京福Ⅳ标隧道风险评估安全专项方案及应急预案

1徐墩隧道风险评估安全专项施工方案及应急预案1．编制依据（1）《新建铁路合福线合肥至福州段徐墩隧道设计图》；（2）《新建铁路合福线合肥至福州段HFMG-6标段徐墩隧道实施性施工组织设计》；（3）现场踏勘调查所获得的工程地质、水文地质、当地资源、交通状况及施工环境等调查资料；（4）《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（铁建设【2007】200号文）；、（5）《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304-2009）（6）本单位所拥有的技术装备力量、机械设备状况、管理水平、工法及科技成果和多年积累的工程施工经验。2．工程概况2.1隧道概况徐墩隧道起迄里程为DK636+050.8～DK636+431，全长380.2m，徐墩隧道按照客运专线设计，行车速度250Km/h。隧道进出口及浅埋区岩石分化强烈，岩体较破碎，均为明洞工程：进口明洞10.0米，出口明洞17.0米。隧道围岩类型为：Ⅲ级围岩为110米，Ⅳ级围岩50米，Ⅴ级围岩164米。隧道内轮廓宽12.7m，高9.8m，进口段山体为上坡，隧道进口采用喇叭口倒切开孔式缓冲结构，隧道出口采用帽檐斜切式洞门结构。2.2工程地质和水温水质徐墩隧道位于中低山丘陵区，地势起伏较大，自然坡度一般为20°～25°，植被较发育，多为松树林等。2隧道穿越Ⅳ、Ⅴ地层岩性为表层为残坡积粉质黏土、硬塑；下伏基岩为K1s含角砾凝灰岩，全风化呈土状；强风化层岩体破碎，节理裂隙发育；底下水为基裂隙水，较发育；隧道Ⅲ级地层岩性为K1s含角砾凝灰岩，浅灰色，灰白色，弱风化，岩石较坚硬，岩体较完整，节理较发育。底下水为基岩裂隙水，不发育。2.3气象特征徐敦隧道地属福建省建瓯市，属热带海洋气团与极低大陆气团交替控制和相互角逐交绥的地带，副热带季风现象明显。属四季温暖湿润，海洋性气候较强。雨量充沛，日照充足，夏长冬短，四季分明。冬季少雨无严寒，春季阴湿多雨水，夏季炎热多台风，秋季天晴日照足。全年平均气温在19～19.9℃，最热月（七月）平均气温为32～34℃，极端最高气温41.8℃，最冷月（一月）平均气温为9.7℃，最低气温零下9.7℃左右。年平均降雨量为1653mm，24小时最大降雨量为218.3mm。汛期多东南风，间有东北风和西南风，最大风速高达40m/s。2.4环境工程地质（1）、隧道开挖后，基岩裂隙水的下渗排泄将造成山体内地下水位下降，地下水径流环境及模式将发生改变。亦影响隧道附近地表水枯竭及部分植被枯萎。（2）、隧道弃碴应合理堆放，应堆放于低洼或相对平缓处，并设拦碴墙，防止水土流失。弃碴对环境有一定影响。（3）、隧道施工中应注意尽量减少对自然植被的破坏，以免造成水土流失，引发山洪、泥石流等地质灾害，对附近居民人生安全造成一定威胁。（4）、隧道进出口端人为活动密集，施工阶段应尽量减少机器噪声对附近居民的影响。2.5物理地质地震动峰值加速度为0.05g,地震动反应谱特征周期值为0.35s。32.6岩土施工等级及地基基本承载力土石代号及岩土施工工程分级：（1）Qel+dl粉质粘土，硬塑，Ⅲ级σ0=200Kpa（2）J1l砂岩夹含砾砂岩、石英砂岩：（2）1全风化，Ⅲ级，σ0=250Kpa（2）2强风化，Ⅳ级，σ0=400Kpa（2）3弱风化，Ⅳ级，σ0=600Kpa（3）T3d粉砂岩：（3）1全风化，Ⅲ级，σ0=250Kpa（3）2强风化，Ⅳ级，σ0=350Kpa（3）3弱风化，Ⅳ级，σ0=500Kpa3、风险事件专项施工方案3.1隧道坍塌专项施工方案3.1.1、施工原则隧道施工严格遵循超前地质预报先行，围岩破碎段“管超前、短进尺、弱爆破、强支护、勤量测、早封闭”的原则进行施工。3.1.2、超前地质预报徐墩隧道的地质条件较为复杂，多为Ⅳ级、Ⅴ级围岩，因此隧道超前地质预报工作就显得异常重要，为了更好地完成超前地质预报工作，我标段委托中铁隧道集团设计院对徐墩隧道进行全方位的综合地质预报。结合徐墩隧道的地质条件，超前地质预报工作按照由面到点、长短结合、定性与定量相结合的办法来保证预报的准确性。根据各种预报方法的特点，可分为常规地质预报、长距离宏观预报、中距离预报、短距离验证预报，各种方法如下：(1)地质调查①调查目的核对勘测资料，掌握隧道所在地区的地层岩性、地质构造、不良地质及4水文地质情况，为隧道内地质预报提供方向性的依据。②调查范围根据勘察单位提供的隧道工程地质图，调查范围主要为隧道左右线及隧道中线两侧各1～2.5km的范围。③调查内容a.地层岩性主要调查地层的地质时代、岩层厚度、层间结合程度、岩层产状、岩性、岩石硬度、风化程度等。b.地质构造主要调查断层、破碎带及节理裂隙特征。断层的产状、性质、破碎带宽度、破碎带的成分、破碎带的含水情况以及与隧道的关系。节理裂隙的组数、产状、间距、充填物质、延伸长度、张开度及节理面的起伏情况，节理裂隙的组合状况。c.不良地质主要调查隧址内滑坡的性质、规模、以及对隧道的影响。d.地下水的特征(2)地质素描调查隧道范围内的泉水、井水、水塘、水库、沟水、河水及其水量、水文、水质的变化等。隧道开挖后及时记录隧道洞身和掌子面地质情况的方法，它是地质调查的细化和补充，结合勘察和地质调查取得的地质资料可以预测隧道前方地质情况，同时为隧道运营维护提供全面准确的地质资料。素描内容地层岩性地层地质时代、岩层厚度、层间结合程度、岩层产状、岩性、岩石硬度、风化程度等。5地质构造断层破碎带带宽度、破碎带的成分及胶结程度、破碎带的含水情况以及与隧道的关系。节理裂隙特征节理裂隙的组数、产状、间距、充填物质、延伸长度、张开度及节理面的起伏情况，节理裂隙的组合状况。地下水的特征出水点位置、水量、水压、水温、水色、悬浮物（泥砂等）测定；出水点和地质环境（地层、构造、岩溶、暗河等）的关系；与地表相关气象、水文观测；洞内涌水与地表径流、降雨的关系；必要时进行水样分析。④围岩稳定性评价和预报根据地质素描得到地层岩性、地质构造、不良地质、水文地质特征等，判定围岩完整性和围岩分级，结合勘察和地质调查取得的地质资料预测隧道前方地质情况。(3)TSP203+超前地质TSP203+超前地质预报系统是专门为隧道和地下工程超前地质预报研制开发的目前世界上在这个领域最先进的设备，它能方便快捷地预报掌子面前方较长范围内的地质情况，它弥补传统地质预报方法只能定性预报无法定量预报的缺陷，为更准确的地质预报提供了一种强有力的科学方法和工具，它不仅可以及时地为隧道施工变更施工工艺提供依据，而且可以减少隧道施工中突发性地质灾害的危险性，为隧道施工提供施工更安全保障，减少人员和设备的损伤，同时也就带来很大的经济效益。6TSP203+超前地质预报系统每次可探测100～350m，为提高预报准确度和精度，采取重叠式预报，每开挖100m～150m预报一次，重叠部分(不小于20m)对比分析，每次探测结果与开挖揭示情况对比分析。TSP203+超前地质预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧道掘进面前方及周围临近区域地质状况的，TSP方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计的震源点（通常在隧道的左或右边墙，大约24个炮点）用小量炸药激发产生，当地震波遇到岩石波阻抗差异界面（如断层、破碎带和岩性变化等)时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收，数据通过TSPwin软件处理，就可以了解隧道工作面前方不良地质体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等）和位置及规模。(4)超前地质钻孔超前地质钻孔是对TSP203+预报和红外探测等手段探测到的不良地质体的验证，是用水平地质钻机直接揭露掌子面前方岩体来了解掌子面地质情况的一种可靠的方法。优点：可以直接从取出的岩芯或岩粉中了解前方的地质情况，方法直接可靠。图3-1-１TSP203原理理理图地层或断层入射波前反射波前震源检波器检波器隧道7缺点：往往以一孔或几个孔代表掌子面前方的整体，具有局限性；对隧道施工干扰大，通常一个循环的超前探孔需要中断隧道施工10~20小时。为了尽可能减少对隧道施工的干扰，钻机通常放在专用的钻机台车上，需要时，把钻机台车直接拖到掌了面，固定台车，连接电源、风管和水管即可施工。施工完成后，把台车拖到洞外。这样能减少钻机在洞内安装和拆卸占用隧道施工的时间（通常钻机安装和拆卸需要3～5小时）。钻孔数量及深度：一般地段每循环钻2个孔，在富水段、断层段、瓦斯段、采空区可钻3~4孔，遇到特大异常（高水压、高瓦斯等），钻孔增至5～7孔，深度30～60m，以探明前方地层完整性、断层、岩溶、瓦斯及地下水发育情况（水量、水压、水温、悬浮物等）。预报搭接长度以3～8m为宜，以此做安全储备。图3-1-2超前钻孔布置图：综合地质预报中，常规地质预报是地质预报的基础，只有通过勘察和地质调查才能从区域范围内了解隧道通过的地层岩性、对隧道施工影响较大的地质构造、不良地质及地下水特征，再通过地质素描将勘察和地质调查得到掌子面超前钻孔布置图4掌子面超前钻孔布置图12134756212134掌子面超前钻孔布置图3掌子面超前钻孔布置图22138的地质信息投影到隧道中，达到细化和补充的作用，但是常规的地质预报是用已开挖揭露的地质信息来推测前方的地质情况，只能定性推测，无法达到定量。在此基础上通过TSP和红外探水预报，取得掌子面前方的异常信息及异常信息的位置，结合常规地质预报已得到的地质信息，来解释掌子面前方可能存在的地质问题，从而达到量化效果，但是TSP和红外探水等物探方法存在多解性，加上地质条件的千变万化，TSP和红外探水只能提供异常区可能存在的地质问题。所以我们在异常区域内实施超前水平探孔，来直接验证异常区内的地质情况。这样的一种立体、综合的地质预报方法为隧道施工提供更准确的地质资料，同时也为隧道施工中突发性地质灾害建立预警预报机制，为隧道施工提供更安全的保障。3.1.3、软弱围岩段及断层破碎带防坍塌措施对软弱围岩，采用四步CD法、三台阶临时仰拱法等法开挖；同时根据超前地质预报所提供的资料及掌子面的围岩情况采用超前大管棚、超前导管及超前锚杆等进行超前支护及掌子面超前预注浆等措施。(1)开挖方法①四步CD法隧道Ⅴ级围岩浅埋及偏压地段采用四部CD法，开挖方法见下图：9图3-1-４四步CD开挖示意图②三台阶临时仰拱法隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩段采用三台阶临时仰拱开挖法开挖，首先进行超前支护，进行上部开挖→初期支护及临时仰拱施工→中部开挖→中部支护及临时仰拱施工→下部开挖→边墙支护、临时仰拱拆除→→仰拱浇注→拱墙二衬。三台阶临时仰拱开挖法施工工序图见图3-５。三台阶临时仰拱法施工工序示意图Ⅰ-超前支护；2-上部开挖；Ⅲ-上部支护成环；4-中部开挖；Ⅴ-中部支护成环；6-下部开挖；Ⅶ-下部支护成环、拆除临时支护；Ⅷ-仰拱及填充混凝土；Ⅸ-拱墙二次衬砌246ⅠⅢⅤⅧⅨⅢⅠ246ⅦⅦ仰拱栈桥Ⅷ5～10m30～40m6～12m20～40m5～10m图3-1-５三台阶临时仰拱开挖示意图③三台阶开挖方法隧道Ⅳ级围岩段采用三台阶开挖法开挖，首先进行超前支护，进行上部42Ⅰ左侧导坑上台阶支护（包括中隔墙）3、每循环开挖结束后，采用喷射C20砼5Cm厚封闭齐头。1、左右侧导坑开挖面距离为5m，台阶长为3m。Ⅱ左侧导坑下台阶支护（包括中隔墙）2、中隔墙后期边衬边拆除。2左侧导坑下台阶开挖说明：5仰拱施作开挖中隔壁法施工工序示意图1左侧导坑上台阶开挖施工工序:序:左（右）侧导坑开挖工序流程图右侧上台阶开挖及支护仰拱施工超前预支护左侧上台阶开挖及支护中隔壁拆除左侧下台阶开挖及支护左（右）侧导坑纵断面图复喷砼至设计厚度钢筋网（钢拱架）1ⅤⅠ3ⅣⅢ锚杆锚杆超前支护ⅡⅣ右左侧导坑下台阶支护（包括中隔墙）Ⅲ右侧导坑上台阶支护（包括中隔墙）3右侧导坑上台阶开挖4右侧导坑下台阶开挖Ⅴ仰拱支护3421右侧下台阶开挖及支护55C25初喷砼厚超前预支护10开挖→初期支护施工→中部开挖→边墙支护→仰拱开挖与支护。1.本图为Ⅳ级围岩台阶法开挖施工方法示意图,图中断面仅为示意;2.台阶长度根据围岩的变化适当调整台阶长度