鐵路高風險隧道處理原則及施工技術

鐵道部工程管理中心ENGINEERINGMANAGEMENTCENTER鐵路高風險隧道處理原則及施工技術2013.6肖廣智

目錄一、前言二、鐵路隧道工程技術進步三、鐵路隧道風險管理規(guī)定與要求四、高風險類型以及處理原則、工程措施一、前言全國運營線路、隧道統(tǒng)計截至2010年年底，全國鐵路運營長度85096.2km。全路共有隧道9224座，約6550km。全長3000m以上的隧道共有400座，約2181.2km；全長500～3000米的中隧道3765座，3862.9km；全長500米以下的短隧道6139座，1267.3km。最長隧道是石太客專太行山隧道，全長27848米。全路在建和規(guī)劃隧道統(tǒng)計統(tǒng)計至2011年底，在建鐵路隧道3900座，長度7400公里，其中長度3~10公里的隧道554座，2998公里，長度大于10公里的隧道114座，1632公里；規(guī)劃隧道4700座，總長9500公里，其中長度3~10公里的隧道864座，4577公里，長度大于10公里的隧道135座，1972公里。全路在建隧道特點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54%，成蘭鐵路隧線比高達70%；二是長大隧道多，長度超過10公里的特長隧道有114座，1632公里，占全路在建隧道總長的21.3%。如關角隧道長32.645公里，高黎貢山隧道長34公里；三是隧道地質(zhì)復雜，高風險隧道多，在建隧道廣泛分布在全國各地，包括了穿越巖溶、斷層、瓦斯、高地應力、軟弱圍巖等不良地質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計高風險隧道89座、總長565公里，占全路在建隧道總長的8%；極高風險隧道69座，總長709公里，占全路在建隧道總長的10%。二、鐵路隧道工程的技術進步

近年來，隨著鐵路建設的快速發(fā)展，鐵路隧道修建技術有了長足的進步，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。1．高速鐵路隧道關鍵技術已經(jīng)形成研究解決了列車在隧道內(nèi)高速運行產(chǎn)生的空氣動力學問題，確定了不同運行速度目標值隧道凈空斷面、支護襯砌參數(shù)及施工方法，制定了各項技術標準，確定了洞口結構型式。

2．艱險山區(qū)復雜地質(zhì)條件長大隧道修建技術不斷取得進步

石太客專太行山隧道（27公里長）、宜萬鐵路隧道（巖溶高風險）的通車運營，云南大麗、玉蒙、大瑞鐵路（圍巖破碎、復雜、多變）的建設，以及西格二線關角隧道（32公里，目前全國最長）、蘭渝鐵路西秦嶺隧道（29公里，兩臺TBM結合礦山法施工）、木寨嶺隧道（19公里長、軟巖高地應力）的建設，標志著我國在長大隧道防災救援、高壓富水巖溶、斷層突水突泥、高地應力、地質(zhì)復雜多變等方面取得了很大的技術進步。即將開工建設的大瑞鐵路高黎貢山隧道長34公里，深埋、高地應力、高壓富水、斷層發(fā)育、高地溫，工程艱巨。

已經(jīng)開工的成蘭鐵路隧道占70%，“四極三高”宜萬鐵路

宜萬鐵路全長378km，隧道161座，其長度占全線總長的60%。其中巖溶隧道92座，長247km，占隧道總長的74%。全線巖溶極其發(fā)育，有齊岳山等8座隧道為一級風險隧道，多次發(fā)生突水、突泥災害，采用綜合地質(zhì)預報手段及時探明前方巖溶發(fā)育情況，采取注漿堵水、限量排放和“釋能降壓”以及防災報警等綜合技術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

鄭西客運專線正線全長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計施工綜合配套技術，已完成鐵路黃土隧道技術規(guī)范初稿。4．城市鐵路大跨淺埋隧道的修建技術取得進展北京地下鐵路直徑線采用單洞雙線結構型式，采用盾構法和淺埋暗挖法施工；天津地下直徑線采用盾構法施工；廣深港二期福田車站及兩端區(qū)間，車站采用超深大基坑明挖、局部下穿地鐵車站冷凍暗挖施工、區(qū)間采用盾構法施工。5．水下隧道修建技術取得突破廣深港客運專線獅子洋隧道，穿越珠江口獅子洋河段，是國內(nèi)第一條水下鐵路隧道。隧道工程范圍全長10800m，采用四臺泥水平衡式盾構施工，在江中對接。武廣客運專線瀏陽河隧道，全長10100m，設三座豎井、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（下穿瀏陽河段）施工。三、鐵路隧道安全施工及風險管理文件（一）鐵路隧道風險評估與管理暫行規(guī)定（鐵建設[2007]200號)（二）關于加強鐵路隧道工程安全工作的若干意見（鐵建設[2007]102號）（三）關于進一步加強鐵路隧道安全工作的通知（鐵建設函〔2007〕1007號）（四）“關于進一步明確軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設計施工有關技術規(guī)定的通知”（鐵建設[2010]120號)（五）關于印發(fā)《鐵路建設工程安全風險管理暫行辦法》的通知（鐵建設[2010]162號文)（六）關于進一步加強鐵路建設安全生產(chǎn)工作的通知（鐵建設〔2010〕171號

）（七）關于進一步加強鐵路隧道設計施工安全管理工作的通知（建技[2010]352號文)

（一）鐵路隧道風險評估與管理暫行規(guī)定

隧道風險評估工作分階段進行，可研階段的風險評估側重于控制工期、投資、環(huán)境的重大工程；初步設計階段側重于重大工程以及采用新的建造技術、地質(zhì)條件特殊復雜、對環(huán)境有重大影響的工程；施工階段側重于重大風險源評估及控制。運營期間隧道風險評估則納入養(yǎng)護維修。后果等級概率等級輕微的較大的嚴重的很嚴重的災難性的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險等級標準風險等級接受準則處理措施低度可忽略此類風險較小，不需采取風險處理措施和監(jiān)測。中度可接受此類風險次之，一般不需采取風險處理措施，但需予以監(jiān)測。高度不期望此類風險較大，必須采取風險處理措施降低風險并加強監(jiān)測，且滿足降低風險的成本不高于風險發(fā)生后的損失。極高不可接受此類風險最大，必須高度重視并規(guī)避，否則要不惜代價將風險至少降低到不期望的程度。風險接受準則XXX隧道洞內(nèi)初始風險等級表序號段落風險事件成因初始風險概率等級后果等級風險等級1D1HK2+100～D1HK2+180塌方基巖為泥巖夾砂巖、頁巖和灰?guī)r，圍巖質(zhì)軟，節(jié)理發(fā)育32中度2D1HK2+180～D1HK2+260塌方基巖為泥巖夾砂巖、頁巖和灰?guī)r，圍巖質(zhì)軟，節(jié)理發(fā)育32中度3D1HK2+260～D1HK2+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)育21低度4D1HK2+490～D1HK2+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+500～D1HK2+540塌方、瓦斯基巖為砂巖、頁巖、炭質(zhì)頁巖及煤，圍巖質(zhì)軟，節(jié)理裂隙較發(fā)育。地層含低瓦斯32中度四、隧道高風險類型以及處理原則、工程措施四大高風險：1.巖溶2.斷層3.瓦斯

4.圍巖破碎（四大難題：1.軟巖高地應力，2.含水砂層，3.淺埋4.高地溫，本次不包括）宜萬馬鹿箐隧道“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反坡施工到PDK255+978里程，爆破后正準備出碴時，掌子面突發(fā)涌水，峰值涌水量30萬方/小時。突水突泥約7小時后穩(wěn)定為300方/小時。突水突泥造成多名作業(yè)人員遇難，經(jīng)濟損失巨大。1.巖溶(突水突泥突石）

經(jīng)統(tǒng)計，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25萬方，突水峰值流量約30萬方/小時。宜萬大柄支坪隧犬道“990溶腔”突水照涌砂20易08年4月30日11:罵30，大探支坪練隧道ⅡDK沃132搶+91震3上半斷筆面開挖叫時，專毫職安全魯員發(fā)現(xiàn)中異常，害立即下戲令撤人件。隨后頭，發(fā)生炊大規(guī)模駁突水涌什砂，涌影砂量約40躺00方，涌叮砂長度200亦m。由于標措施得遭力，本嬸次未造貌成人員她傷亡。龍廈日鐵路蚊象山索隧道200停9年12月24日，象乒山隧道身進口開堪挖到44毛68米，注丈漿完成節(jié)后開挖盼時，初吼期支護哲開裂、糾掉塊，桿發(fā)生坍影塌約600立方，織涌水量奪約200立方/小時。遼之后，苦突水持名續(xù)變大罩，最大天涌水量分約70填00立方/小時，器隧道被創(chuàng)淹?！驹撟⒈姖{段30米（設才計開挖25米）蹲，上愧中部愛已經(jīng)異開挖遲完成冤，下運部開萍挖22米（饒距預饅設計鎮(zhèn)位置3米）】。突霜水后亮地表診大面葛積沉橫降、雹坍陷蒜，房寒屋開傳裂、畝倒塌毫，搬席遷80哀0余人社，經(jīng)魔濟損但失較代大。輪突水適突泥守點埋彎深15添0米。該攪災害屬頃巖溶突拋水突泥博災害。前期胃突水書突泥肉照片2.斷層（偵突水涌率泥）（1）廈深刻鐵路梁夸山隧道200溉9年3月14日，豬梁山啞隧道趁進口布開挖鋼到250綿5米，出沈碴時，骨發(fā)生小糟型突泥眼，突泥邀量約200立方。舅清淤時頌，突然掘發(fā)生大氣規(guī)模突壇水突泥懇，突泥燦量約800帽0立方。4月6日再觀次突傭泥，寬突泥核量約2萬立糖方，追淤積認長度230米。瘦突泥排后地絕表坍駁陷，以陷坑簽面積50平方米栽，深20米。軌突泥從點埋俘深27鞠0米。哈該災星害屬歷斷層突水勞突泥災害恢。突泥酒后地趟表坍鄭陷照臭片（2）南童廣鐵違路白便云隧描道20殘10年1月14日，白薦云隧道塑出口開牧挖到696米，爆挨破后發(fā)悔生小型拳突水突扒泥，突斧泥量約200立方請。清煙淤時御，再籠次發(fā)漫生大特規(guī)模轟突水票突泥材，突船泥量延約200床0立方，較突水量管約300立方/小時，個淤積長們度150米，須造成石多名卵作業(yè)窄人員妨遇難鹿。突并泥點浙對應惕地表御坍陷濃，陷躲坑面披積30基0平方米軌，深20米。突她泥點埋散深80米。套該災疏害屬軋斷層蔽突水減突泥愁災害河。突水農(nóng)突泥慎后地掛表坍礙陷照米片突水綿突泥桌工程剖特征翠分析1）地質(zhì)啞特征現(xiàn)“高段壓、富書水、不糾良地質(zhì)胳”三者膛不利組汽合是誘米發(fā)突水計突泥突怖石災害喝的地質(zhì)掘條件。2）工舞序環(huán)予節(jié)恒災害元主要迅發(fā)生勻在開茫挖或族清淤茅兩個勻工序愛環(huán)節(jié)懼。發(fā)生蠶災害谷的原麻因主徒要有槽以下例三個騎方面斧：坐①未煤發(fā)現(xiàn)桌風險紹源夢②晌發(fā)現(xiàn)學風險練源，赴但技穿術方襪案不索合理嶺。戴③糞發(fā)現(xiàn)飾風險盡源，圓但施遼工管恰理措被施不僻到位絞。對在銜復雜裳地質(zhì)任條件搭下，冠應在襯超前繁預報催、涌崖出物輝處理揪、注耐漿質(zhì)雙量和臘開挖封支護倍等方外面予潔以加歐強。風險的古控制與夕規(guī)避（1）超私前預追報探紙測到鞭溶腔秒或斷君層時支，以嶺及發(fā)報生小馳型涌扶泥時住，由論建設魄單位面組織塘研究眼確定泉重大惠技術綱方案革。（2）對極挖其復雜叛的溶腔蜓或斷層執(zhí)，應進桐行迂回終繞避、膀增設泄亞水洞、逼釋能降盲壓和注蔽漿加固寶等方案卷的預設獎計，進堵行多方糟案比選（3）高風茄險隧道落必須建示立進洞湖條件、現(xiàn)進洞記辨錄、視勸頻監(jiān)控歷、聲光摔報警、澆應急照融明、安此全逃生慢、洞內(nèi)豪抽排水避等安全墓保障措尤施3.瓦斯瓦斯的丘定義：廣義-凡從揀圍巖典或煤驚層滲萌入隧宅道的賭有害根氣體吳，均朱稱為陵瓦斯創(chuàng)。狹忽義-單指愧甲烷庫（CH4）。瓦斯龍隧道澆分為勵低瓦柏斯隧既道、匠高瓦當斯隧漏道及刃瓦斯兄突出賴隧道便三種低瓦斯敬工區(qū)和馬高瓦斯討工區(qū)按窄絕對瓦吵斯涌出讀量進行調(diào)判定。刺當瓦斯牧涌出量摸小于0.5吐m3/m熔in時，居為低賠瓦斯欺工區(qū)怎；大妙于或就等于0.萍5m3/mi研n時，物為高鉆瓦斯剝工區(qū)襖。瓦斯隧應道只要寶有一處蔬有突出籌危險，低該處所佩在的工迷區(qū)即為目瓦斯突出出工區(qū)濕。判定痛瓦斯突左出必須鋒同時滿丙足下列4個指讓標：1.瓦斯壓族力P≥0.7閑4MP胸a;脖2.瓦斯捆放散薄初速砍度△P≥10刺;昌3單.煤的堅窯固性系司數(shù)f≤0.累5;壘4.煤的破斯壞類型丘為Ⅲ類及以漢上。瓦斯舟爆炸——達到肌爆炸救濃度針的瓦陡斯（慕一般蘆在5%~鍛16%之間注）與屋火源縱接觸線（一徒般需約要512℃以上知），垃并且員坑道擱內(nèi)有志氧氣僑存在惡（含尖量12朋%以上院），答就會們發(fā)生希猛烈吃爆炸巨。煤塵爆奧炸——當煤休質(zhì)中配揮發(fā)費物占就總可橡燃物虜（固太定炭張加揮挎發(fā)物承）10申%以上，混且形成喘的小顆民粒煤塵甜懸浮在射空氣中歡，當空條氣中煤記塵含量蘿較多（30g明/m3以上）丟，遇70谷0℃以上的你火源，極即會發(fā)爸生煤塵茫爆炸。洞內(nèi)簽易引西起瓦輕斯爆蘆炸的棍危險唐地點壯主要效是：煤層糕附近泳的掌巡壽子面早，濤拱頂刊坍穴鎮(zhèn)，拱郊頂以帖下30徐~4汽0陸cm范圍賭，巷材道轉(zhuǎn)懂角，貸避人展洞、蒼避車碌洞、鄙橫通彼道，丙停留學的大獅型設孩備背道風處幻玉。案例1：達天成鐵必路炮偽臺山疼隧道全長30虎78遠m，位桌于成駝都郊偷區(qū)的廚金堂品縣境佳內(nèi)，批鐵15局施菠工，逮全隧題道不板通過賀煤層額，但侵隧道尚下方2咽00娛0~霜3吊00偽0顧m處有桑煤，哀瓦斯枝沿地嫂層裂糞隙上刑升到便地表盡淺層認，形災成儲剃氣構絕造。199口4年4月3日平導貞掘進到攔距洞口80寨8毯m處，燈螞炮爆裂還引發(fā)瓦汽斯燃燒平，死1人，傷3人。次轟日，汽摩車進洞賢運風管戒，由于攏汽車打糾火，又摩引起瓦巷斯爆炸魔，死12人。事嶄故后實克測，隧錘道瓦斯不逸出強引度為3.銜54服m3/h。案例2：都汶關高速公恩路董家寺山隧道雙洞,長41脅11墳m+4網(wǎng)08窗1m歉,中鐵就一局瞇施工藥進口私，中務鐵二張局施脅工出庸口。念該隧萬道多耳次通穴過煤勢層，蘆但煤播層都成很薄艇，瓦鵝斯壓啦力0.滋17稀2~假0.社67嗓M癢Pa孕,勘測緩資料博認定悉為低康瓦斯椒隧道凍，施徐工中鳥又委脫托煤爪炭專午業(yè)單胸位鑒碌定，廁仍定股為低趙瓦斯墨隧道呢，因教此施壞工中掃允許喜使用惱非防昌爆設姐備，夕采用場汽車膀進洞弦出碴彩、進圓料。20閘05年12月上旬寸，隧道悲右洞進扭口掌子賴面發(fā)生書坍方。姨由于該搭處位于剪背斜核超部、裂后隙發(fā)育碗、裂隙絡中含有稻煤層瓦貧斯，坍烈方又促勝使瓦斯振大量涌仆出。12月22日，襯炒砌臺車標上的不街防爆插尖座打火鵲，引起斤瓦斯爆慨炸，當嬌場死44人，銳傷11人。診爆炸蓮氣流淡充滿150搏0巷道峽并沖傘出洞惜口，向并將更洞外慈幾十礙噸重究臺車直推動撫幾十免米。低瓦斯族隧道災鄭害預防餐措施（一）住瓦斯?jié)馄裙芾韨驑藴实屯咄咚顾砼驳乐袔玫耐呙沽繙y雖然嶼不多貓，通參風不掏良仍允可引沙起爆非炸。哄由于界隧道滑采用杏非防犯爆施引工機門具，晉所以稈低瓦損斯隧閣道對妹瓦斯丹濃度奮的管頁理非穿常嚴傘格：1．工丑區(qū)內(nèi)樂任何丹地點濕、任魔何時位刻的眾瓦斯候濃度刷不大奔于0.郊3%；2．任嘴何地辱點瓦位斯?jié)庳敹冗_讓到0.4歲%時，應邪即刻報露警，找采出原因您，及時粗處理；3．任何賠地點瓦蒜斯?jié)舛染顺^0.位5%，應戲在前黎后20之m范圍暮內(nèi)立錘即停叮工，瘡切斷場電氣薄設備膊電源復，查飾找原偉因并掙加強竿通風撇，觀來測濃嘩度變繳化；4．開腿挖面痛瓦斯測涌出戴，且鄭濃度躁超過0.5炎%時，掌乳子面至屠二次模核筑襯砌和起點之輩間立即松斷電、堡停工撤浸人，如挨加強通茂風后濃始度仍降亦不下來密，則全潤工區(qū)停哥電撤人扮立即研使究處理消辦法。（二）廈隧道內(nèi)像過煤層如前的超筋前探測20哲m范圍內(nèi)熊瓦斯涌鑄出強度霸大于0.促5引m3挨/m昂in的地陣段為殃高瓦巴斯區(qū)薄。為弓防止申隧道嘗掘進剝時誤交穿高蟲瓦斯齡區(qū)，遭在距稿煤層渠設計曬位置20料m（垂距拐）時，摧打超前懸鉆孔。（三拒）過謀煤層能鉆爆緞作業(yè)1．全董工區(qū)份采用抱煤礦鋸許用記炸藥畏；2．全瞇工區(qū)貞采用癥煤礦六許用智瞬發(fā)輛或毫林秒電可雷管鏡；最將后一迷段延適時不塞大于130忍ms。（四）會燈具及鉆電纜1．靠坑近掌碑子面以的未捕成洞更地段亮，是屠洞內(nèi)裙瓦斯樹濃度遣最高帝段落機，應秘采用EX刊DI型礦用側防爆照護明燈，釀防止掌嘴子面掘求進時突逢然涌出暖大量瓦縫斯，發(fā)叮生事故績。2．工計地移饞動照叔明，詢應采彼用礦嘩燈，換或防禽爆應查急燈奸。（五警）施間工通察風低瓦罷斯工赴區(qū)可陶以用晌獨頭臟巷道感風管豎壓入污式通嚷風，民也可賀以用往巷道伙式通畏風。斯當采詠用巷喬道式任通風濁時，砌開挖慕面附促近還逐應布喬置局腹扇（肅壓入刺式）耳。（六）鏈電源低瓦斯姥工區(qū)不泄要求設攔置兩套柳互為獨沖立的供法電系統(tǒng)注，但主收通風機賽應有二勁路電源腸，直接寬由變電獻所饋出偽并來自果不同變猾壓器，衛(wèi)當一路撿停電時漠，另一產(chǎn)路在15辛min內(nèi)接形通供隆電。（七糧）支艇護施否工噴砼飾厚度接不小蠟于15醬c泛m。當洞柿壁噴砼隨不能有駝效減小雞瓦斯溢怠出時，烤可采用體：1．對杯洞壁哲徑向冒注漿妥，封街堵瓦疏斯?jié)B窯漏通餓道（我用C-