隧道安全諸問(wèn)題及其控制課件

何發(fā)亮教授級(jí)高級(jí)工程師享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專家2014.06隧道施工安全問(wèn)題及其控制1.隧道施工安全問(wèn)題2.隧道施工安全問(wèn)題產(chǎn)生原因3.隧道施工安全問(wèn)題控制目錄

1.隧道施工安全問(wèn)題

隧道施工掌子面后方圍巖失穩(wěn)塌方/突泥：隧道關(guān)門，威脅隧道洞內(nèi)施工人員人身安全隧道涌突水：淹沒(méi)隧道、洞內(nèi)施工機(jī)具、設(shè)備、材料，甚至沖毀洞口外工程、臨時(shí)建筑，威脅洞內(nèi)施工人員人身安全隧道涌突泥：掩埋已施工隧道、洞內(nèi)施工機(jī)具設(shè)備甚至洞內(nèi)施工人員隧道洞內(nèi)泥石流：掩埋已施工隧道、洞內(nèi)施工機(jī)具設(shè)備，威脅洞內(nèi)施工人員人身安全隧道施工掌子面圍巖失穩(wěn)坍塌：威脅隧道施工掌子面施工機(jī)具設(shè)備及施工人員人身安全1.1隧道施工掌子面后方圍巖失穩(wěn)塌方/突泥：隧道關(guān)門近年來(lái)屢次發(fā)生的因隧道施工開(kāi)挖工作面后方圍巖坍塌/突泥帶來(lái)的隧道關(guān)門事故，對(duì)隧道洞內(nèi)施工人員生命安全造成了極大的威脅，在社會(huì)上造成了極為不好的影響集包線新旗下?tīng)I(yíng)鐵路隧道塌方，2010年3月，致使10人左右被困；貴昆鐵路六沾復(fù)線六盤水隧道巖溶充填黏土突破由初期支護(hù)構(gòu)成的巖土盤突泥，2010年2月5日凌晨，致使8名施工人員被困海南三亞繞城高速公路迎賓隧道塌方，2009年，致使8名施工人員被困西攀高速公路酸水隧道坍塌，2005年7月28日，造成6名施工人員被困1.1隧道施工掌子面后方圍巖失穩(wěn)塌方/突泥：隧道關(guān)門為此，交通運(yùn)輸部于2011年4月27日以交質(zhì)監(jiān)發(fā)（2011）199號(hào)“關(guān)于印發(fā)高速公路橋梁和隧道工程預(yù)防坍塌事故專項(xiàng)整治工作方案的通知”頒布“高速公路橋梁和隧道工程預(yù)防坍塌事故專項(xiàng)整治工作方案”盡管如此，仍發(fā)生了大連勝利路附近正在施工一條隧道坍塌造成12名施工人員被困事故貴昆鐵路六沾復(fù)線六盤水隧道巖溶充填黏土突破由初期支護(hù)構(gòu)成的巖土盤突泥隧道關(guān)門事故1.2隧道涌突水渝懷鐵路圓梁山隧道出口DK361+764巖溶涌水高峰持續(xù)時(shí)間28分鐘，高峰流量23×104m3洞內(nèi)及洞口材料被沖走洞口外炭廠1號(hào)大橋設(shè)備料具被沖走炭廠1號(hào)大橋已開(kāi)挖基坑被淹沒(méi)隧道洞內(nèi)被涌水?dāng)y帶物淤埋，深度1.2～4.5m，15000m3貴廣客專三都隧道涌水鉆孔涌水鉆孔涌水圓梁山隧道進(jìn)口正洞下導(dǎo)DK354+979突泥

初始突泥突泥后1.4隧道洞內(nèi)泥石流遂渝鐵路荊竹嶺隧道洞內(nèi)泥石流施工揭穿壓性斷層上盤強(qiáng)烈破碎帶，飽水或過(guò)飽水黏土夾塊石坍塌后向隧道或?qū)Э娱_(kāi)挖工作面后方的涌流形成的洞內(nèi)泥石流（1）淤塞隧道、導(dǎo)坑；（2）掩埋隧道洞內(nèi)施工機(jī)具、設(shè)備、設(shè)施和施工人員；（3）間接導(dǎo)致隧道上方地面塌陷。遂渝鐵路荊竹嶺隧道洞內(nèi)泥石流

1.5隧道施工掌子面圍巖失穩(wěn)坍塌威脅隧道施工掌子面施工機(jī)具設(shè)備及施工人員人身安全2003年，中鐵西南科學(xué)研究院在重慶樞紐改造工程龍鳳隧道掌子面實(shí)施地質(zhì)預(yù)報(bào)探測(cè)，拱部圍巖失穩(wěn)坍塌致使測(cè)試儀器及測(cè)試筆記本電腦被砸壞，所幸測(cè)試人員無(wú)礙1.6瓦斯燃燒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家山右線隧道發(fā)生特別重大瓦斯爆炸事故，造成包括洞內(nèi)外44人死亡，11人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失2035萬(wàn)元。事故的主要原因是瓦斯在隧道拱頂坍腔內(nèi)的聚集、濃度超限、瓦斯檢測(cè)不規(guī)范、坍腔處理過(guò)程中模板臺(tái)車配電箱附近懸掛的三芯插頭短路產(chǎn)生火花。

1.7隧道底空/充填含水黏土巖溶渝懷鐵路干溪溝隧道底空/充填含水黏土巖溶DK278+628隧道底右側(cè)溶洞，至+638發(fā)育成一大型全充填溶洞，軟塑狀~硬塑狀黏土夾碎石，松散~中密塊石土?；壮休d力不足，容易造成陷車。渝懷鐵路干溪溝DK280+300~+420隧道底空溶洞溶洞長(zhǎng)約300m，影響線路長(zhǎng)約100m，沿隧道長(zhǎng)度86m，其底部為地下暗河。容易造成墜車和墜人事故。威脅隧道施工施工機(jī)具設(shè)備及施工人員人身安全

2.隧道施工安全問(wèn)題產(chǎn)生原因

2.1隧道施工掌子面后方圍巖失穩(wěn)塌方/突泥：隧道關(guān)門（1）坍塌/突泥段圍巖級(jí)別未根據(jù)揭露的實(shí)際情況進(jìn)行修正，致使過(guò)弱的初期支護(hù)未能按實(shí)際圍巖級(jí)別調(diào)整；（2）初期支護(hù)參數(shù)強(qiáng)度不夠，圍巖及初期支護(hù)變形過(guò)大導(dǎo)致坍塌,巖溶充填黏土含水率增大突泥；（3）未按設(shè)計(jì)施工初期支護(hù)，圍巖變形失穩(wěn)坍塌、巖溶充填黏土含水率增大突泥；（4）二次襯砌未及時(shí)施工，圍巖及初期支護(hù)變形過(guò)大導(dǎo)致坍塌、巖溶充填黏土含水率增大突泥；（5）初期支護(hù)背后存在的空洞上方巖體坍塌導(dǎo)致大規(guī)模塌方。2.2隧道涌突水隧道施工揭穿水體或含水體-涌突水構(gòu)造致災(zāi)構(gòu)造（未膠結(jié)富水壓性斷層強(qiáng)烈破碎帶、未膠結(jié)的富水張性斷層帶、未膠結(jié)富水順層錯(cuò)動(dòng)（節(jié)理密集發(fā)育巖體）破碎帶、充水巖溶、地下向斜儲(chǔ)水構(gòu)造），水體或含水體水向隧道的渲泄-涌水。未膠結(jié)富水壓性斷層強(qiáng)烈破碎帶、未膠結(jié)的富水張性斷層帶、未膠結(jié)富水順層錯(cuò)動(dòng)（節(jié)理密集發(fā)育巖體）破碎帶：由破碎巖石塊體、或夾黏土及細(xì)小巖石顆粒破碎巖石塊體構(gòu)成，空隙率大，為地下水良好的儲(chǔ)存、運(yùn)移通道。地下向斜儲(chǔ)水構(gòu)造中相對(duì)含水層具有承壓性，向斜核部縱張節(jié)理、斷層將原本獨(dú)力的含水層連通為一體化含水體。2.3隧道涌突泥隧道施工揭穿涌突泥構(gòu)造致災(zāi)構(gòu)造（泥水混合充填巖溶、與地表相通的黏土充填巖溶、壓性斷層主干斷層帶糜棱巖或斷層泥、黏土充填深大巖溶溝槽、底部破碎巖塊間夾黏土充填巖溶）涌泥。泥水混合充填巖溶中的飽水或過(guò)飽水黏土、與地表相通的黏土充填巖溶中的充填黏土、壓性斷層主干斷層帶糜棱巖或斷層泥、黏土充填深大巖溶溝槽中的充填黏土、底部破碎巖塊間夾黏土充填巖溶底部破碎巖塊間夾的黏土，為隧道涌突泥提供了物質(zhì)來(lái)源。2.3隧道涌突泥隧道施工接近或在涌突泥構(gòu)造致災(zāi)構(gòu)造一側(cè)通過(guò)，開(kāi)挖工作面（掌子面、輪廓面）與涌突泥致災(zāi)構(gòu)造間隔泥巖（土）盤厚度小于最小安全厚度，即時(shí)突泥。隧道施工接近或在涌突泥構(gòu)造致災(zāi)構(gòu)造一側(cè)通過(guò)，開(kāi)挖工作面（掌子面、輪廓面）與涌突泥致災(zāi)構(gòu)造間隔泥巖土盤厚度等于最小安全厚度，施工爆破震動(dòng)導(dǎo)致隔（泥）巖土盤被突破，滯后突泥。隧道施工接近或在涌突泥構(gòu)造致災(zāi)構(gòu)造一側(cè)通過(guò)，開(kāi)挖工作面（掌子面、輪廓面）與涌突泥致災(zāi)構(gòu)造間隔水巖（土）盤厚度大于最小安全厚度，大氣降雨致涌突泥致災(zāi)構(gòu)造黏土含水率上升，既有隔泥巖（土）盤厚度小于新的黏土含水率狀態(tài)下的最小安全厚度，滯后突泥。瓦斯來(lái)源：煤層瓦斯，還原環(huán)境條件下炭質(zhì)泥巖、炭質(zhì)頁(yè)巖中產(chǎn)生的瓦斯；

非產(chǎn)瓦斯地層巖體中發(fā)育分布的節(jié)理、裂隙為瓦斯的運(yùn)移提供通道，隧道拱部塌方形成的坍腔、隧道施工通風(fēng)死角和回風(fēng)死角為瓦斯的聚集提供空間，隧道洞內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)、用電設(shè)備短路、電焊產(chǎn)生的火狐是積聚瓦斯燃燒爆炸的誘因。2.7隧道底空/充填含水黏土巖溶隧道底空巖溶揭開(kāi)后未發(fā)現(xiàn)；隧道底空巖溶揭開(kāi)后未及時(shí)處理（回填、封閉）；隧道底充填黏土未處理（換填、加固）。2.8涌砂隧道施工揭穿底部充填富水粉細(xì)砂或粉細(xì)砂和水混合充填巖溶；超前鉆孔或加深炮孔造成巖溶底部充填富水粉細(xì)砂震動(dòng)液化。3.隧道施工安全問(wèn)題控制

3.1隧道施工掌子面后方圍巖失穩(wěn)塌方/突泥：隧道關(guān)門隧道施工開(kāi)挖通過(guò)后，及時(shí)進(jìn)行圍巖級(jí)別確定，根據(jù)實(shí)際圍巖級(jí)別調(diào)整初期支護(hù)參數(shù)；及時(shí)施工初支，二襯，加強(qiáng)初支變形監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)初支變形監(jiān)測(cè)結(jié)果和有關(guān)規(guī)定及時(shí)施工二襯；開(kāi)展隧道初期支護(hù)、二次襯砌質(zhì)量檢測(cè)，對(duì)質(zhì)量不滿足要求者進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；對(duì)初期支護(hù)、二次襯砌背后空洞進(jìn)行回填加固。3.2隧道涌突水準(zhǔn)確探測(cè)預(yù)報(bào)突水致災(zāi)構(gòu)造位置；堵水（未膠結(jié)富水壓性斷層強(qiáng)烈破碎帶、未膠結(jié)的富水張性斷層帶、未膠結(jié)富水順層錯(cuò)動(dòng)（節(jié)理密集發(fā)育巖體）破碎帶、地下向斜儲(chǔ)水構(gòu)造注漿堵水）；273.2隧道涌突水

截、引排（采用截水墻、洞對(duì)充水巖溶管道水、溶洞水、巖溶地下暗河水進(jìn)行截、引排）；對(duì)未膠結(jié)富水壓性斷層強(qiáng)烈破碎帶、未膠結(jié)的富水張性斷層帶、未膠結(jié)富水順層錯(cuò)動(dòng)（節(jié)理密集發(fā)育巖體）破碎帶進(jìn)行注漿固結(jié)、超前支護(hù)，提高其自穩(wěn)能力；做好隧道洞內(nèi)排水準(zhǔn)備（排水溝、排水機(jī)具設(shè)備）3.3隧道涌突泥準(zhǔn)確探測(cè)預(yù)報(bào)突泥致災(zāi)構(gòu)造位置；改良突泥致災(zāi)構(gòu)造（注漿固結(jié)、冷凍固結(jié)）提高突泥致災(zāi)構(gòu)造自穩(wěn)能力（固結(jié)、超前支護(hù)）3.6瓦斯燃燒爆炸

預(yù)報(bào)、探測(cè)確定煤層位置；嚴(yán)格執(zhí)行瓦斯隧道施工有關(guān)規(guī)定（通風(fēng)、瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)、火種管理、施工機(jī)具設(shè)備配套等）。3.7隧道底空/充填含水黏土巖溶準(zhǔn)確探測(cè)預(yù)報(bào)隧道施工掌子面前方巖溶位置，探測(cè)確定隧道底巖溶分布及隧底與其下空/充填含水黏土巖溶間巖盤厚度；及時(shí)發(fā)現(xiàn)揭露的隧底巖溶；及時(shí)處理揭露的隧道底空巖溶（回填、封閉）；及時(shí)處理隧道底充填黏土巖溶（換填、加固）；及時(shí)對(duì)隧底與其下空/充填含水黏土巖溶間巖盤厚度小于等于最小安全厚度者進(jìn)行處理（加固、置換）。

3.8涌砂準(zhǔn)確探測(cè)預(yù)報(bào)隧道施工掌子面前方巖溶位置巖溶底部粉細(xì)砂、黏土質(zhì)粉細(xì)砂超前預(yù)固結(jié)結(jié)束語(yǔ)

隧道施工安全問(wèn)題關(guān)系隧道洞內(nèi)施工人員人身安全、施工機(jī)具設(shè)備安全、工程建設(shè)工期等重大問(wèn)題，必須予以充分重視。不同的隧道施工安全問(wèn)題的產(chǎn)生，有其各自原因。隧道施工安全問(wèn)題的控制，必須針對(duì)其產(chǎn)生原因進(jìn)行。重視并針對(duì)隧道施工安全問(wèn)題產(chǎn)生原因采取措施，是可以達(dá)到隧道施工安全問(wèn)題控制、確保隧