隧道风险评估
天池坪隧道施工阶段风险评估
一、编制依据
1.1《关于印发加强隧道工程安全工作的若干意见的通知》(铁建设
【2007】102号);
1.2 《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》(铁建设【2007】200号文); 1.3 基础资料:
1.3.1 兰渝铁路LYS-4标施工合同文件; 1.3.2 实施性施工组织设计; 1.3.3 设计院关于隧道地勘报告资料; 1.4 设计院提供的设计图纸; 1.5 相关国家和行业标准、规定
1.5.1 《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005,以下简称“隧规”) 1.5.2 《铁路隧道防排水技术规范》(TB10119-2000) 1.5.3 《铁路瓦斯隧道技术规范》(TB10120-2002) 1.5.4 《铁路工程抗震设计规范》(GB50111-2006) 1.5.5 《铁路隧道辅助导坑技术规范》(TBJ10109-95)
1.5.6《铁路工程施工安全技术规程》(TB103012009~TB10306-2005) 1.5.7《铁路工程建设项目水土保持方案技术标准》(TB10503-2005) 1.5.8 《客运专线铁路隧道施工技术指南》(TZ214-2005) 二、隧道设计概况 2.1 工程概况
天池坪隧道位于甘肃省宕昌县境内,该项隧道在大的地貌单元属于西
秦岭高中山区,沿线山高沟深,岸坡陡峻,地面最小高程为1350m ,最大高程2980m ,相对高差为1630m 。沿线经过的主要沟谷为:池家山沟、邓邓桥沟、天池里沟、广坪沟,多为“V ”字型山谷,坡降较大,沟谷中由于河流侵蚀,使得岸坡陡峻,山体陡崖遍布,部分基岩表层风华剥落,形成缓坡。隧道最大埋深1500m ,洞身沟谷中最小埋深86m (邓桥沟),隧道起讫里程DK285+975至DK300+503,全长14528m ,设计为双线隧道。
隧道进口1925m 位于R-4500M 的曲线上,出口553m 位于R-3500的曲线上,其余段落位于直线上,隧道内线路分别为12.8‰、13‰和12.8‰的单面下坡。
2.2 地层岩性及地质构造 1、天池坪隧道地层岩性
隧道工点范围内出露的第四系地层主要为第四系全新统坡积砂质黄土、细角砾土、粗角砾土,洪积粉质黏土、细角砾土、粗角砾土、粗圆砾土、卵石土;第四系上更新统风积砂质黄土、冲积中砂、粗圆砾土等。下伏志留系中上统千枚岩夹灰。
2、天池坪隧道地质构造
隧道通过区位于秦岭褶皱系,地质构造复杂,褶皱发育。受构造影响岩层产状较乱,走向总体以西北---北西向为主,层面多张开,节理以近垂直岩层走向的两组节理为主,多为“X ”“羽”状剪节理,裂隙发育,多为方解石填充;该隧道区发育的褶皱构造主要有:池家山向斜、沈家山背斜、广坪向斜、背斜。
2.3 地震动参数
根据《铁路工程抗震设计规范》GB50111-2006、国家质量技术监督局颁布的1:400万《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)及《建筑
抗震设计规范》(GB50011-2001)的有关规定,结合线路工程
地质条件及水文地质条件和工程设置的实际情况,本工点地震动峰值加速度值为0.2g ,地震动反应谱特征周期为0.45s ,当于地震基本烈度为八度。
2.4 水文地质条件
地下水的分布、埋深与含水层(体)的富水性受控于地形地貌、地层岩性、地质构造和气候条件。本区出露的地层岩性主要为二叠系下统灰岩,石炭系中上统灰岩,泥盆系上统灰岩、灰岩夹板岩,志留系中上统灰岩、灰岩夹板岩、炭质板岩。灰岩夹板岩节理裂隙发育,灰岩出露地段可见小型溶孔、溶洞、溶槽,形状各异,分布于不同高度的灰岩陡壁,岩溶裂隙亦有发育,有利于地下水的入渗及储存,隧道区植被覆盖较好,为大气降水入渗补给地下水创造了条件。
隧道区地下水类型主要有第四系孔隙水、浅表风化裂隙水、深层基岩裂隙水及构造裂隙水,第四系孔隙水主要分布于冲沟内的薄层第四系孔隙中,主要沿沟向下径流,与地表沟流有直接的补排关系;浅表风化裂隙水主要储存于板岩、灰岩表层风化带中,地下水埋藏较浅,浅表基岩裂隙水接受大气降水的直接补给,一般沿较完整的基岩面顺斜坡径流排泄于冲沟内汇聚成地表沟流;深层基岩裂隙水赋存于岩体构造节理裂隙、石灰岩溶隙中,接受浅层基岩裂隙水垂向入渗和区域内地下水的径流补给;构造裂隙水主要赋存于断裂及褶皱构造的岩体破碎带、构造节理裂隙、不同岩层接触带中,受构造影响,岩体节理裂隙发育,顺层节理裂隙延伸长大,且具有一定的张开性,为地下水贮存创造了条件,接受大气降水、基岩裂隙
水补给,地下水富集。
石灰岩地段存在岩溶裂隙水,地下水主要储存于溶隙、溶蚀孔洞中,该类地下水主要受控于岩溶及溶隙发育规模、连通性及地表水的补给情况。岩溶水发育与构造和岩溶裂隙发育程度关系密切,其中二叠系和石炭系岩溶相对发育,隧道最大总涌水量为62889m3/D;邓桥沟斜井最大涌水量6210m3/D;开池沟斜井位于最大涌水量6930m3/D;广坪沟斜井最大涌水量4410m3/D。本区地下水浅层以潜水为主,深层、大型储水构造均具有一定的承压性。隧道区地下水储存场所与岩体节理裂隙及构造发育程度有关,具有典型的非均质各向异性特征,水文地质条件十分复杂,地下水的分布规律性较差。
2.5 特殊岩土 (一)特殊岩土
砂质黄土具Ⅰ~Ⅱ级非自重湿陷性, 湿陷土层厚度15m ,属Ⅱ级非自重
湿陷场地。 (二)不良地质 1、特殊岩土 (1)湿陷性黄土
隧道进口及山坡顶部局部地表分布砂质黄土,属Ⅰ~Ⅱ级非自重湿陷性黄土场地,湿陷土层厚度为3~15m 。 (2)有害气体
隧道洞身通过炭质板岩地层,可能含有有害气体。 2、不良地质 (1)岩溶:
隧道洞身通过的灰岩地段,发育弱岩溶现象,以溶孔、溶隙为主,且多为
古溶蚀,地表调查未发现大的溶蚀现象,但隧道通过区灰岩多以薄、中厚层为主,层间结合较差,节理裂隙发育-较发育,多以张节理为主,利于地下水的储存和运动,因此不排除深部有较严重的溶蚀现象的可能性。
三、风险评估程序及方法 3.1 风险评估程序
根据《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》及兰渝公司要求,结合本项目工程建设实际情况,本项目部施工隧道风险评估基本程序如下:
3.1.1 对施工阶段的初始风险进行评价、分别确定各风险因素发生的概率和可能造成的损失。
3.1.2 分析各风险因素的影响程度,主要确定风险因素对施工安全的影响。
3.1.3 提出各风险因素的等级及残余风险等级,综合确定各隧道风险等级。
3.1.4 上级单位对风险评估报告进行审查,并提出修正意见。 3.1.5 根据上级部门意见及专家意见完善风险评估报告并执行。 施工阶段风险评估流程图(见后附图) 3.2 风险评估方法
以专家调查法为主线,综合运用风险因素核对法、风险层次分析法、矩阵法。
3.3 风险分级及接受标准 3.3.1 事故发生概率等级标准
在综合考虑了地形地质条件、原勘探、设计有关资料后,将各种风险因素导致相应事故发生的概率及后果分别用1~5五个数值来表示,其中,概率等级“1”~“5”分别代表“很不可能”、“不可能”、“偶然”、“可能”、“很可能”,各概率等级所对应的概率大小和等级标准见表3-3-1。
施工阶段风险评估流程图
表3-3-1 事故发生概率等级标准
注:(1)当概率值难以取得时,可用频率代替概率。 (2)中心值代表所给区间的对数平均值。 3.3.2 经济损失等级标准
表3-3-2 经济损失等级标准
3.3.3 风险等级标准
后果等级“1”~“5”分别代表“轻微的”、“较大的”、“严重的”、“很严重的”、“灾难性的”;并定义概率及后果的估值的乘积为风险指数,依据《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》风险等级标准将风险指数分为“极高(Ⅰ级)、高度(Ⅱ级)、中度(Ⅲ级)、低度(Ⅳ级)”四个等级。其事故发生概率、后果等级与风险等级(指数)关系如表4-2所示:
表3-3-3 风险等级关系
3.3.4 风险接受准则
表3-3-4 风险接受准则
四、风险评估内容 4.1 风险评估对象及目标
4.1.1 评估对象:本评估报告评估对象为LYS-4标段正在施工的天池坪隧道。
4.1.2 评估目标:根据设计阶段风险评估结果,根据施工地质、资源配置及施工方案进行再评估,提出相应的隧道施工安全措施,着重于施工管理、措施评价和落实。通过风险评估与管理,建立完整的风险评估与管理体系,切实有效地控制各类风险,将各种风险降低至可接受的水平。 4.2 风险评估内容
根据《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》,施工阶段风险评估应在施工图阶段风险评估的基础上,结合实施性施工组织设计对所有隧道进行评估,主要侧重于施工安全,重点对塌方、突水突泥、涌水等典型风险进行评估。
隧道风险清单
4.2.2 岩溶(突水突泥)
根据施工设计图内容,本项目部岩溶隧道见下表:
隧道岩溶(突水突泥)初始风险等级表
4.2.3 掉块、塌方
根据施工设计图内容,本项目部掉块、塌方隧道见下表:
隧道塌方初始风险等级表
4.2.4 危石
根据施工设计图内容,本项目部危石隧道见下表:
隧道危石初始风险等级表
4.2.5 洞口浅埋偏压
根据施工设计图内容,本项目部洞口浅埋偏压隧道见下表:
隧道洞口浅埋偏压初始风险等级表
4.2.6 主要隧道岩溶或突水突泥情况:
4.3风险评估记录
本项目部隧道安全风险评估见附表: (1)附表1《风险清单表》; (2)附表2《初始风险等级表》; (3)附表3《风险因素权重表》; (4)附表4《风险因素综合权重表》; (5)附表5《风险期望损失表》; (6)附表6《风险对策措施表》; (7)附表7《风险评估综合表》. 五、风险对策措施及建议 5.1 风险对策措施
5.1.1 岩溶或突水突泥地段
岩溶及突水突泥地段严格按“综合预报,先探水,全面掌握前方地质状况”,弱爆破、强支护、快封闭、勤量测,稳步推进的原则组织施工。
在接近岩溶或断层破碎带富水区域时,先采用TSP 地震波对掌子面前方100m 范围内的不良地质体的位置、规模、性质进行详细的预报,预判前方围岩级别和地下水情况,有异常时适当加密探测;然后在地震波探测的基础上实施超前钻孔验证,并辅以红外探水测定,每次探测长度以30m 为一循环,相邻探孔前后搭接5m ,在判明水源补给、涌水量和突出水压等情况下,有针对性地采取帷幕注浆、超前注浆或管道引排等方案。
1、涌水地段施工
(1)根据水源补给、涌水量和突出水压等预测预报情况及设计要求,分别采取帷幕注浆、超前注浆堵水措施;超前钻孔、管道引排等方法,排除部分地下水,减少水量,降低水压。
(2)采用上部弧形导坑预留核心土法、台阶法等开挖方法,并辅之以超前小导管预注浆止水(浆液为水泥—水玻璃双液浆)穿越突水段。按顺序分部开挖隧道断面,施作支护。支护系统锚杆由厚壁小导管代替,施作支护时,根据渗漏水的情况,在各渗漏水处钻眼引水,设置弹簧排水管。在大面积淋水或水流量仍很大的情况下,设置多层弹簧排水管,通过弹簧排水管将水引入墙脚纵向排水管,流入排水沟将水排出洞外。
(3) 铺设复合防水板,全断面模筑防水钢筋混凝土。
(4)富水地段备足抽水设备,加强施工用水、排水管理,防止拱脚和基底浸泡。
2、突泥地段施工
(1)施工中,首先要依靠地质超前预报作出判断,根据断层或溶洞
规模及填充物的性质,提前采用超前帷幕注浆或超前小导管预注浆进行封堵,以加固地层并堵水。
(2)当在瞬时出水量达到40m3/h(Φ42探孔)、压力在0.06MPa 以上的突水情况时和初期支护变形、开裂明显,可能出现突泥时应启动应急响应措施。
(3)出现突泥时,必须尽快将口堵住。堵塞的材料以钢筋、钢管和型钢为骨架,填塞草袋,劈柴和木板。堵口后,用喷混凝土将其封闭,并将周围洞身加固;然后沿开挖面周边设超前钢管支护,采用直径φ40mm 、φ50mm 或φ80mm 长6~8m 的无缝钢管。必要时两层、三层重叠,形成“套管”以增大其抵抗松散地层压力的能力。同时在此断面附近设置监控量测点,监控量测围岩的收敛变形情况。
5.1.2 塌方地段
1、加强超前地质预报工作。对开挖面前方地层进行探测预报,判明地层和含水情况,为超前支护和止水提供依据,及时修改或加强超前支护和支护参数。尤其是施工开挖接近设计探明的富水带时,要认真及时地分析和观察开挖工作面岩性变化,遇有探孔突水、突泥、渗水增大和整体性变差等现象,及时调整施工方法。
2、加强施工监控量测,实行信息化施工。对地表沉降、拱顶下沉、围岩收敛进行量测,及时对数据进行整理分析,及时反馈于设计和施工,及时优化设计参数和施工方法。当量测数据表明围岩收敛变形接近控制标准的警戒值时,尽快采取加强措施进行加固,抑制变形,防止因变形突变引起坍塌。
3、据不同地质情况和开挖方式,采用超前小导管预注浆加固地层的超前支护措施,注浆选材视不同岩层和地下水情况分别采用水泥浆、水泥
—水玻璃双液浆,通过注浆加固周边围岩,提高其自承能力,减少围岩松弛变形。
4、对不同围岩,分别采取上部弧形导坑预留核心土法、短台阶法、全断面法等开挖方法。上部预留核心土法分步开挖时,支护要及时闭合成环,每一环支护均施作锁脚锚杆,加强支护,防止拱脚下沉和内移,引起过大变形,导致拱部岩层坍塌。
5、严格控制开挖工序,尤其是一次开挖进尺,杜绝各种违章施工。控制爆破装药量,减小对软弱破碎围岩的扰动。
6、保证施工质量。超前预注浆固结止水、钢架制作、支护和衬砌混凝土质量必须符合设计及规范要求。
7、施工期间,洞口应常备一定数量的抢险材料,如方木、型钢钢架等,以备急用。
5.1.3 洞口危石地段
洞口段施工遵循先防护后开挖的原则。施工过程中加强对边仰坡的监测,在异常时立即停止施工,对坡面危石进一步处理。施工顺序:清除坡面危石→加固坡面→评估加固措施→防护→施工。
5.1.4 洞口浅埋偏压地段
根据设计要求施工抗滑桩或超前大管棚,进洞前加设套拱,尽量避免洞口开挖对山体的扰动,雨季前完善排水系统,加强施工量测,及时反馈变形位移信息并调整施工方案。 5.2 其它措施
1、根据施工信息,及时做好动态变更设计。综合考虑施工过程所揭示的工程水文地质,从设计角度深入提供施工阶段安全风险管理措施;
2、对围岩破碎带、节理、裂隙、岩溶等不良地质地段,以超前预注
浆为主,后注浆不辅,预防突水突泥和塌方安全风险。
3、做好岩溶及断层富水地段地表水的监测,施工现场储备足够能力的排水设备。 六、风险评估结论
经过评估,本项目部隧道安全风险见下表:
附表1 天池坪隧道风险清单表
附表2 天池坪隧道初始(残留)风险等级表
表中A 、B 、C 为评估目标的风险代号,视具体情况增减。其中A 代表安全,B 代表工期,C 代表投资;施工阶段风险评估侧重于施工安全,暂不对工期、投资进行评估;概率等级、后果等级、风险等级参考报告中表3-1、3-2、3-3.
附表3 天池坪隧道风险因素权重表
注:表中权重值根据附表2中概率等级和后果等级综合得出。
附表4 天池坪隧道风险因素综合权重表
注:表中综合权重参考附表3,重要度参考报告3.3中表3-3。
注:风险等级根据附表2中概率等级和后果等级,参照报告3.3中表3-3得出。
附表7 天池坪隧道风险评估综合表
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附表8 天池坪隧道风险登记表
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