隧道安全、技術(shù)與管理

1、安全、技術(shù)與管理 從董家山隧道談起隧道工程管理的基本問(wèn)題n安全：安全為主線n技術(shù)：確保掌子面穩(wěn)定和施工質(zhì)量n管理：實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)管理n最近一段時(shí)間，安全生產(chǎn)形勢(shì)十分嚴(yán)峻。特別是地下工程，表現(xiàn)得更為明顯。其中瓦斯爆發(fā)事故占了很大比重。董家山隧道的特大瓦斯爆發(fā)事故就是一例。因此，提高安全生產(chǎn)的意識(shí)是非常重要的。n所謂提高安全生產(chǎn)意識(shí)，實(shí)質(zhì)上是要認(rèn)識(shí)到任何生產(chǎn)都存在著風(fēng)險(xiǎn)，只是風(fēng)險(xiǎn)有大、有小，有的是可以接受的，有的是不可以接受的。特別是對(duì)地下工程來(lái)說(shuō)，風(fēng)險(xiǎn)常常是災(zāi)難性的，也是不可以接受的。瓦斯爆發(fā)就屬于這種類型的風(fēng)險(xiǎn)。n因此、減少風(fēng)險(xiǎn)、控制風(fēng)險(xiǎn)和防止風(fēng)險(xiǎn)就成為工程管理中的重大課題。n如何減少風(fēng)險(xiǎn)、控制風(fēng)險(xiǎn)

2、和防止風(fēng)險(xiǎn)，就要依靠純熟的技術(shù)和完善的管理。n因此，技術(shù)和管理就成為工程管理中的重要手段。沒(méi)有純熟的技術(shù)和完善的管理，就談不上風(fēng)險(xiǎn)的控制。n因此，這次我想通過(guò)董家山隧道的瓦斯爆發(fā)事例，來(lái)談一談安全、技術(shù)和管理這樣一個(gè)對(duì)業(yè)主來(lái)說(shuō)，必須予以極大關(guān)注的問(wèn)題。一、董家山隧道概況n董家山隧道是都汶公路都江堰眏秀段在建的工程，右洞長(zhǎng)4081m，左洞長(zhǎng)4111m。左右線隧道中心間隔39m。n董家山隧道位于龍門(mén)山構(gòu)造帶中南段，二王廟斷裂與眏秀斷裂所限制的斷塊上，其間展布了一系列走向北東北北東的背、向斜以及逆沖斷層。隧址內(nèi)地質(zhì)為泥巖、砂巖、泥巖砂巖互層、炭質(zhì)泥巖、薄煤層，有涌水。設(shè)計(jì)為低瓦斯隧道。二、事故發(fā)生范

3、圍的地質(zhì)概況n爆炸事故發(fā)生在右線K14870里程附近。該地段的地質(zhì)狀況在“地質(zhì)勘查報(bào)告”、設(shè)計(jì)文件以及施工中揭露的地質(zhì)描述中均有詳細(xì)說(shuō)明。n“地質(zhì)勘查報(bào)告”中，對(duì)該區(qū)段的瓦斯描述如下：n巖性以灰色、深灰色泥巖夾炭質(zhì)頁(yè)巖、薄煤層（小于0.5m）等軟質(zhì)巖為主，與粉砂巖、細(xì)砂巖等硬質(zhì)巖呈不等厚互層。硬質(zhì)巖占1/3,軟質(zhì)巖占2/3。該地段受構(gòu)造影響嚴(yán)重，處于一組背斜、向斜強(qiáng)烈褶皺地帶，并有三條走向逆沖斷層大角度穿越隧道。斷層帶及褶曲軸部地帶，巖層受強(qiáng)烈擠壓，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈角碎狀松散結(jié)構(gòu)或塊碎狀鑲嵌結(jié)構(gòu)。圍巖穩(wěn)定性較差，開(kāi)挖后拱部無(wú)支護(hù)時(shí)可產(chǎn)生較大坍塌，破碎帶易坍塌，并易出現(xiàn)淋水段。此段隧道

4、穿越一組背斜，在其此段隧道穿越一組背斜，在其褶曲軸部地帶中的炭質(zhì)泥巖及薄煤層中賦存有瓦斯等有害氣體，有瓦褶曲軸部地帶中的炭質(zhì)泥巖及薄煤層中賦存有瓦斯等有害氣體，有瓦斯聚集涌出的可能斯聚集涌出的可能，施工中應(yīng)該按防瓦斯安全規(guī)程進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)防，加強(qiáng)通風(fēng)及瓦斯監(jiān)測(cè)工作。n根據(jù)施工記錄，施工揭示的施工地質(zhì)平、縱斷面圖及地質(zhì)描述如下。nK14+870位于向斜與背斜交匯的復(fù)式褶皺處，開(kāi)挖面已進(jìn)入背斜一翼，背斜核心有F11斷層通過(guò)，向斜核心有F112斷層通過(guò)，該斷面處的上覆和下伏地層中均含23層薄煤層，煤線極為密集，K14870處有小斷層存在，在斷面上下兩側(cè)分別為炭質(zhì)泥巖和砂巖，有瓦斯溢出，瓦斯檢測(cè)濃度在施工

5、容許范圍之內(nèi)。n從地質(zhì)條件和瓦斯溢出的狀況看，施工已經(jīng)進(jìn)入煤線極為密集、地應(yīng)力較大、斷層發(fā)育、瓦斯富集的地段，也是易于坍塌的地段。三、事故發(fā)生前的作業(yè)情況n事故發(fā)生前右洞上半斷面已掘進(jìn)到K14872（下半斷面掘進(jìn)到K14860附近），二次襯砌已到K14803.7，正在進(jìn)行二次襯砌的灌注作業(yè)。兩者相距約70m。n2005年10月 12日開(kāi)挖至K14870處，發(fā)現(xiàn)K14790段初期支護(hù)變形超限，當(dāng)即停工，直到事故發(fā)生前12月22日，掌子面一直停工。掌子面及附近的施工和工程情況如下：n1）12月16日，距掌子面5m上方，拱頂出現(xiàn)小的掉塊，未發(fā)生坍塌；n2）12月17日19日，K14790865段初期

6、支護(hù)變形，按變更設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)行了拆換。但前方5m處，塌方成空腔，并有5cm的水流。此處瓦斯檢測(cè)濃度0.09（瓦斯記錄表最高值）。當(dāng)天下午，業(yè)主、監(jiān)理設(shè)計(jì)和施工單位到掌子面坍塌現(xiàn)場(chǎng)查看；n3）12月20日n業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)和施工，就掌子面處理達(dá)成一致意見(jiàn)。當(dāng)天下午掌子面又發(fā)生塌方，致使掌子面后方5m范圍內(nèi)的初期支護(hù)全部塌垮，伴隨有大的變形和掉塊、塌方。雖然對(duì)空腔壁進(jìn)行噴混凝土支護(hù)，但未能徹底封閉，還有少量塌方發(fā)生。n當(dāng)時(shí)瓦斯檢測(cè)濃度為0.15（瓦斯記錄表最高值）n4）12月21日n對(duì)距掌子面5m范圍內(nèi)的塌方空腔繼續(xù)用噴混凝土封閉，但還有零星掉塊的現(xiàn)象。n隧道項(xiàng)目部總工和監(jiān)理分別向工地高監(jiān)做了有

7、關(guān)坍塌的匯報(bào)，約定12月22日下午現(xiàn)場(chǎng)看塌方后，再向設(shè)計(jì)、業(yè)主報(bào)告并商定處理方案。n5）12月22日n中午12時(shí)45分，監(jiān)理和工區(qū)技術(shù)員進(jìn)洞檢查了灌注混凝土二次襯砌的準(zhǔn)備工作，13時(shí)15分離洞。n距掌子面15m處，下半斷面噴射混凝土（中班施工）。n下午14時(shí)，工區(qū)主任到右洞檢查工作，并到掌子面了解到瓦斯?jié)舛惹闆r，無(wú)異常。工區(qū)主任出洞，準(zhǔn)備接待工地高監(jiān)等人，剛到辦公室（會(huì)議室）便聽(tīng)到爆炸聲。此時(shí)約14時(shí)50分左右，預(yù)計(jì)爆炸發(fā)生在14時(shí)40分左右。n根據(jù)以上情況，我們認(rèn)為：從10月12日12月22日長(zhǎng)達(dá)70天，沒(méi)有施做二次襯砌的地段約70m。特別是掌子面處，塌方持續(xù)不斷，未能防止塌方，對(duì)后來(lái)的大塌

8、方和瓦斯異常涌出，十分不利。n但瓦斯檢測(cè)數(shù)據(jù)表明：瓦斯?jié)舛葲](méi)有出現(xiàn)異常。濃度均在較低的可控范圍之內(nèi)。n根據(jù)調(diào)查當(dāng)時(shí)的掌子面塌方的情況示于圖。四、瓦斯爆炸原因的分析n1、爆炸的特點(diǎn)n此次爆炸的特點(diǎn)是能量巨大，爆炸產(chǎn)生的巨大沖擊波將位于洞口（距爆源1450m）的重達(dá)70t的模板臺(tái)車(chē)推到40多米處，使之嚴(yán)重變形。并在洞口附近造成嚴(yán)重傷亡及一些設(shè)施的破損。這種情況在過(guò)去已經(jīng)發(fā)生瓦斯爆炸的隧道中是少見(jiàn)的。n2、爆炸后洞內(nèi)狀況n24日上午進(jìn)洞調(diào)查，掌子面前方堆積大量塌方石碴。其堆積狀況示于上圖。n從堆積體情況預(yù)計(jì)的塌方數(shù)量約2000m3左右。根據(jù)該段的埋深（H240m）及塌方數(shù)量、瓦斯富集程度，伴隨塌方有

9、瓦斯異常涌出，造成聚集，這是造成如此巨大瓦斯爆炸的主要原因。n根據(jù)對(duì)爆炸后的現(xiàn)場(chǎng)觀察及調(diào)查，發(fā)現(xiàn)：n模板臺(tái)車(chē)橫向變形、扭轉(zhuǎn)移動(dòng)；n臺(tái)車(chē)前方（靠掌子面方向）防水板作業(yè)架，嚴(yán)重?fù)p傷，有向右前方劇烈扭轉(zhuǎn)移動(dòng)的跡象；n掛在模板臺(tái)車(chē)左側(cè)高約1.5m的配電盤(pán)、插座板、開(kāi)關(guān)板有高溫燃燒跡象；n模板臺(tái)車(chē)后的混凝土泵的前窗被爆炸氣浪嚴(yán)重凹進(jìn)；n死亡人員的狀態(tài)：在臺(tái)車(chē)內(nèi)下方發(fā)現(xiàn)二具尸體，上方發(fā)現(xiàn)二具尸體（均為二次襯砌工班人員）外，此時(shí)正在臺(tái)車(chē)前方施工的人員已經(jīng)撤到臺(tái)車(chē)之后；說(shuō)明爆炸發(fā)生前，模板臺(tái)車(chē)前方的人員正在撤退之中，爆炸也是在此時(shí)發(fā)生的。另外施工人員的尸體集中分布在臺(tái)車(chē)后方200m的范圍內(nèi)。n這說(shuō)明：爆炸發(fā)生

10、的地點(diǎn)在模板臺(tái)車(chē)附近爆炸發(fā)生的地點(diǎn)在模板臺(tái)車(chē)附近。n從塌方體的形態(tài)來(lái)看，塌方是沿背斜一翼向上順?biāo)绞茄乇承币灰硐蛏享槑r層層面發(fā)展的，即向瓦斯富集區(qū)域發(fā)展巖層層面發(fā)展的，即向瓦斯富集區(qū)域發(fā)展。由于該處正在進(jìn)行塌腔的處理作業(yè)，塌腔還沒(méi)有完全穩(wěn)定，有繼續(xù)塌方的可能。n爆炸引發(fā)的原因，最可能的情況是：施工中塌腔崩塌，誘發(fā)瓦斯異常涌出，造成集聚，由于濃度超限，人員在撤退過(guò)程中，濃度增加到爆炸臨界值、火花引起爆炸的發(fā)生。爆炸又誘發(fā)塌方的擴(kuò)大，瓦斯繼續(xù)大量涌出。n值得關(guān)注的是：瓦斯目前仍在涌出中。n因此，在已經(jīng)確定發(fā)生爆炸地點(diǎn)后，問(wèn)題集中在造成爆炸的瓦斯來(lái)源上。n從爆炸前的瓦斯檢測(cè)情況看，K14803872

11、一段，掌子面已停止掘進(jìn)（10月12日12月22日）約70天，根據(jù)檢測(cè)記錄：所有測(cè)點(diǎn)的瓦斯檢測(cè)濃度一直無(wú)異常，瓦斯?jié)舛扰c爆炸臨界值相差甚遠(yuǎn)。塌腔頂部的測(cè)點(diǎn)濃度同樣也與爆炸臨界值相差甚遠(yuǎn)。該地段的初期支護(hù)嚴(yán)重變形的拆換作業(yè)及塌腔處理（噴混凝土）等作業(yè)也一直在進(jìn)行。n4、瓦斯的主要來(lái)源n從檢測(cè)的數(shù)據(jù)分析，該地段的瓦斯?jié)舛入m然沒(méi)有出現(xiàn)異常，瓦斯溢出是一直存在的，但其量值還不足以引起如此巨大能量的爆炸。n因此，造成這種巨大能量的爆炸，必須有大量涌出的瓦斯來(lái)源。n該地段地質(zhì)復(fù)雜、富含瓦斯、地應(yīng)力較大，施工中初期支護(hù)嚴(yán)重變形侵限和坍塌。因此，伴隨掌子面拱頂坍塌而誘發(fā)能夠爆炸的瓦斯異常（突然）涌出，是瓦斯是主

12、要來(lái)源。n異常（突發(fā)）是此次瓦斯涌出的基本特征。n根據(jù)事故發(fā)生地段的地質(zhì)構(gòu)造條件分析，該地段有大量集聚瓦斯的條件；na、地質(zhì)勘查報(bào)告曾明確指出：此段隧道穿此段隧道穿越一組背斜，在其褶曲軸部地帶中的炭質(zhì)越一組背斜，在其褶曲軸部地帶中的炭質(zhì)泥巖及薄煤層中賦存有瓦斯等有害氣體，泥巖及薄煤層中賦存有瓦斯等有害氣體，有瓦斯聚集涌出的可能有瓦斯聚集涌出的可能，施工中應(yīng)該按防瓦斯安全規(guī)程進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)防，加強(qiáng)通風(fēng)及瓦斯監(jiān)測(cè)工作。爆炸地點(diǎn)與預(yù)計(jì)的地段相符。nb、設(shè)計(jì)院給業(yè)主的，以“都汶路董家山、龍溪隧道瓦斯工區(qū)論證意見(jiàn)（川交設(shè)服務(wù)（2005）便字第057號(hào)文（2005年6月7日）中指出：根據(jù)調(diào)查、其他瓦斯隧道類比

13、和施工單位現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試資料總結(jié)，可能存在高瓦斯工區(qū)的地段的條件為：n1）煤層、煤線、炭質(zhì)泥巖分布較多的地段；n2）裂隙、斷層、揉皺發(fā)育段；n3）背、向斜部位；n4）埋深較大。根據(jù)以上條件，右線隧道可能出現(xiàn)高瓦斯工區(qū)的地段見(jiàn)下表。里程長(zhǎng)度（m） 預(yù)測(cè)依據(jù)K14+580K15040460煤層、煤線、炭質(zhì)泥巖較多、背、向斜部位、斷層附近、裂隙發(fā)育K15+32034020煤層、煤線、炭質(zhì)泥巖較多、裂隙發(fā)育K15+52060080煤層、煤線、炭質(zhì)泥巖較多、斷層附近、裂隙發(fā)育K15+980K1602040煤層、煤線、炭質(zhì)泥巖較多K1614018040煤層、煤線、炭質(zhì)泥巖較多K16+21025040煤層、煤線、

14、炭質(zhì)泥巖較多K16+660820160煤層、煤線、炭質(zhì)泥巖較多、向斜部位、斷層附近、裂隙發(fā)育合計(jì)840并提出加強(qiáng)超前預(yù)報(bào)、實(shí)施動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、加強(qiáng)瓦斯檢測(cè)及通風(fēng)、資料收集和分析5點(diǎn)建議。nc、施工單位委托康泰咨詢公司的評(píng)估報(bào)告（2005年7月）指出：n1）從現(xiàn)場(chǎng)12次測(cè)試數(shù)據(jù)看，隧道回風(fēng)流空氣中瓦斯含量較高的有3次，分別是6月8日左洞K14533掌子面放炮后，在K14290處測(cè)得絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)0.61m3/min；6月22日左洞K14563掌子面噴混凝土后在K14320處測(cè)得絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)0.54m3/min；6月22日右洞K14578掌子面焊拱架時(shí)在K14375處測(cè)得絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)1.48m

15、3/min。說(shuō)明董家山隧道局部區(qū)域瓦斯涌出量較高。此3段均屬低瓦斯隧道中的高瓦斯區(qū)域。n2）K14550K15040段為類圍巖，巖性以灰色、深灰色泥巖夾炭質(zhì)頁(yè)巖、薄煤層等軟巖為主，且此段隧道穿越一組背斜，在其褶曲軸部地帶中的炭質(zhì)頁(yè)巖及薄煤層中賦存瓦斯等有害氣體，有瓦斯聚集涌出的可能，施工中應(yīng)重點(diǎn)設(shè)防；n3）董家山隧道煤層中為中高變質(zhì)煙煤，具有較強(qiáng)生烴能力，煤層瓦斯壓力較大，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，瓦斯壓力達(dá)0.1720.67MPa，泥質(zhì)頁(yè)巖也具有一定的瓦斯壓力。可能發(fā)生特殊瓦斯涌出，應(yīng)引起足夠重視。n4）根據(jù)施工單位日常瓦斯記錄分析，隧道局部區(qū)域瓦斯絕對(duì)涌出量大于0.5m3/min，根據(jù)“鐵路瓦斯隧道技

16、術(shù)規(guī)范”屬高瓦斯工區(qū)；根據(jù)“煤礦安全規(guī)程”屬低瓦斯隧道中高瓦斯區(qū)域。nd、從爆炸后的救護(hù)隊(duì)幾次進(jìn)洞的檢測(cè)看，瓦斯仍然以一定量，一定速度繼續(xù)涌出。（27日模板臺(tái)車(chē)上部：9.0，下部：0.20.3；28日模板臺(tái)車(chē)處又恢復(fù)到0.2左右）濃度變化劇烈，這說(shuō)明該地段的瓦斯含量在繼續(xù)涌出，而且異常。結(jié)語(yǔ)n1）該地段是瓦斯富集的地段；因此，在低瓦斯隧道中，局部存在高瓦斯區(qū)域是可能的；n2）劃分了可能發(fā)生高瓦斯的區(qū)域。推斷的區(qū)域與發(fā)生瓦斯爆炸的地段基本相符。n3）發(fā)生瓦斯爆炸地段的掌子面位于龔家向斜和龔家背斜組成的復(fù)式褶皺中，這是一個(gè)擠壓強(qiáng)烈的、地應(yīng)力相對(duì)集中的地段。在此地帶中，節(jié)理裂隙發(fā)育、巖層十分破碎，構(gòu)

17、成瓦斯賦存的空間。在此地段的前后分別發(fā)育F11和F111兩條逆沖斷層，阻隔了其間瓦斯沿隧道縱向向前后運(yùn)移的通道。此段隧道洞頂?shù)乇碚幱谧匀粶瞎鹊屯葜?，覆蓋有較厚的堆積層，形成天然的封閉蓋層，又阻隔了向斜部位瓦斯沿其一翼向地表排放的通道。n故上述兩逆沖斷層所夾持的地段，屬于具有良好封閉條件的瓦斯賦存地段。但因巖性差異，此地段中，節(jié)理裂隙發(fā)育程度和巖層破碎程度各有不同，巖體中瓦斯賦存、富集程度也會(huì)大有不同。另?yè)?jù)施工地質(zhì)描述，在F11和F112兩斷層間尚有發(fā)育多條次一級(jí)小斷層，這些小斷層又將此地段地層切割為互不連通的小段巖體。各小段巖體中，瓦斯賦存、富集條件也會(huì)各有差異。因此，在此遭斷層分割在此遭

18、斷層分割的復(fù)式褶曲地段，瓦斯的分布既具不均衡性、突發(fā)性的特的復(fù)式褶曲地段，瓦斯的分布既具不均衡性、突發(fā)性的特點(diǎn)，又具有相對(duì)富集的特點(diǎn)點(diǎn)，又具有相對(duì)富集的特點(diǎn)，當(dāng)瓦斯相對(duì)富集的部位，一經(jīng)揭露，就有突發(fā)異常涌出的可能突發(fā)異常涌出的可能。n4）從從K14650開(kāi)始，施工已經(jīng)進(jìn)入瓦斯富集的地段。開(kāi)始，施工已經(jīng)進(jìn)入瓦斯富集的地段。n5）瓦斯異常涌出（突然涌出、特殊涌出）的現(xiàn)象，在本地區(qū)，曾多次發(fā)生，如龍眼睛隧道、炮臺(tái)山隧道都屬于此現(xiàn)象。本隧道發(fā)生的瓦斯異常涌出，又一次說(shuō)明，在此區(qū)域進(jìn)行地下工程建設(shè)，對(duì)可能出現(xiàn)的瓦斯異常涌出，應(yīng)格外引起注意，不能按常規(guī)視之。此外，從國(guó)內(nèi)外目前的鐵路、公路隧道的勘查、施工技

19、術(shù)水平來(lái)看，瓦斯的異常涌出也具有難于預(yù)測(cè)的特點(diǎn)。n因此，以上的調(diào)查和資料分析，我們認(rèn)為：n1、根據(jù)有關(guān)“地勘”資料，從K14650開(kāi)始，施工已經(jīng)進(jìn)入瓦斯富聚的地段； n2、掌子面拱頂處塌方是誘發(fā)瓦斯異常涌出、造成聚集，誘發(fā)爆炸的主要原因； 3、而誘發(fā)爆炸的間接原因則是多方面的；如對(duì)低瓦斯隧道中可能存在高瓦斯富集區(qū)域的警示，未給予足夠的重視；采取的措施不力；施工管理中風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)不強(qiáng)；管理不到位等。應(yīng)該接受的教訓(xùn)n1、在瓦斯異常地區(qū)，行地下工程建設(shè)時(shí)，對(duì)可能出現(xiàn)的瓦斯異常涌出，應(yīng)格外引起注意，不能按常規(guī)視之。如低瓦斯隧道中存在局部高瓦斯富集區(qū)域隊(duì)可能性；n2、在此遭斷層分割的復(fù)式褶曲地段，瓦斯的在此遭斷層分割的復(fù)式褶曲地段，瓦斯的分布既具不均衡性、突發(fā)性的特點(diǎn)，又具有相分布既具不均衡性、突發(fā)性的特點(diǎn)，又具有相對(duì)富集的特點(diǎn)對(duì)富集的特點(diǎn)，當(dāng)瓦斯相對(duì)富集的部位，一經(jīng)揭露，就有突發(fā)異常涌出的可能突發(fā)異常涌出的可能。n3、在低瓦斯隧道可能存在高瓦斯區(qū)域的條件為：n 1）煤層、煤線、炭質(zhì)泥巖分布較多的地段；n 2）裂隙、斷層、揉皺發(fā)育段；n 3）背、向斜部位；n 4）埋深較大。n4、董家山隧道的掌子面拱頂處塌方是誘發(fā)瓦斯異