金银山隧道安全风险评估报告.ppt

金银山隧道施工安全风险评估2011-8-16,中铁五局连霍高速洛三（豫陕界）段改扩建工程TJ-12标,推行风险评估制度，对优化施工方案，提高施工现场安全预控的有效性，具有重要意义。隧道工程施工环境和条件相对复杂，作业风险较高，工程开工前，进行定性和定量的安全风险估测，可增强安全风险意识，改进施工措施，规范预警预测管理，有效降低施工风险，防止特重大事故发生。本报告通过对金银山隧道进行工前风险评估，对引起事故的危险源进行了系统识辨，建立风险源普查清单，通过风险分析和估测，确定了重大风险源，并据此有针对性的制定了对策措施。,概 述,1.关于转发交通运输部开展公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估试行工作的通知（豫高司【2011】169号）2.公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南（试行）3.公路工程隧道施工技术规范（JTJ042-94）4.公路工程施工安全技术规程（JTJ076-95）5.公路工程质量检验评定标准(JTJF80-1-2004)6.连霍高速公路洛三段TJ12标工程隧道施工设计图纸7.连霍高速公路洛三段TJ12标岩土工程详细勘察阶段报告,一、编制依据,金银山隧道为单向分离式两车道隧道，右线起讫里程为：DK91+417-DK91+650m，长1233m，平面设置为R=3100圆曲线接缓和曲线（A-1041.633），纵面位于坡度为-1.152%的单向下坡段；隧道进口采用端墙式洞门，出口采用削竹式洞门。金银山隧道左线起讫里程为：RK91+443-RK92+630，长1187m，平面设置为R=3700圆曲线接缓和曲线（A-1216.552），纵面位于坡度为-1.15%的单向下坡段；隧道进口采用端墙式洞门，出口采用削竹式洞门。隧道内轮廓：净宽11.4m，净高7.39m；为单洞两车道。,二、工程概况,沿线属低山山地，区内沟谷发育，多成“V”型谷，谷底至岸顶高差变化较大，沟谷广布，呈现深谷鸡爪型地貌。,二、工程概况,一）地形地貌,二）地层岩性,1）中更新统残破积层岩性主要为杂色粉质黏土含大量根系及碎石，为全风化石英砂岩（金银山隧道）和安山岩（张茅隧道），表层草皮覆盖，含岩石碎块，土石混杂，该层厚度在0-4.5m左右，弹性波波速Vp=350-500m/s。2）震旦系石英砂岩上部9.0m左右为强风化，砂质结构，层状构造，主要矿物成分为石英，岩质较硬，属细粒石英砂岩，下部为风化，岩质新鲜。3）震旦系安山岩赤褐色，上部1.0-15m强风化，微晶结构，似层状构造，主要矿物成分为长石，岩质较硬，锤击不易碎；11m以下为中风化安山岩，岩质新鲜，岩芯多呈短柱状。,依据中国地震动参数区划图（GB18306-2001）、及中国地震动反应谱特征周期区划图，地震动峰值加速度0.15g，地震动反应谱特征周期为0.40s。按照地震动峰值加速度与地震基本烈度对照表，对应地震基本烈度VII度。,二、工程概况,三）地震,四）水文地质条件,金银山隧道位于山岭高地，岩层裂隙发育，透水性好，雨季会因降水从裂隙处渗入而产生滴水现象；地下水位埋深较大，达数十米乃至上百米，隧道洞底位于地下水位以上。,金银山隧道所在地区为北暖温带半干旱、半潮湿大陆性季风气候区，冷暖适中，四级分明，雨热同期，干冷同季。项目区域为大陆性季风气候特征，多年平均气温为13.9，初夏秋冬平均气温分别为12.3-15.2、22.9-26.6、12.3-14.9、0.5-2.0。四季时间分布，夏多冬少，初秋居中。极端最高气温44.4，极端最低气温-21.3。年平均降水量为600-700毫米，降水多集中在7、8、9月份，占全年降雨量的50%以上。初霜日为10月21日-11月2日，终霜日为3月20日-4月10日。区内一月盛行偏北风，七月盛行偏南风。平均风速冬季1.1-3.1米/秒，春季2.4米/秒，夏季1.8米/秒，秋季1.7米/秒。全年以冬春风速较大，多大于2米/秒，夏季风速较小，多小于2米/秒。,二、工程概况,五）气候,隧道进出口段为V级，表层为薄层残坡积土，含岩石碎块，为全风化坡积物，结构松散，中下部为强风化石英砂岩，岩体裂隙较发育，洞口仰坡稳定性差。洞身围岩主要为中风化石英砂岩，厚层状，岩质新鲜，岩芯较完整，围岩级别为III级；浅埋段，岩石强风化，裂隙较发育，围岩等级定为IV级。岩石浅埋，中风化，局部较发育，岩芯碎块状，围岩级别定为V级。洞身未发现明显断裂及破碎带，整体稳定性较好。,二、工程概况,六）工程地质条件评价,本隧道风险评估分总体风险评估和专项风险评估，采用定量估测与定性分析相结合的评估方法。专项风险评估中，在对风险源普查、辨识、分析及重大风险源估测的基础上，提出相应对策措施，最终形成评估结论。参与风险识别人员由具备土木工程专业或地质专业5年以上工作经验，对隧道工程潜在风险有足够认识。参与风险评价人员技术职称为工程师及以上。,三、风险评估过程及方法,1、金银山隧道风险指标,四、风险评估内容,六）工程地质条件评价,金银山隧道风险指标体系,金银山隧道风险指标体系,续上表,2、金银山隧道工程施工安全总体风险等级根据隧道工程施工安全总体风险指标体系表及风险大小公式计算为：右线R=G(A+L+S+C)=21分。左线R=G(A+L+S+C)=14分金银山隧道工程施工安全总体风险分级标准,四、风险评估内容,金银山隧道工程施工安全总体风险分级标准,1、金银山隧道工程钻爆法施工作业程序分解表 2、金银山隧道工程施工安全风险源普查清单 3、金银山隧道风险源分析表 4、风险估测汇总表,四、风险评估内容,二）专项风险评估,（一）风险分级及接受标准公路隧道风险分级包括事故发生概率的等级标准、事故发生后果的等级标准和风险的等级标准，分级标准与风险接受准则参照公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南。,事故发生概率等级标准,四、风险评估内容,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。,经济损失等级标准,四、风险评估内容,人员伤亡等级标准,四、风险评估内容,专项风险等级标准,风险接受准则,四、风险评估内容,（二）初始风险等级评定施工阶段风险较大，尤其是安全风险，在条件允许时应尽量进行较为全面的风险评估。由于施工阶段最主要目标就是顺利施工和保证安全，因此评估重点应放在安全上，以按安全风险事故为主要评估目标。通过对金银山隧道的地层岩性、工程性质、地质构造、水文地质进行详细分析后，统计出金银山隧道在不采取任何措施情况下的目标风险等级。,四、风险评估内容,金银山隧道右线正洞初始风险等级表,四、风险评估内容,金银山隧道右线正洞初始风险等级表,四、风险评估内容,金银山隧道左线正洞初始风险等级表,（三）初始风险处理措施 1、落实超前地质预测预报工作根据地质资料，本隧道平形不整合面较多，可能遇破碎带，贮水性较小。隧道施工时，应通过综合超前地质预报手段探明掌子面前方地质条件，以便采取有效的施工措施，避免施工突发灾害的发生。超前地质预报方法按本标段隧道专项施工方案中确定的方法实施。2、加强监控量测工作，及时反馈施工情况，验证设计和预防风险事件在施工过程中，应按照设计文件中的监控量测要求对洞内围岩和支护结构的位移、变形、受力情况以及浅埋段地表沉降进行监测，提供及时、可靠的信息、评定施工期间围岩和支护结构的稳定性及对周边环境的影响，避免施工安全事故、支护结构破坏、第三方损失等风险的发生。,四、风险评估内容,3、洞口浅埋段及、级围岩段风险减缓措施进洞前，首先完成边仰坡支护及防护、超前支护措施，在超前长管棚的保护下进行开挖作业。开挖采用环形挖留核心土法，并贯彻执行新奥法及浅埋暗挖法的基本原则：短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测、二衬紧跟开挖面。严格按设计文件要求进行施工组织。遇地质不符时，及时按程序进行相关变更手续，完善设计，保证施工安全。以机械开挖为主，围攻岩较硬时，采用微差松动爆破、周边采用光面爆。同时，不断优化设计方案，施工操作过程中，严格按设计参数进行布孔、钻孔、清孔、装药连线等作业程序。（四）残余风险等级评定通过对金银山隧道初始风险等级评定，对安全风险等级为“高度”、“中度”的风险事件必须采取有效的措施，使风险降低到可以接受的范围。对初始风险采用相应的工程措施处理以后，进行残余风险评估，残余风险等级见表15。,四、风险评估内容,四、风险评估内容,金银山隧道右线洞内残余风险等级表,四、风险评估内容,金银山隧道右线洞内残余风险等级表,四、风险评估内容,金银山隧道左线洞内残余风险等级表,（五）残留风险管理措施初始风险经风险处理以后，残留风险等级均已降至中度以下。对于残留风险等级为低度的风险事件，其发生概率经风险处理以后一般都较低，但一旦发生仍有可能造成一定的不良后果，因此，需要在施工过程中加强监控，加强管理，确保各项风险处理措施的落实。对于残留风险等级为中度的风险事件，因其风险后果等级一般都较高，一旦发生就有可能造成很严重的后果，因此，需要制定严格管理措施，进一步降低施工风险。（1）准确核对施工地质情况，当实际情况与设计不符时及时办理变更手续，严禁为赶进度盲目施工。（2）加强施工管理，严格控制施工质量，严格按设计要求工法和工序施工。（3）对软弱围岩、浅埋、断层破碎带等编制专项施工方案和作业指导书，内容应有防塌方、涌水等事故的预防措施，施工过程确保各项措施的落实。,四、风险评估内容,（4）加强超前地质预报工作，准确探测施工前方围岩情况、地应力、含水量等，以指导下一步施工。施工过程中应根据超前地质预报成果及时调整施工方案，或按照先处理后施工的原则，对前方探测出来的不良地质状况进行现行处理，在确保安全的情况下再组织施工。（5）做好监控量测工作。按照隧道监控量测技术规范的相关规定进行量测点的布置、测量和数据处理。监控量测项目应包括洞内外观察、拱顶下沉、净空收敛、地表沉降、地应力测试、水量、孔隙水压力等全项目。监控量测结果应准确、真实并能指导施工。当监控量测结果超出允许范围时，应立即采取措施进行加固等处理。（6）严格执行班前安全检查制度。班前由安全员现行进洞检查工作面及附近围岩以及支护安全情况，确保安全以后方可进洞施工。（7）对残留风险中度以上的风险事件编制应急预案，并组织演练。隧道现场建立应急救援物资仓库，储备足量应急救援物资，确保发生应急事故时能及时有效组织救援。,四、风险评估内容,五、对策措施及建议,1、隧道坍塌事故控制措施建议,续上表,五、对策措施及建议,1）隧道发生塌方后，应详细调查塌方范围、形状、塌穴的地质构造，查明其诱发原因和地下水活动情况，判断塌方类型，制定处理方案。应尽早采取下列措施防范坍情恶化：（1）加固未塌的洞身段和(或）冒顶的陷穴口，防止坍塌和塌陷继续扩大。（2）搭设防雨棚遮盖冒顶陷穴口，四周挖沟排水，防止雨水流入。（3）夯填地表沉陷和裂缝，开挖截水沟，防止地表水渗进入坍体。,五、对策措施及建议,2、隧道坍塌整治措施,2）塌方发生后必须强调两点：一是采用的塌方处理措施要避免盲目性。制定正确合理的处理措施需建立在对塌方的特点、原因以及规模的充分掌握的基础之上，包括对地下水情况的了解。人为原因则为设计、施工期间疏忽失察、判断错误、措施不当、管理不严、工艺落后等造成坍塌，如：地勘粗糙、支护力偏弱、开挖方法错误、支护不利、地质预报有误、监控量测不及时、地表水处理不当等。用塌落平均高度界定是否为塌方，当塌方平均高度0.7m时，判定为塌方；当塌方平均高度0.7m时，则为超挖或局部坍塌。按塌体的体积划分塌方规模，以此确定处理塌方的原则。分级标准如下：塌方量小于300m3为小型，3001000m3之间为中型，10005000m3之间为大型，大于5000m3为特大型。根据坍方体遮蔽坍穴和坍穴稳定情况，确定处理方法。,五、对策措施及建议,二是采取防止坍塌继续扩大措施的及时性。有些塌方不及时设防，其塌方范围、数量将随时间的延长而不断扩大，甚致坍至洞顶地面，尤其在软弱围岩、浅埋地段的隧道塌方更应强调这种及时性。除强调治塌先加固外，还包含治塌先治水的原则。3）小型塌方处理应尽快实施。首先处治塌穴，可采用喷、锚封闭，也可架设临时支撑撑稳。然后在安全有保证的情况下，进行塌方段增强支护、衬砌的施工。小坍方多发生在岩石隧道局部破碎、或存在断层破碎带、软弱夹层地段。处治时可采用下列步骤：（1）利用塌腔围岩暂时基本稳定状态，抓紧时间采用喷锚支护技术加固塌腔面，在可保安全情况下清理塌渣。（2）在原初期支护的空间，施作钢架混凝土壳体，并用长锚杆将其与非塌腔围岩锚固，必要时架设临时支撑将钢架混凝土壳体支牢，通过预留孔向塌腔分层注入1m厚混凝土护拱和1m以上厚的轻质缓冲层。（3）沿钢架混凝土壳体内轮廓铺挂防水板，浇注加强的二次衬砌。,五、对策措施及建议,4）大型塌方处理宜采取先护后挖的方法穿越塌渣体。可用管棚法或注浆固结法稳固围岩体和渣体，再按微台阶法或侧壁导坑法开挖、支护塌渣体，并尽快完成衬砌。大塌方多发生在土质隧道或土夹石隧道，引起这类塌方的主要原因：初期支护刚度不足、围岩变形过大、地下水软化作用降低围岩承载能力、二次衬砌未及时施作。处治时可采用下列步骤：（1）在塌体内采用管棚和超前管注浆，注浆范围应保证初期支护以外，有不小于35m围岩固结厚度。成孔有困难采用跟管钻机钻孔；渗透注浆效果不理想时，采用超细水泥劈裂注浆。（2）采取稳妥的分部开挖与及时闭合的支护方法。（3）衬砌跟进施作。5）塌至原地面的塌方类，一般只发生在浅埋隧或深埋隧道洞口段，多属于大塌方，不能采用清渣方法，应利用塌渣稳定地层的作用。处治时可采用下列步骤：（1）塌口采用喷射混凝土封闭，根据情况确定是否采取地表注浆加固塌穴及周围，待衬砌施作完毕后，采用灰土分层夯填并高出原地面。（2）设置止浆墙封闭塌体表面、安设注浆孔口管。（3）采用循环注浆法或导管跟进后退注浆法，对塌体注浆加固。,五、对策措施及建议,（4）打设大管棚，管内安放小钢筋笼、灌注水泥砂浆。（5）在大管棚掩护下开挖、支护衬砌 6）塌穴空腔应视其规模、形状、所处隧道断面位置，采取下列措施，保证在模筑的衬砌背后与塌穴周壁间密实：（1）塌腔较小，位于边墙或拱腰以下，可在衬砌前用浆砌片石或干砌片石喷射混凝土将其充填；位于拱部，可衬砌后通过压注水泥砂浆或小石子混凝土填充。（2）塌腔较大，位于边墙或拱腰以下，可在衬砌前用浆砌片石回填一定厚度，再以弃渣填实；位于拱部，可在衬砌后分层压注水泥砂浆和轻质材料填充。（3）位于拱部、全部填满有困难的特大塌腔，可在特殊加强的衬砌背后压注一定厚度轻质材料，并做好余腔的排水设施。（4）塌方段增强支护背后的空腔一律采用注水泥砂浆填充密实。对塌腔的处理要考虑防水板铺挂问题，一般有两种方法：一是沿不规则坑道断面铺挂防水板后，浇注衬砌混凝土填充塌腔，未填满处注浆填满。,五、对策措施及建议,二是采取结构措施将坑道断面修补成隧道设计衬砌断面，对修补结构背后的空腔进行注浆填充，再铺挂防水板浇注衬砌。两种处理方法的区别在于，前者要求对不规则坑道的支护要达到稳定状态，适用于塌腔较小、横断面失跨比小于0.7、围岩条件比较好的地段；后者不强调对不规则坑道的支护要达到稳定状态，但对修补结构要求有足够的强度和刚度，适用于塌腔较大、横断面失跨比大于0.7、围岩条件比较差的地段。7）塌方地段的衬砌，应视坍穴大小和地质情况予以加强。塌方地段的衬砌一般应加强，但如坍穴高度小、围岩经锚喷后稳定、填充密实、填充料凝固后自重不需衬砌分担，可不加强。,五、对策措施及建议,六、风险评估结果,一）重在风险源等级汇总,1、金银山隧道右线重大风险源等级汇总表,六、风险评估结果,2、金银山隧道左线重大风险源等级汇总表,根据经济损失、人员伤亡等级及风险等级大小平判定，金银山隧道重大风险源为隧道坍塌。,六、风险评估结果,通过对金银山隧道初始风险等级进行统计，见下表：,金银山隧道右线风险等级评定统计表,金银山隧道左线风险等级评定统计表,六、风险评估结果,二）III级和IV级风险存在的部位、方式等情况,三）评估结果的科学性、可行性、合理性及存在问题,金银山隧道施工安全风险评估按照既定程序和普遍采用的方法进行的，同时兼顾到评估对象的具体特点。通过风险源普查建立风险清单，在认真分析的基础上，识别出重大风险源，结合风险源特点，制定对应措施和策略，因而其科学性、可行性和合理性是不容置疑的，是完全可以信赖的。但是，安全风险评估毕竟是一种事前规划，是以程序、经验及已掌握的资料为基础而进行的，然而，地质现象是客观存在的，真实情况与已掌握的资料不一致是完全可能的，因而评估结论未必与实际完全一致。因此，施工过程中，当事实与预测不一致时，及时调整安全措施，保证安全施工。,