雁门关隧道风险评估报告

1北同蒲取直线铁路工程雁门关隧道施工风险评估报告一、编制依据1、《雁门关隧道施工图风险评估资料》（设计）2、北同蒲韩家岭至原平线应县至原平新建取直线工程雁门关隧道施工图3、《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（铁建设[2007]200号）4、《关于印发加强铁路隧道工程安全工作的若干意见的通知》（铁建设[2007]102号）5、《关于进一步加强铁路隧道安全管理工作的通知》（铁建设[2007]1007号）6、《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204-2008）7、准朔公司关于铁路工程建设安全、质量等管理方针及实施办法8、其它国家、铁道部规定的安全规程，如《中华人民共和国安全生产法》、《国家突发事件总体应急预案》和《国务院关于进一步加强安全生产的决定》、《铁路工程施工安全技术规程》（TB10401）、《隧道施工安全作业手册》、《铁路建设工程安全生产管理办法》、《铁路隧道监控量测技术规程》等有关规定。2二、隧道概况雁门关隧道北起山阴县庙家窑村西，南止于代县太和岭村北。起讫里程DK110+855～DK124+940，全长14085m，为全线重点控制性工程。隧道按160km/h设计，并预留提速200km/h条件。雁门关隧道设计为单洞双线隧道，最大埋深约820m。隧道设计为人字坡，上坡坡度为9‰，DK120+980以后下坡坡度为3‰。雁门关隧道设3座斜井，南寺斜井长1445米，后腰铺斜井长2385米，城上斜井长1384米。南寺、城上斜井设计为单车道斜井，后腰铺斜井设计为双车道斜井，均采用无轨运输。南寺、城上斜井在隧道施工完毕后封堵，后腰铺斜井利用为运营期间的紧急出口。（一）自然地理特征线路经过地区属北暖温带半干旱大陆性季风气候，四季分明，冬季严寒，春、秋凉爽，夏季无酷暑，平均气温7℃，七月份平均气温22.2℃，一月份平均气温-10℃。平均降水量390.6㎜，无霜期147天，标准冻结深度150㎝。该地区属寒冷地区。（二）地质概况1、地形地貌隧道穿越恒山山脉，地面山高谷深，群峰连绵。海拔1103m（隧道北端）～1947m（隧道中段），相对高差845m，地形起伏较大，由中段向南北两端逐渐降低，属中山地貌。进口DK110+827～DK111+500为山前洪积扇，地形较平缓，DK111+240～DK111+2703为洪积扇中的冲沟。沿线主要村庄有庙家窑、大峪口、雁门关、罗庄、富拉沟和太和岭等。2、地层岩性隧道洞身通过的主要地层为太古界地层：冰淋沟岩组(Awb)分布于隧道北端洪积扇以南地段，隧道出露里程DK111+515～DK119+000主要岩性为角闪斜长片麻岩、角闪变粒岩、角闪黑云变粒岩，含榴石黑云变粒岩，含榴石斜长角闪岩，间夹磁铁石英岩，在雁门关一带夹斜长角闪岩，视厚度800m左右。是构成隧道北段洞体的主要岩层。东湾岩组(Awd)主要岩性为角闪斜长片麻岩和黑云角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩，含榴石斜长角闪岩、黑云变粒岩、黑云角闪变粒岩、夹磁铁石英岩、十字硅线蓝晶榴石二云片麻岩和榴石二云斜长片麻岩等，视厚度约100m。主要分布于隧道南段DK119+000～DK124+935之间，是构成隧道南段洞体的主要岩层。隧道进口分布大段落第四系新黄土、圆砾土层。3、地质构造隧道通过区历经前寒武纪伸展、挤压，变质作用迭加、改造、部分熔融，形成前寒武系结晶基底各类以韧性剪切带为界的褶皱片体；后寒武纪隆升断裂等多期强烈的构造变形、沉积盖层形成各类脆性断裂以及由其派生的牵引褶皱。（1）断层4燕山期多次的地质构造变动，使区内生成了一系列断裂构造。隧道正洞发育19条、1#斜井发育2条、2#斜井发育4条断层破碎带，断层带内充填角砾及断层泥，岩层破碎，基本无胶结。（2）褶曲隧区内发育五处褶曲。Zy1背斜核部地层受挤压岩层破碎，对隧道施工有一定的影响。（3）节理隧区共量测节理点28处，每处量测节理数4～9组。岩石被切割成碎块石状，总体较为破碎。由于岩体破碎，施工中不可避免会产生掉块及坍塌现象。4、水文地质特征隧区内地下水以裂隙水为主，地下水赋存条件较好，隧道最大涌水量达29800m3/d，具承压性。隧道范围古老的变质岩由于经过多期的构造活动，断层数量多，且断层带宽，破碎带，断层带内断层角砾基本无胶结，加强了导水作用，使地下水更加丰富。由于特殊的地理、气候和构造条件，隧址区水文地质条件极为复杂，地下水对工程将会有较大影响。隧道集中涌水地段见下表。隧道集中涌水地段一览表序号地段里程地质属性描述涌水方式1DK111+515～DK112+440断层及物探低阻异常带断层Fy1、Fy2、Fy3、Fy4，破碎带宽度2~30m，断距为大于6~50m，断层上下盘内岩体破碎，导水性强，贯通性较好股状涌水，雨季水量增大，具涌砂涌泥现象52DK112＋900～DK113＋250断层及破碎带、低阻异常带三条断层交汇，Fy5、Fy6、Fy7，破碎带宽度8~50m，断距8~150m，断层带内岩体破碎，导水性强，贯通性较好。钻探中严重漏浆可能产生股状涌水涌泥，雨季水量增大3DK117＋025～DK117＋240三条断层交汇及物探低阻异常带发育有三条断层，Fy10、Fy11、Fy12、破碎带宽度10~30m，断距15~30m，断层带内岩体破碎，岩脉穿插，导水性强，贯通性较好可能产生股状涌水、突泥，雨季涌水量增大4DK117＋750～DK118＋030三条断层交汇及物探低阻异常带Fy13、Zf1、Fy15，三条断层交汇,破碎带宽度2~60m，断距15~30m，断距3~50m，断层带内岩体破碎，岩脉穿插，导水性强，贯通性较好可能产生股状涌水、突泥5DK119＋000～DK119＋300两条断层及物探低阻异常带，裂隙水具承压性Fy17、Zf2断层分布,物探显示在高阻带中突然出现低阻区，岩脉穿插频繁，钻孔见承压水，隧道洞顶上方有储水构造股状涌水，具涌砂涌泥现象6DK123＋790～DK124＋350物探低阻异常带。水量丰富物探显示在高阻带中突然出现低阻区，岩脉穿插频繁，隧道洞顶上方有储水构造股状涌水，具涌砂涌泥现象，雨季涌水量增大7X3DK0+960～X3DK1+340裂隙水具承压性岩脉穿插频繁，钻孔中承压水头较高股状涌水5、环境工程地质特征雁门关附近流经隧道顶部的沟谷流量很大，附近多处成为北京资助的首都水资源保护地。隧道施工对断层泉会有较大影响，造成泉水污染及干涸，将影响隧道所经地段的大峪口、雁门关、罗庄居民的生产、生活用水及首都水资源保护地。6、隧道围岩情况雁门关隧道全长14085m，原设计Ⅱ级围岩9595m，Ⅲ级围岩1495m，Ⅳ级围岩1685m，Ⅴ级围岩1270m，明洞40米。2009年2月，设计院对围岩级别进行预测调整，调整后Ⅱ级围岩2906m，6Ⅲ级围岩5503m，Ⅳ级围岩3041m，Ⅴ级围岩2595m，明洞40米。2009年2月至2009年11月20日施工的正洞，实际揭示的围岩级别和调整后围岩级别仍有一定的差异，预测调整后围岩级别再变更共计765米，占预测调整围岩长度的54.2%。（三）设计基本参数1、支护参数隧道衬砌采用初期支护为锚喷支护、二次衬砌为模筑混凝土的复合式衬砌，按新奥法原则设计与施工。正洞复合式衬砌参数见下表：正洞复合式衬砌设计参数表围岩级别预留变形量初期支护二次衬砌喷混凝土厚锚杆钢筋网格栅支护拱墙厚度仰拱底板厚度部位厚度部位长度间距部位钢筋直径网眼尺寸部位间距cmcmmmmmcmmcmcmⅡ3-5拱墙5拱局部2.53530Ⅲ5-8拱墙12拱部墙局部31.2x1.0拱部ф825x254045Ⅳ8-10拱墙23拱墙3.51.0x1.0拱墙ф825x25拱墙14550Ⅴ10-15全环27拱墙41.0x1.0拱墙ф820x20全环15055Ⅴ加10-15全环27拱墙41.0x0.8拱墙ф820x20全环0.85055注：Ⅴ级围岩复合式加强衬砌采用I18热压轻型工字钢架。系统锚杆拱部120°范围采用Φ25中空注浆锚杆，其余部位采用Φ22砂浆锚杆。2、超前支护雁门关隧道Ⅴ级围岩采用暗挖法施工的地段，采用超前预加固地层。超前预加固设计参数为：拱部120°范围内设超前小导管，7小导管采用φ42、L-3.5钢管，每根长为格栅间距的1倍加1.5m，环向间距按每米3根、纵向间距为格栅间距的1倍；注浆材料使用水泥-水玻璃双液浆。3、设计施工方法雁门关隧道正洞Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面法施工；Ⅳ级围岩采用台阶法施工；Ⅴ级围岩采用短台阶分部扩大法施工；Ⅴ级围岩加强段采用CD法施工。模筑混凝土衬砌采用先墙后拱法施工，混凝土泵送灌注。三、施工进展情况及已完工程施工中的风险（一）施工进展情况1、隧道进口隧道进口正洞完成开挖支护1283m，仰拱1250m，二次衬砌1224m。掌子面围岩为黑云母变粒岩，岩体强度极低，手捏呈粉末状，遇水成泥，地下水发育，拱脚部位呈股状涌水，自稳能力极差，拱顶下沉量大。设计Ⅲ级围岩，变更为Ⅴ级围岩。已接近F2断层，上、中、下导掌子面滑塌严重。2、1#斜井1#斜井正洞完成开挖支护390m，仰拱342m，二次衬砌303m。掌子面围岩地质为角闪斜长片麻岩，节理发育，风化严重，岩体破碎，自稳能力差，易坍塌掉块。设计Ⅱ级围岩，实际为Ⅴ级围岩。3、2#斜井82#斜井正洞完成开挖支护60m。掌子面围岩地质为角闪斜长片麻岩，节理发育，风化严重，岩体破碎。设计Ⅱ级围岩，实际为Ⅳ级围岩。4、3#斜井3#斜井正洞完成开挖支护43m。5、出口隧道出口正洞完成开挖支护1300m，仰拱1260m，二次衬砌1228m。（二）已完工程施工中遇到的风险1、断层破碎带及物探低阻区（1）隧道进口隧道进口穿越fy1断层破碎带，2009年2月18日掌子面突发涌水造成拱部塌方，涌出大量角砾及泥砂，塌穴高约8米，长约2米，宽约7.5米。2009年5月14日隧道进口施工黑云母变粒岩地段时，掌子面地下水突然增大，层间堆积物受到冲刷使围岩之间的粘结力急剧下降，造成拱部围岩结构松散，整体自稳能力急剧下降，使整个岩体骤然失稳发生塌方，塌方长度20.9米。已完的20.3米初期支护垮塌。2009年11月6日隧道进口施工黑云母变粒岩地段，已施工完初期支护的DK112+090～+128段拱部出现环、纵向裂缝，裂缝宽约5～10mm，喷射砼剥落。拱顶下沉量大，现场监测数据为：9DK112+113拱顶下沉值为4.7cm/d（累计26.8cm），DK112+120拱顶下沉值为6.8cm/d（累计14.2cm），DK112+124拱顶下沉值为7cm/d（累计7cm）。上、中、下导掌子面围岩失稳，核心土产生裂缝并向小里程方向滑塌。为保证施工安全，掌子面停止掘进，对掌子面全断面进行喷射砼封闭注浆加固处理。目前掌子面里程DK112+138，掌子面围岩为黑云母变粒岩，岩体强度极低，手捏成砂砾状，遇水成泥，地下水发育，拱部成线状，拱脚部位呈股状，呈先弱后强变化趋势，自稳能力极差。已接近fy2断层，掌子面围岩失稳自然滑塌，涌水量大，安全风险极为突出。（2）2#斜井2#斜井穿越X2f2断层破碎带，2008年7月27日掌子面突发股状涌水造成拱部塌方，涌出大量角砾及泥砂，塌穴高约7～8米，长约8～9米，宽约3～4米。（3）隧道出口隧道出口穿越物探低阻区，掌子面发生两次坍塌。2008年10月5日，掌子面DK124+354揭示一与隧道小角度斜交的断层破碎带，出露股状涌水，造成左侧拱部塌方，涌出大量手掰可碎的褐红色～黄色松散碎石角砾。2009年01月08日，掌子面DK124+187穿越背斜轴部，岩层陡立，节理发育，呈块、碎石状，并出露股状涌水，造成拱部塌方。2、涌水突泥雁门关隧道涌水量大，突发涌水现象频发。10隧道进口突发3次大型涌水，造成拱部塌方。1#斜井原设计涌水量2356m3/d，实际涌水量达1.2万m3/d，X1K0+750～+450段为强富水带，具承压性。拱部突发涌水2次，造成拱部坍塌。2#斜井原设计涌水量3267m3/d，实际涌水量达1.5万m3/d，X2K2+210～X2K0+385段为强富水带，开挖掌子面为股状涌水，开挖后拱顶大面积线状淋水、边墙呈股状涌水，具承压性