤9或SI>10
1≤F≤2或1<SI≤10
SI=1或1<MI≤10
MI=1
注: F=死亡人数 SI=重伤 MI=轻伤
(3)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,如表所示。
表4-5 环境影响等级标准
后果定性描述
灾难性的
很严重的
严重的
较大的
轻微的
后果等级
5
4
3
2
1
环境影响描述
永久的 且严重的
永久的但轻微的
长期的
临时的 但严重的
临时的 且轻微的
注: ”临时的”含义为在施工工期以内能够消除;”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。
(4) 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。
表4-6 风险等级标准
后果等级
概率等级
轻微的
较大的
严重的
很严重的
灾难性的
1
2
3
4
5
很可能
5
高度
高度
极高
极高
极高
可能
4
中度
高度
高度
极高
极高
偶然
3
中度
中度
高度
高度
极高
不可能
2
低度
中度
中度
高度
高度
很不可能
1
低度
低度
中度
中度
高度
注:极高、高度、中度、低度。
(5)铁路隧道风险接受准则与采取的风险处理措施
表4-7 风险接受准则
风险等级
接受准则
处理措施
低度
可忽略
此类风险较小,不需采取风险处理措施和监测。
中度
可接受
此类风险次之,不需采取风险处理措施,但需予以监测。
高度
不期望
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,且满足降低风险的成本不高于风险发生后的损失。
极高
不可接受
此类风险最大,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。
4.6 施工阶段风险评估
4.6.1 概述
按照<铁路隧道风险评估暂行规定>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,对隧道进行评估。矿山法施工的隧道侧重于安全,对塌方、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。矿山法施工隧道典型风险因素识别参照下表。
表4-8 矿山法施工风险因素核对表
矿山法施工风险因素核对表
风险事件
风险因素
塌方
大变形
其它
施工准备情况
范家咀隧道施工准备中
★
★

施工地质勘察
见设计图纸
★
★

开挖情况
开挖方式
★
★

循环进尺
★
★

爆破器材检查和落实
★
★

预留变形量

★

地下水处理
★

★
爆破方法
★
★

隧道超挖情况
★
★

进洞
★

落底
★

挑顶
★

断面变化处或工法转化处
★

支护及衬砌情况
支护刚度
★
★

超前支护
★
★

地层与加固与改良
★

支护时机
★
★

支护方法
★
★

支护质量
★
★

闭合成环周期
★
★

监控量测
掌子面稳定情况
★
★

量测器材及布置
★
★

量测频率
★
★

规范要求监测项目
★
★

监控量测制度
★
★

信息反馈及处理
★
★

施工管理
人员、机械准备运行正常
★
★

隧道特征
见施工图纸(西成客专施隧17)
★
★

4.6.2 洞口段隧道施工典型风险因素识别
表4-9 洞口段隧道施工风险因素核对表
风险事件
风险因素
山体开裂变形
坍塌
其它
施工准备情况
见施工准备情况风险因素核对表
★
★

施工地质勘察
见施工地质勘察风险因素核对表
★
★

开挖情况
开挖速度
★
★

地下水处理

爆破方法
★
★

爆破器材检查和落实
★
★

弃碴堆放
★
★

施工期防排水
排水措施
★
★

降水措施

★
★

支护情况
支护强度
★
★

支护形式
★
★

监控量测
量测器材及布置
★
★

量测频率
★
★

规范要求监测项目
★
★

监控量测制度
★
★

信息反馈及处理
★
★

施工管理
见施工管理风险因素核对表
★
★

隧道特征
开挖跨度
★
★

开挖深度
★
★

4.6.3 施工准备情况风险因素核对表
矿山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。
表4-10 施工准备情况风险因素核对表
施工准备情况
气象调查
与施工有关法令调查
设计文件的核对情况
实施性施工组织设计
其它
表4-11 施工地质勘察风险因素核对表
施工地质勘察
资料收集情况
常规地质法情况(地质素描)
超前地质预报情况
其它
表4-12 施工管理风险因素核对表
施工管理
培训情况
检测情况
应急预案情况
人员管理情况
施工队伍状况
机械装备程度
施工质量
施工经验辅助工法的掌握与应用
监理情况
其它
表4-13 隧道特征风险因素核对表
隧道特征
埋深
断面大小
长度
坡度
辅助坑道
其它
4.6.4 范家咀隧道安全风险因素
表4-14 隧道安全风险因素核对
风险事件
范家咀隧道
风险因素
塌方
大变形
第三方损失
施工准备情况
气象调查
★
★

与施工有关法令调查

★
设计文件的核对情况
★
★

实施性施工组织设计
★
★

施工地质勘察
资料收集情况
★
★

常规地质法情况(地质素描)
★
★

超前地质预报情况
★

地基承载力不足

★

侵入岩与沉积岩接触带
★
★

断层、断层破碎带
★
★

节理化岩体
★

膨胀性岩土
★
★
★
开挖情况
开挖方式
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循环进尺
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爆破器材检查
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预留变形量

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地下水处理
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爆破方法
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隧道超挖情况
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进洞
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落底
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挑顶
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断面变化处或工法转化处
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支护及衬砌情况
支护刚度
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超前支护
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地层与加固与改良
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支护时机
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支护方法
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支护质量
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闭合成环周期
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监控量测
掌子面稳定情况
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量测器材及布置
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量测频率
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规范要求监测项目
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监控量测制度
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信息反馈及处理
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施工管理
培训情况
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检测情况
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应急预案情况
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人员管理情况
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★

施工队伍状况
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★
机械装备程度
★
★

施工质量
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★
施工经验辅助工法的掌握与应用
★
★
★

4.6.5 范家咀隧道安全风险等级划分
范家咀隧道安全风险等级划分见下表:
表4-15 范家咀隧道安全风险等级划分表
序号
风险因素
风险事件
塌方
大变形
涌水倒灌
第三方损失
概率等级
后果等级
风险等级
概率等级
后果等级
风险等级
概率等级
后果等级
风险等级
概率等级
后果等级
风险等级
1

塌方
3
2
中度

2

大变形

3
2
中度

3

涌水

1
1
低度

4

第三方损失

2
2
中度

4.7 隧道安全风险技术对策
4.7.1 隧道坍方风险事件的技术对策
4.7.1.1 隧道安全风险等级划分
根据”西成铁路客运专线XCZQ-5标隧道安全风险等级划分”的成果: 范家咀隧道塌方风险等级被评定为”中度”的隧道。
4.7.1.2 风险处理对策
⑴ 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:
中度风险隧道(段落):加强施工监测,主要包括:地表沉降观测、水平位移观测;洞内拱顶沉降观测和周边收敛观测;必要的地质分析工作和洞内外拍照。有针对性地加强现场施工控制。
依据<铁路隧道监控量测技术规程>(TB10121- )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。
⑵ 加强施工监管,确保措施到位;加强工序管理,确保工序紧跟,特别是开挖与初支、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。
(3) 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。
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,应对进出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,做到随时掌握洞顶上覆岩土层的厚度,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。
4.7.2 隧道大变形(膨胀性围岩与地基软弱)施工对策及安全技术措施
4.7.2.1 隧道安全风险等级划分
根据”西成铁路客运专线XCQ-5标隧道安全风险等级划分”的成果知:范家咀隧道被评定大变形”中度”的隧道。
4.7.2.2 大变形隧道技术对策
(1)膨胀性围岩(挤压性围岩)的危害及其作用机理
在膨胀性地层中开挖隧道,常常能够见到围岩因开掘而产生变形,或者因浸水而膨胀,或因风化而开裂等现象,使设置在膨胀性围岩中的隧道或地下洞室的洞壁发生位移,导致围岩失稳,衬砌破坏。膨胀性围岩的基本特征,可归纳为以下几个方面:一是围岩的应力比高。即σ/Rc,σ—地应力,Rc—围岩的抗压强度。由于膨胀性围岩是有原始地层的超固结特性,使围岩中储存有较高的初始应力,当隧道或地下洞室开掘后,引起围岩应力释放,强度降低,产生卸载膨胀,因此围岩常常具有明显的塑性流变特征,开掘后将产生较大的塑性变形。其二是胀缩效应的力学特性。膨胀围岩因吸水而膨胀,失水而收缩,岩体干湿循环产生胀缩效应。其后果或者使围岩体结构破坏,由块间联结变为裂隙结合,甚至成为散体结构,强度完全丧失,导致围岩压力增大;或者造成围岩应力变化,无论膨胀压力或收缩应力,都将破坏围岩的稳定性,特别是膨胀产生的膨胀压力将对增大围岩压力起叠加作用。
(2)技术对策
①膨胀性围岩隧道施工,首先查明膨胀产生的原因,测定围岩贮存的应力大小来确定相应的施工方法及支护参数。
②膨胀性围岩的施工原则为”加固围岩,改进洞形,先柔后刚,先放后抗,变形留够,底部加强”24字方针。
加固围岩:加固围岩最有效的措施是长锚杆,锚杆长度应大于塑性半径。锚杆长度越长,支护效果愈好,但锚杆太长时,工程造价加大,施工难度高,且局部锚杆强度难以充分发挥;而锚杆太短则加固围岩效果不好。当锚杆长度大于塑性区厚度时,可抑制塑性区围岩的承载力,并把塑性区围岩同弹性区稳定围岩连接起来。此时锚杆两端相对位移较大,使锚杆充分受拉,从而提高锚杆对围岩径向支护的作用;反之当锚杆长度小于塑性区时,即全位于塑性区内,锚杆将随着围岩整体移动,围岩仍有剪切滑移破坏的可能,锚杆两端相对位移较小,削减锚杆对围岩的支护作用。锚杆长度应大于塑性区厚度。(L1/L2=K=2/3,L1—围岩塑性区厚度,L2—锚杆长度),围岩塑性区经过岩石力学的卡斯特纳公式,即多点位移计和声波测式法对围岩松动范围来确定塑性区。一般首选迈式锚杆(国产替代产品亦可)或预应力锚杆对膨胀性围岩进行加固;
改进洞形:经过增大边墙和仰拱曲率,使开挖断面轮廓形状接近成圆形,并表面圆顺,开挖后支护形成环状封闭结构。
先柔后刚,先放后抗,变形留足。采用长锚杆为主,辅以留纵缝的喷砼以及可缩式钢架的柔性初期支护,并预留25~45cm的预留变形量,待围岩收敛到一定值后,施作厚度50cm以上的钢纤维砼外衬,对围岩进行刚性支护。
底部加强:底部仰拱加大曲率,并施作足够强度,参数与拱墙一致,与拱墙衬砌的时差要短,要在一个月内施作。
(3)安全措施
在膨胀性岩层中施工,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,凡水流经过的土、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。
不要向开挖面洒水,以保持围岩干燥。
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。
钻机的司钻人员必须经过培训,能熟练地处理顶钻、卡钻、顶水、喷孔等现象。
4.7.3 第三方损失处理技术对策
4.7.3.1 隧道安全风险等级划分
根据”西成铁路XCZQ-5标隧道安全风险等级划分”的成果如下:
第三方损失中度风险路段为DgK183+925- DgK183+935段、DgK184+005- DgK184+015段下穿县道水泥路以及DgK184+000- DgK184+100左115m范围内的观尔岭中学一座。范家咀隧道第三方损失的风险等级为中度风险。
4.7.3.2 第三方损失风险技术对策
施工时加强路面监测工作,采用有效合理的施工方法控制沉降,严禁塌方,必要时可限制通行,并做到支护及时有效,确保施工安全。
4.7.4 隧道施工注意事项
(1)隧道施工应进行超前地质预报,超前地质预报应纳入正常施工工序。
(2)隧道施工应严格执行<铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南>等有关规定。
(3)施工前应注意核对洞口地形、地貌标高等,如发现与本设计不符时,应及时提出以便修改设计。
(4)在隧道开挖过程中,应隧时核对围岩级别与地下水状态,如发现与设计不符,应及时提出,以便修正设计。
(5)施工中若遇地下水,应取样化验,了解有否侵蚀性,以便决定是否变更水泥品种,调整水灰比或采取其它措施,以防侵蚀。
(6)初期支护与围岩为暗洞隧道的主要受力结构,施工务必遵循”保护围岩”的原则,确保初期支护的施工质量;
(7)隧道岩石爆破采用钻爆法施工,尽量减少对围岩的扰动,控制围岩变形,破碎岩石隧道、水平层岩石隧道,每个循环进尺不宜过大,并严格控制光面爆破参数,优化施工工艺。
(8)隧道初期支护采用喷锚支护,喷射砼应采用湿喷工艺,隧道初期支护应紧跟开挖面及时施作。尽快封闭掌子面。
(9)在铺设防水板之前,应对初期支护的渗漏水情况进行检查,并采取埋管引排、局部注浆等措施进行处理。
(10)为确保衬砌对围岩的支护效果,衬砌超挖回填应符合设计要求,隧道拱墙背后的空隙必须回填密实,并与衬砌同时进行。
(11)洞内进行设备安装,接触网悬挂安装时,应严格按照有关专业要求施工,并应做好防水措施,确保隧道结构安全。
(12)本隧道较长部分浅埋,隧道施工应避开雨季,分段开挖,及时封闭,减少明挖边坡暴露时间,另外不得在边仰坡设置工棚,堆砌重物等并加强监测,确保安全。
(13)做好明洞地段表排水系统,避免地下水进入明洞施工基坑中,同时禁止地表水在明洞漫流以免影响明洞结构安全,确保安全。
(14)由于山体斜坡分布有分化的岩块碎石等,易松动形成落石,在重力作用下易坍塌,施工中应清除洞顶危石,加强临控,确保安全。
(15)隧道进出口段多处于山坡坡麓地带,岩层全风化带厚度相变较大,多为不均匀岩层,施工过程中充分考虑其稳定、不均匀沉降等影响,根据实际情况进行临时支护及地基加固措施。
(16)隧道施工过程中应注意保护好植被,做好环境保护,隧道弃砟禁止乱堆乱弃,壅塞沟谷,且弃砟应按设计作好边坡防护工程,避免造成泥石流等不良地质灾害。
4.8 范家咀隧道风险评估及对策措施表
(见下页)

表4-15 范家咀隧道风险评估及对策措施表
序号
里程范围
长度(m)
风险事件
成因
初始风险
风险处理措施
残余风险

残余风险处理措施
起始里程
终止里程
概率
后果
风险

概率
后果
风险
加强基坑监测
等级
等级
等级
等级
等级
等级
1
DK182+556
DK1