鐵路高風(fēng)險(xiǎn)隧道施工技術(shù)

1、鐵路高風(fēng)險(xiǎn)隧道施工技術(shù) 目錄一、前言二、鐵路隧道工程技術(shù)進(jìn)步三、鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)定與要求四、高風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型以及處理原則、工程措施一、前言全國(guó)運(yùn)營(yíng)線路、隧道統(tǒng)計(jì)截至2010年年底，全國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度85096.2km。全路共有隧道9224座，約6550km。全長(zhǎng)3000m以上的隧道共有400座，約2181.2km；全長(zhǎng)5003000米的中隧道3765座，3862.9km；全長(zhǎng)500米以下的短隧道6139座，1267.3km。最長(zhǎng)隧道是石太客專(zhuān)太行山隧道，全長(zhǎng)27848米。全路在建和規(guī)劃隧道統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)至2011年底，在建鐵路隧道3900座，長(zhǎng)度7400公里，其中長(zhǎng)度310公里的隧道554座，2998公里

2、，長(zhǎng)度大于10公里的隧道114座，1632公里；規(guī)劃隧道4700座，總長(zhǎng)9500公里，其中長(zhǎng)度310公里的隧道864座，4577公里，長(zhǎng)度大于10公里的隧道135座，1972公里。全路在建隧道特點(diǎn)一是隧道所占比重大，隧線比全路平均21.7%。如貴廣鐵路隧線比高達(dá)54%，成蘭鐵路隧線比高達(dá)70%；二是長(zhǎng)大隧道多，長(zhǎng)度超過(guò)10公里的特長(zhǎng)隧道有114座，1632公里，占全路在建隧道總長(zhǎng)的21.3%。如關(guān)角隧道長(zhǎng)32.645公里，高黎貢山隧道長(zhǎng)34公里；三是隧道地質(zhì)復(fù)雜，高風(fēng)險(xiǎn)隧道多，在建隧道廣泛分布在全國(guó)各地，包括了穿越巖溶、斷層、瓦斯、高地應(yīng)力、軟弱圍巖等不良地質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)高風(fēng)險(xiǎn)隧道89座、總長(zhǎng)56

3、5公里，占全路在建隧道總長(zhǎng)的8%；極高風(fēng)險(xiǎn)隧道69座，總長(zhǎng)709公里，占全路在建隧道總長(zhǎng)的10%。目前隧道施工中存在的突出問(wèn)題：1.控制全線工期(南寧樞紐花油山隧道、滬昆客專(zhuān)壁板坡隧道、蘭渝鐵路桃樹(shù)坪、胡麻嶺隧道、敦格鐵路當(dāng)金山隧道、廈深鐵路梁山、桑浦山隧道、土庫(kù)二線中天山隧道、大瑞鐵路大柱山、秀寧隧道等等)2.安全事故多3.變更設(shè)計(jì)多，增加費(fèi)用多（典型如蘭渝、大瑞、廣深港等）二、鐵路隧道工程的技術(shù)進(jìn)步 近年來(lái)，隨著鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，鐵路隧道修建技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1高速鐵路隧道關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)形成 研究解決了列車(chē)在隧道內(nèi)高速運(yùn)行產(chǎn)生的空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，確定了不同運(yùn)行速度目

4、標(biāo)值隧道凈空斷面、支護(hù)襯砌參數(shù)及施工方法，制定了各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確定了洞口結(jié)構(gòu)型式。 2艱險(xiǎn)山區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件長(zhǎng)大隧道修建技術(shù)不斷取得進(jìn)步 石太客專(zhuān)太行山隧道（27公里長(zhǎng)）、宜萬(wàn)鐵路隧道（巖溶高風(fēng)險(xiǎn)）的通車(chē)運(yùn)營(yíng)，云南大麗、玉蒙、大瑞鐵路（圍巖破碎、復(fù)雜、多變）的建設(shè)，以及西格二線關(guān)角隧道（32公里，目前全國(guó)最長(zhǎng)）、蘭渝鐵路西秦嶺隧道（29公里，兩臺(tái)TBM結(jié)合礦山法施工）、木寨嶺隧道（19公里長(zhǎng)、軟巖高地應(yīng)力）的建設(shè)，標(biāo)志著我國(guó)在長(zhǎng)大隧道防災(zāi)救援、高壓富水巖溶、斷層突水突泥、高地應(yīng)力、地質(zhì)復(fù)雜多變等方面取得了很大的技術(shù)進(jìn)步。 即將開(kāi)工建設(shè)的大瑞鐵路高黎貢山隧道長(zhǎng)34公里，深埋、高地應(yīng)力、高壓富水、斷

5、層發(fā)育、高地溫，工程艱巨。 已經(jīng)開(kāi)工的成蘭鐵路隧道占70%，“四極三高” 宜萬(wàn)鐵路 宜萬(wàn)鐵路全長(zhǎng)378km，隧道161座，其長(zhǎng)度占全線總長(zhǎng)的60%。其中巖溶隧道92座，長(zhǎng)247 km，占隧道總長(zhǎng)的74%。全線巖溶極其發(fā)育，有齊岳山等8座隧道為一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道，多次發(fā)生突水、突泥災(zāi)害，采用綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)手段及時(shí)探明前方巖溶發(fā)育情況，采取注漿堵水、限量排放和“釋能降壓”以及防災(zāi)報(bào)警等綜合技術(shù)措施保證了隧道的施工安全。 3形成了大斷面黃土隧道配套修建技術(shù) 鄭西客運(yùn)專(zhuān)線正線全長(zhǎng)458km，隧道38座，77公里，隧線比16.8。形成了一套大斷面黃土隧道設(shè)計(jì)施工綜合配套技術(shù)，已完成鐵路黃土隧道技術(shù)規(guī)范初稿。 4

6、城市鐵路大跨淺埋隧道的修建技術(shù)取得進(jìn)展北京地下鐵路直徑線采用單洞雙線結(jié)構(gòu)型式，采用盾構(gòu)法和淺埋暗挖法施工；天津地下直徑線采用盾構(gòu)法施工；廣深港二期福田車(chē)站及兩端區(qū)間，車(chē)站采用超深大基坑明挖、局部下穿地鐵車(chē)站冷凍暗挖施工、區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。5 水下隧道修建技術(shù)取得突破 廣深港客運(yùn)專(zhuān)線獅子洋隧道，穿越珠江口獅子洋河段，是國(guó)內(nèi)第一條水下鐵路隧道。隧道工程范圍全長(zhǎng)10800m，采用四臺(tái)泥水平衡式盾構(gòu)施工，在江中對(duì)接。 武廣客運(yùn)專(zhuān)線瀏陽(yáng)河隧道，全長(zhǎng)10100m，設(shè)三座豎井、一座斜井。根據(jù)隧道各段所處的地質(zhì)、地面環(huán)境、隧道埋深等條件分別采用明挖法、鉆爆法及非爆破法（下穿瀏陽(yáng)河段）施工。獅子洋隧道照片瀏陽(yáng)

7、河隧道照片三、鐵路隧道安全施工及風(fēng)險(xiǎn)管理文件（一）鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理暫行規(guī)定（鐵建設(shè)2007200號(hào))（二）關(guān)于加強(qiáng)鐵路隧道工程安全工作的若干意見(jiàn)（鐵建設(shè)2007102號(hào)）（三）關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)鐵路隧道安全工作的通知（鐵建設(shè)函20071007號(hào) ）（四）“關(guān)于進(jìn)一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設(shè)計(jì)施工有關(guān)技術(shù)規(guī)定的通知”（鐵建設(shè)2010120號(hào))（五）關(guān)于印發(fā)鐵路建設(shè)工程安全風(fēng)險(xiǎn)管理暫行辦法的通知 （鐵建設(shè)2010162號(hào)文)（六）關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)鐵路建設(shè)安全生產(chǎn)工作的通知（鐵建設(shè)2010171號(hào) ）（七）關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)鐵路隧道設(shè)計(jì)施工安全管理工作的通知 （建技2010352號(hào)文) （一）鐵

8、路隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理暫行規(guī)定 隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作分階段進(jìn)行，可研階段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估側(cè)重于控制工期、投資、環(huán)境的重大工程；初步設(shè)計(jì)階段側(cè)重于重大工程以及采用新的建造技術(shù)、地質(zhì)條件特殊復(fù)雜、對(duì)環(huán)境有重大影響的工程；施工階段側(cè)重于重大風(fēng)險(xiǎn)源評(píng)估及控制。運(yùn)營(yíng)期間隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估則納入養(yǎng)護(hù)維修。 后果等級(jí)概率等級(jí)輕微的較大的嚴(yán)重的很?chē)?yán)重的災(zāi)難性的12345很可能5高度高度極高極高極高可能4中度高度高度極高極高偶然3中度中度高度高度極高不可能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風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)接受準(zhǔn)則處理措施低度可忽略此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)較小，不需采取風(fēng)險(xiǎn)處理措施和監(jiān)測(cè)。中度可接受此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)次之，一般不需采取

9、風(fēng)險(xiǎn)處理措施，但需予以監(jiān)測(cè)。高度不期望此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)較大，必須采取風(fēng)險(xiǎn)處理措施降低風(fēng)險(xiǎn)并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，且滿足降低風(fēng)險(xiǎn)的成本不高于風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后的損失。極高不可接受此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)最大，必須高度重視并規(guī)避，否則要不惜代價(jià)將風(fēng)險(xiǎn)至少降低到不期望的程度。風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則XXX隧道洞內(nèi)初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表序號(hào)段落風(fēng)險(xiǎn)事件成因初始風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)后果等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)1D1HK2+100D1HK2+180塌方基巖為泥巖夾砂巖、頁(yè)巖和灰?guī)r，圍巖質(zhì)軟，節(jié)理發(fā)育32中度2D1HK2+180D1HK2+260塌方基巖為泥巖夾砂巖、頁(yè)巖和灰?guī)r，圍巖質(zhì)軟，節(jié)理發(fā)育32中度3D1HK2+260D1HK2+490塌方基巖為泥巖夾砂巖、石英砂巖，圍巖質(zhì)軟，節(jié)理發(fā)

10、育21低度4D1HK2+490D1HK2+500塌方、瓦斯基巖為泥巖夾砂巖、石英砂巖，圍巖質(zhì)軟，節(jié)理發(fā)育，地層含低瓦斯32中度5D1HK2+500D1HK2+540塌方、瓦斯基巖為砂巖、頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖及煤，圍巖質(zhì)軟，節(jié)理裂隙較發(fā)育。地層含低瓦斯32中度四、隧道高風(fēng)險(xiǎn)類(lèi)型以及處理原則、工程措施四大高風(fēng)險(xiǎn)：1.巖溶 2.斷層 3.瓦斯 4.圍巖破碎（四大難題：1.軟巖高地應(yīng)力，2.含水砂層，3.淺埋 4.高地溫，本次不包括）宜萬(wàn)馬鹿箐隧道“978溶腔”突水突泥 2006年1月21日凌晨6:00，馬鹿箐隧道出口平導(dǎo)反坡施工到PDK255+978里程，爆破后正準(zhǔn)備出碴時(shí)，掌子面突發(fā)涌水，峰值涌水量30

11、萬(wàn)方/小時(shí)。突水突泥約7小時(shí)后穩(wěn)定為300方/小時(shí)。突水突泥造成多名作業(yè)人員遇難，經(jīng)濟(jì)損失巨大。 1.巖溶(突水突泥突石） 經(jīng)統(tǒng)計(jì)，馬鹿箐隧道“978溶腔”共發(fā)生大規(guī)模突水突泥突石21次，突泥突石總量約25萬(wàn)方，突水峰值流量約30萬(wàn)方/小時(shí)。 宜萬(wàn)大支坪隧道“990溶腔”突水涌砂 2008年4月30日11:30，大支坪隧道DK132+913上半斷面開(kāi)挖時(shí)，專(zhuān)職安全員發(fā)現(xiàn)異常，立即下令撤人。隨后，發(fā)生大規(guī)模突水涌砂，涌砂量約4000方，涌砂長(zhǎng)度200m。由于措施得力，本次未造成人員傷亡。 4-30突水涌砂錄像龍廈鐵路象山隧道 2009年12月24日，象山隧道進(jìn)口開(kāi)挖到4468米，注漿完成后開(kāi)挖時(shí)

12、，初期支護(hù)開(kāi)裂、掉塊，發(fā)生坍塌約600立方，涌水量約200立方/小時(shí)。之后，突水持續(xù)變大，最大涌水量約7000立方/小時(shí)，隧道被淹。【該注漿段30米（設(shè)計(jì)開(kāi)挖25米），上中部已經(jīng)開(kāi)挖完成，下部開(kāi)挖22米（距預(yù)設(shè)計(jì)位置3米）】。突水后地表大面積沉降、坍陷，房屋開(kāi)裂、倒塌，搬遷800余人，經(jīng)濟(jì)損失較大。突水突泥點(diǎn)埋深150米。該災(zāi)害屬巖溶突水突泥災(zāi)害。前期突水突泥照片突水突泥后地表坍陷照片2.斷層（突水涌泥）（1）廈深鐵路梁山隧道 2009年3月14日，梁山隧道進(jìn)口開(kāi)挖到2505米，出碴時(shí)，發(fā)生小型突泥，突泥量約200立方。清淤時(shí)，突然發(fā)生大規(guī)模突水突泥，突泥量約8000立方。4月6日再次突泥，突

13、泥量約2萬(wàn)立方，淤積長(zhǎng)度230米。突泥后地表坍陷，陷坑面積50平方米，深20米。突泥點(diǎn)埋深270米。該災(zāi)害屬斷層突水突泥災(zāi)害。大規(guī)模突泥后照片突泥后地表坍陷照片（2）南廣鐵路白云隧道 2010年1月14日，白云隧道出口開(kāi)挖到696米，爆破后發(fā)生小型突水突泥，突泥量約200立方。清淤時(shí)，再次發(fā)生大規(guī)模突水突泥，突泥量約2000立方，突水量約300立方/小時(shí)，淤積長(zhǎng)度150米，造成多名作業(yè)人員遇難。突泥點(diǎn)對(duì)應(yīng)地表坍陷，陷坑面積300平方米，深20米。突泥點(diǎn)埋深80米。該災(zāi)害屬斷層突水突泥災(zāi)害。大規(guī)模突泥后照片突水突泥后地表坍陷照片突水突泥工程特征分析1）地質(zhì)特征 “高壓、富水、不良地質(zhì)”三者不利組

14、合是誘發(fā)突水突泥突石災(zāi)害的地質(zhì)條件。2）工序環(huán)節(jié) 災(zāi)害主要發(fā)生在開(kāi)挖或清淤兩個(gè)工序環(huán)節(jié)。 發(fā)生災(zāi)害的原因主要有以下三個(gè)方面： 未發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)源 發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)源，但技術(shù)方案不合理。 發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)源，但施工管理措施不到位。 在復(fù)雜地質(zhì)條件下，應(yīng)在超前預(yù)報(bào)、涌出物處理、注漿質(zhì)量和開(kāi)挖支護(hù)等方面予以加強(qiáng)。風(fēng)險(xiǎn)的控制與規(guī)避（1）超前預(yù)報(bào)探測(cè)到溶腔或斷層時(shí)，以及發(fā)生小型涌泥時(shí)，由建設(shè)單位組織研究確定重大技術(shù)方案。（2）對(duì)極其復(fù)雜的溶腔或斷層，應(yīng)進(jìn)行迂回繞避、增設(shè)泄水洞、釋能降壓和注漿加固等方案的預(yù)設(shè)計(jì)，進(jìn)行多方案比選 （3）高風(fēng)險(xiǎn)隧道必須建立進(jìn)洞條件、進(jìn)洞記錄、視頻監(jiān)控、聲光報(bào)警、應(yīng)急照明、安全逃生、洞內(nèi)抽排水等安全

15、保障措施3.瓦斯 瓦斯的定義：廣義-凡從圍巖或煤層滲入隧道的有害氣體，均稱為瓦斯。狹義-單指甲烷（CH4）。瓦斯隧道分為低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道三種低瓦斯工區(qū)和高瓦斯工區(qū)按絕對(duì)瓦斯涌出量進(jìn)行判定。當(dāng)瓦斯涌出量小于0.5m3/min時(shí)，為低瓦斯工區(qū)；大于或等于0.5m3/min時(shí)，為高瓦斯工區(qū)。瓦斯隧道只要有一處有突出危險(xiǎn)，該處所在的工區(qū)即為瓦斯突出工區(qū)。判定瓦斯突出必須同時(shí)滿足下列4個(gè)指標(biāo)：1.瓦斯壓力P0.74MPa; 2.瓦斯放散初速度P10; 3.煤的堅(jiān)固性系數(shù)f0.5; 4.煤的破壞類(lèi)型為類(lèi)及以上。瓦斯隧道幾種主要災(zāi)害煤與瓦斯突出在地應(yīng)力和瓦斯壓力的共同作用下，很短的時(shí)間中

16、破碎的煤、巖和瓦斯從洞壁突然拋出，伴有猛烈的聲響和巨大的動(dòng)能，同時(shí)釋放出大量的瓦斯。有時(shí)伴隨瓦斯爆炸，造成二次破壞?！巴怀觥笔鹿实膫龊蛽p失一般都是很慘重的。瓦斯爆炸達(dá)到爆炸濃度的瓦斯（一般在5%16%之間）與火源接觸（一般需要512以上），并且坑道內(nèi)有氧氣存在（含量12%以上），就會(huì)發(fā)生猛烈爆炸。煤塵爆炸當(dāng)煤質(zhì)中揮發(fā)物占總可燃物（固定炭加揮發(fā)物）10%以上，且形成的小顆粒煤塵懸浮在空氣中，當(dāng)空氣中煤塵含量較多（30g/m3以上），遇700以上的火源，即會(huì)發(fā)生煤塵爆炸。洞內(nèi)易引起瓦斯爆炸的危險(xiǎn)地點(diǎn)主要是：煤層附近的掌子面， 拱頂坍穴，拱頂以下3040 cm范圍，巷道轉(zhuǎn)角，避人洞、避車(chē)洞、橫通道

17、，停留的大型設(shè)備背風(fēng)處。案例1：達(dá)成鐵路炮臺(tái)山隧道全長(zhǎng)3 078 m，位于成都郊區(qū)的金堂縣境內(nèi)，鐵15局施工，全隧道不通過(guò)煤層，但隧道下方2 0003 000 m處有煤，瓦斯沿地層裂隙上升到地表淺層，形成儲(chǔ)氣構(gòu)造。1994年4月3日平導(dǎo)掘進(jìn)到距洞口808 m處，燈炮爆裂引發(fā)瓦斯燃燒，死1人，傷3人。次日，汽車(chē)進(jìn)洞運(yùn)風(fēng)管，由于汽車(chē)打火，又引起瓦斯爆炸，死12人。事故后實(shí)測(cè)，隧道瓦斯逸出強(qiáng)度為3.54 m3/h。案例2：都汶高速公路董家山隧道雙洞,長(zhǎng)4 111 m+4 081 m,中鐵一局施工進(jìn)口，中鐵二局施工出口。該隧道多次通過(guò)煤層，但煤層都很薄，瓦斯壓力0.1720.67 MPa,勘測(cè)資料認(rèn)定

18、為低瓦斯隧道，施工中又委托煤炭專(zhuān)業(yè)單位鑒定，仍定為低瓦斯隧道，因此施工中允許使用非防爆設(shè)備，采用汽車(chē)進(jìn)洞出碴、進(jìn)料。2005年12月上旬，隧道右洞進(jìn)口掌子面發(fā)生坍方。由于該處位于背斜核部、裂隙發(fā)育、裂隙中含有煤層瓦斯，坍方又促使瓦斯大量涌出。12月22日，襯砌臺(tái)車(chē)上的不防爆插座打火，引起瓦斯爆炸，當(dāng)場(chǎng)死44人，傷11人。爆炸氣流充滿1500巷道并沖出洞口，并將洞外幾十噸重臺(tái)車(chē)推動(dòng)幾十米。低瓦斯隧道災(zāi)害預(yù)防措施（一）瓦斯?jié)舛裙芾順?biāo)準(zhǔn)低瓦斯隧道中的瓦斯量雖然不多，通風(fēng)不良仍可引起爆炸。由于隧道采用非防爆施工機(jī)具，所以低瓦斯隧道對(duì)瓦斯?jié)舛鹊墓芾矸浅?yán)格：1工區(qū)內(nèi)任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻的瓦斯?jié)舛炔淮笥?.

19、3%；2任何地點(diǎn)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.4%時(shí)，應(yīng)即刻報(bào)警，找出原因，及時(shí)處理；3任何地點(diǎn)瓦斯?jié)舛瘸^(guò)0.5%，應(yīng)在前后20 m范圍內(nèi)立即停工，切斷電氣設(shè)備電源，查找原因并加強(qiáng)通風(fēng)，觀測(cè)濃度變化；4開(kāi)挖面瓦斯涌出，且濃度超過(guò)0.5%時(shí)，掌子面至二次模筑襯砌起點(diǎn)之間立即斷電、停工撤人，如加強(qiáng)通風(fēng)后濃度仍降不下來(lái)，則全工區(qū)停電撤人立即研究處理辦法。（二）隧道內(nèi)過(guò)煤層前的超前探測(cè)20 m范圍內(nèi)瓦斯涌出強(qiáng)度大于0.5 m3/min的地段為高瓦斯區(qū)。為防止隧道掘進(jìn)時(shí)誤穿高瓦斯區(qū)，在距煤層設(shè)計(jì)位置20 m（垂距）時(shí)，打超前鉆孔。（三）過(guò)煤層鉆爆作業(yè)1全工區(qū)采用煤礦許用炸藥；2全工區(qū)采用煤礦許用瞬發(fā)或毫秒電雷管；最后一段延時(shí)不大于130 ms。（四）燈具及電纜1靠近掌子面的未成洞地段，是洞內(nèi)瓦斯?jié)舛茸罡叨温?，?yīng)采用EXDI型礦用防爆照明燈，防止掌子面掘進(jìn)時(shí)突然涌出大量瓦斯，發(fā)生事故。2工地移動(dòng)照明，應(yīng)采用礦燈，或防爆應(yīng)急燈。（五）施工通風(fēng)低瓦斯工區(qū)可以用獨(dú)頭巷道風(fēng)管壓入式通風(fēng)，也可以用巷道式通風(fēng)。當(dāng)采用巷道式通風(fēng)時(shí)，開(kāi)挖面附近還應(yīng)布置局扇（壓入式）。（六）電源低瓦斯工區(qū)不