黃土及其他特殊地段隧道塌方案例和原因分析

1、京沈客專項(xiàng)目黃土及其他特殊地段隧道塌方案例和原因分析李鵬華2016.07目 錄一、隧道塌方案例分析二、關(guān)門塌方搶險(xiǎn)救援三、隧道塌方原因分析 四、結(jié)束語(yǔ)一、隧道塌方案例分析中交三公局第一工程有限公司（一）近幾年隧道關(guān)門塌方案例 1、寶蘭客專陽(yáng)坡莊隧道。2014年8月31日13時(shí)35分，寶蘭客專陽(yáng)坡莊隧道進(jìn)口在拆換拱架作業(yè)過程中發(fā)生坍塌，造成掌子面8名作業(yè)人員被困。 塌體長(zhǎng)度約22米，隧道埋深約110米，地質(zhì)為砂質(zhì)黃土夾泥巖。經(jīng)過8小時(shí)緊張救援，疏通中心排水溝，使被困人員成功獲救。 2、云桂鐵路富寧隧道。 2014年7月14日16時(shí)15分，云桂鐵路富寧隧道處發(fā)生坍塌，造成掌子面15名作業(yè)人員被困。

2、塌體長(zhǎng)度約21米，隧道埋深約160米，地層為硅質(zhì)巖，灰黑色。經(jīng)緊張救援，28小時(shí)后打通“生命通道”， 130小時(shí)后人工打通迂回導(dǎo)坑，被困人員安全獲救。 3、吉圖琿客專小盤嶺1#隧道。 2014年4月2日0時(shí)40分，吉圖琿客專小盤嶺1#隧道出口發(fā)生坍塌，造成掌子面12名作業(yè)人員被困。塌體長(zhǎng)度約18m，埋深約100米，地質(zhì)為含碳泥質(zhì)板巖。經(jīng)相關(guān)人員緊張救援，63小時(shí)后打通“生命通道”，87小時(shí)后打通人工導(dǎo)坑，被困人員成功獲救。 4、貴州安江高速公路兩天窩隧道。 2014年8月10日19時(shí)50分，貴州省安江高速公路兩天窩隧道右線進(jìn)口發(fā)生坍塌，造成掌子面13名作業(yè)人員被困。塌體長(zhǎng)度約25米，埋深約43

3、米，地質(zhì)主要為強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)板巖。經(jīng)緊張救援，12小時(shí)后打通“生命通道”，140小時(shí)后打通人工導(dǎo)坑，被困人員成功獲救。（二）近六年來(lái)鐵路隧道安全事故統(tǒng)計(jì)分析 序號(hào)年份關(guān)門塌方掌子面塌方其它（交通、爆炸等）小 計(jì)12014至8月發(fā)生3起。被困34人：33人獲救，1人失蹤。發(fā)生1起，死亡4人。發(fā)生2起，死亡2人。發(fā)生6起，死亡7人。22013未發(fā)生。發(fā)生7起，死亡14人。發(fā)生4起，死亡13人。發(fā)生11起，死亡27人。32012發(fā)生2起。被困8人，全部獲救。發(fā)生1起，死亡2人。發(fā)生2起，死亡14人。發(fā)生5起，死亡16人。42011發(fā)生1起。被困6人，其中5人獲救，1人失蹤。發(fā)生2起，死亡14人。發(fā)生5

4、起，死亡35人。發(fā)生8起，死亡50人。52010發(fā)生3起。被困28人，其中8人獲救，20人遇難。發(fā)生4起，死亡11人。未發(fā)生。發(fā)生7起，死亡31人。62009發(fā)生1起。被困6人，全部獲救。發(fā)生4起，死亡9人。發(fā)生1起，死亡3人。發(fā)生6起，死亡12人。小結(jié)： 1.在建隧道建設(shè)規(guī)模大（鐵路約4300座、公路約2300座），安全事故件數(shù)也在增加，傷亡人數(shù)較多。近6年來(lái)發(fā)生隧道安全事故43起，涉險(xiǎn)人員204人，其中143人死亡。因此，參建各方必須高度重視。 2. 隧道關(guān)門塌方涉險(xiǎn)人員多、危害性大。近6年來(lái)發(fā)生關(guān)門塌方10起，占事故總數(shù)的23%，涉險(xiǎn)人員83人，占事故涉險(xiǎn)人員總數(shù)的41%。預(yù)防隧道關(guān)門塌

5、方尤為重要。 3. 隧道關(guān)門塌方搶險(xiǎn)救援方法得當(dāng)、組織快速，成功獲救概率高。近6年發(fā)生的10起關(guān)門塌方中，61人安全獲救，占關(guān)門塌方涉險(xiǎn)人員總數(shù)的74%，2014年路內(nèi)外共發(fā)生關(guān)門塌方4起，救援工作均取得成功。因此，科學(xué)救援、快速救援、專業(yè)救援甚為關(guān)鍵。二、關(guān)門塌方搶險(xiǎn)救援中交三公局第一工程有限公司（一）應(yīng)急救援工作的組織 1. 安全生產(chǎn)實(shí)行屬地管理 按照中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法規(guī)定：“有關(guān)地方人民政府和負(fù)有安全生產(chǎn)監(jiān)督管理職責(zé)的部門的負(fù)責(zé)人接到重大生產(chǎn)安全事故報(bào)告后，應(yīng)立即趕到事故現(xiàn)場(chǎng)，組織事故搶救。任何單位和個(gè)人都應(yīng)支持、配合事故搶救，并提供一切便利條件”。2. 按事故等級(jí)明確責(zé)任主體按照

6、事故等級(jí)，特別重大、重大安全生產(chǎn)事故分別由國(guó)務(wù)院和省、直轄市負(fù)責(zé)組織搶險(xiǎn)救援，組建搶險(xiǎn)救援總指揮部，相關(guān)部門和單位參加救援；較大和一般安全生產(chǎn)事故由施工企業(yè)負(fù)責(zé)組織搶險(xiǎn)救援，或由事故所在地的地、市政府負(fù)責(zé)組織搶險(xiǎn)救援，相關(guān)部門和單位參加救援。3. 現(xiàn)場(chǎng)救援組織分工救援指揮部設(shè)置：領(lǐng)導(dǎo)協(xié)調(diào)小組，負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)搶險(xiǎn)救援過程中的組織、決策、部署和協(xié)調(diào)等相關(guān)事項(xiàng)；各工作小組，分別負(fù)責(zé)技術(shù)、監(jiān)測(cè)、救援實(shí)施、后勤保障、物資材料供應(yīng)、警戒保衛(wèi)、醫(yī)療救護(hù)、新聞發(fā)布、善后安置等相關(guān)工作。（二）應(yīng)急救援工作流程 隧道應(yīng)急救援工作分三階段：?jiǎn)?dòng)準(zhǔn)備階段、救援實(shí)施階段、救護(hù)總結(jié)階段。1. 啟動(dòng)準(zhǔn)備階段發(fā)生坍方，有人員被困按

7、規(guī)定上報(bào)地方人民政府國(guó)家鐵路局中國(guó)鐵路總公司成立救援指揮部成立各救援小組科學(xué)制定救援方案反壓、支撐等加固監(jiān)測(cè)評(píng)估，存在風(fēng)險(xiǎn)即刻對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固進(jìn)入救援實(shí)施階段2. 救援實(shí)施階段快速打通“生命通道”高壓風(fēng)管通風(fēng)套管鉆機(jī)實(shí)施通風(fēng)、通訊、給養(yǎng)、心理輔導(dǎo)多措并舉實(shí)施“逃生通道”人工導(dǎo)坑機(jī)械鉆孔正面導(dǎo)坑迂回導(dǎo)坑鉆機(jī)成孔利用中心溝頂管成孔被困人員逃生進(jìn)入救護(hù)總結(jié)階段啟動(dòng)準(zhǔn)備階段3. 救護(hù)總結(jié)階段接受醫(yī)療救護(hù)結(jié) 束救援實(shí)施階段康復(fù)出院救援總結(jié)（三）應(yīng)急救援工作實(shí)施1. 調(diào)查塌方基本情況目的為科學(xué)決策救援方案（逃生通道）提供依據(jù)。內(nèi)容被困人員情況：人員數(shù)量、所處大概位置等；塌方情況：塌方規(guī)模、距掌子面距離等；地

8、質(zhì)情況：地層巖性、圍巖級(jí)別和地下水情況等；施工及周邊情況：地表情況、監(jiān)控量測(cè)情況等。方法 詢問塌方目擊者、測(cè)量和技術(shù)人員；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘；查詢相關(guān)技術(shù)資料；生命通道施工情況；被困人員信息反饋情況（“生命通道”被打通后）。成果 形成塌方情況調(diào)查報(bào)告，并繪制塌方情況示意圖。塌方資料調(diào)查樣圖2.采取 “雙穩(wěn)定”措施杜絕次生災(zāi)害發(fā)生回填反壓穩(wěn)定塌體：嚴(yán)禁清方或擾動(dòng)塌體，一是對(duì)坡腳回填反壓，回填高度宜為距拱頂56米，并留出操作平臺(tái)（當(dāng)采用機(jī)械成孔時(shí)需考慮滿足機(jī)械作業(yè)條件），二是對(duì)塌體坡面進(jìn)行必要的防護(hù)。強(qiáng)化支護(hù)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)：采用對(duì)口撐、立柱、斜撐，搭設(shè)枕木垛等措施對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。3. 快速打通“生命通道”“生

9、命通道”非常重要。關(guān)門塌方救援過程十分復(fù)雜，救援時(shí)間也比較長(zhǎng)，從近幾次救援情況看，一般在36天。因此，快速打通“生命通道”為被困人員輸送空氣、食物，進(jìn)行信息傳遞以及心理干預(yù)都非常必要?！吧ǖ馈蹦軌蛟俅未_認(rèn)坍塌體長(zhǎng)度，指導(dǎo)逃生通道的施工。打通方法：首先利用洞內(nèi)既有硬質(zhì)風(fēng)、水管對(duì)被困人員進(jìn)行通風(fēng)，如條件成熟可進(jìn)行輸送食物、通話等；再次利用套管跟進(jìn)鉆機(jī)在坍塌體上部打通生命通道。關(guān)鍵技術(shù)及組織：科學(xué)定位開孔位置，距隧道拱頂約1.02.5m，塌體一側(cè)（為機(jī)械施工逃生通道預(yù)留空間）通道定位準(zhǔn)確、方向與隧道軸線平行；“生命通道”直徑應(yīng)在108mm以上。專業(yè)鉆機(jī)鉆進(jìn)，快速打通“生命通道”應(yīng)采用專業(yè)大功率、

10、多功能、套管跟進(jìn)鉆機(jī)。比如：小盤嶺1#隧道采用普通鉆機(jī)鉆進(jìn)不成功后采用卡薩C6鉆機(jī)，“生命通道”成功打通。專業(yè)人員操作，鉆機(jī)應(yīng)由熟悉機(jī)器性能的專業(yè)人員操作。相關(guān)配套部件要備齊。小盤嶺1#隧道采用卡薩C6鉆機(jī)富寧隧道采用RPD-180CBR鉆機(jī)富寧隧道“生命通道”方案小結(jié)：“生命通道”是關(guān)門塌方救援過程中最重要步驟，設(shè)備要高效、操作人員要專業(yè)、定位要準(zhǔn)確、實(shí)施要快速。富寧隧道28小時(shí)將“生命通道”打通（設(shè)備調(diào)轉(zhuǎn)20小時(shí)，RPD-180CBR鉆進(jìn)8小時(shí)）、兩天窩隧道采用卡薩C6鉆機(jī)12小時(shí)將“生命通道”打通、小盤嶺1#隧道63小時(shí)將“生命通道”打通（用時(shí)時(shí)間長(zhǎng)主要是先期采用普通鉆機(jī)施工未成功，后調(diào)

11、用C6鉆機(jī)）。4. 多方案并舉實(shí)施“逃生通道”多方案并舉實(shí)施“逃生通道”非常必要：被困人員最終要從“逃生通道”逃生，構(gòu)建逃生通道是救援工作的核心。由于塌方極為復(fù)雜，坍塌體中可能存在孤石、鋼筋，或坍塌體極為松散、無(wú)自穩(wěn)能力等，救援搶險(xiǎn)過程中隨時(shí)都可能發(fā)生意外，因此，堅(jiān)持多措并舉非常必要。例如：富寧隧道救援過程中，采用左側(cè)迂回導(dǎo)坑和正面機(jī)械鉆孔方案，均取得成功；小盤嶺1#號(hào)隧道采用正面人工導(dǎo)坑和氣壓頂方案，人工導(dǎo)坑方案取得成功；兩天窩隧道采用塌體正面人工導(dǎo)坑和左線人工導(dǎo)坑方案，地面鉆孔作為預(yù)備方案，最終正面導(dǎo)坑取得成功。救援情況看， “逃生通道”實(shí)施主要有三種：利用隧道既有管道、人工開挖導(dǎo)坑，機(jī)械

12、施工逃生管道。利用隧道既有管道逃生。目前在建的雙線鐵路隧道都設(shè)置中心排水溝，有直徑600mm圓管和溝寬60cm、深7590cm的蓋板溝兩種。實(shí)踐中如果救援人員疏通中心排水溝，救援時(shí)間最短，如寶蘭客專陽(yáng)坡莊隧道僅用8小時(shí)全部人員成功獲救。施工期間，施工單位應(yīng)對(duì)圓管形中心排水溝及時(shí)清淤，蓋板溝及時(shí)安裝蓋板或用鋼板臨時(shí)覆蓋。利用中心水溝逃生方案圖圓管型中心排水溝矩形蓋板溝型中心排水溝人工開挖小導(dǎo)坑逃生形式選擇：當(dāng)能夠判定一側(cè)初期支護(hù)未被塌方破壞、能被利用時(shí)可優(yōu)先選擇正面三角形斷面形式，導(dǎo)坑開口宜選在低位；當(dāng)無(wú)法小盤嶺1號(hào)隧道采用三角形小導(dǎo)坑救援成功判斷初期支護(hù)是否可能利用、或者能夠判斷初期支護(hù)全部被

13、破壞時(shí)可優(yōu)先選擇正面梯形斷面形式，導(dǎo)坑開口宜選在高位；當(dāng)坍塌體極為松散、自穩(wěn)能力極差時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇迂回導(dǎo)坑，梯形斷面，開口宜選在高位。富寧隧道塌體正面三角形導(dǎo)坑富寧隧道迂回導(dǎo)坑方案兩天窩隧道采用塌體正面梯形導(dǎo)坑取得了成功。開挖尺寸：三角形斷面一般高1.51.8m，寬1.5m；梯形斷面上寬0.81m、下寬1.2m、高1.2.m。支護(hù)材料：導(dǎo)坑支護(hù)可采用方木或工字鋼，方木規(guī)格宜為1515cm，工字鋼宜為I18型；可采用方木密排、間隔立方木并背后鋪設(shè)3cm厚木板兩種方式支護(hù)；梯形斷面方木接頭應(yīng)采用企口連接并用扒釘扒緊。特殊處理：開挖中如遇孤石可采用風(fēng)鎬人工處理或者繞避；如遇鋼架等可氧氣乙炔切割；如坍塌

14、體松散可密排小導(dǎo)管或者注雙液將固結(jié)；導(dǎo)坑出洞時(shí)根據(jù)實(shí)際情況研究制定可行方案；迂回導(dǎo)坑應(yīng)加強(qiáng)測(cè)量，及時(shí)方向校正。機(jī)械施工管道逃生方式：從成孔方式來(lái)看，有逃生管頂進(jìn)和大口徑水平鉆機(jī)逃生管跟進(jìn)兩種。選型：當(dāng)坍塌體長(zhǎng)度在10米以內(nèi)且為土質(zhì)時(shí)可考慮逃生管頂進(jìn)方式；當(dāng)坍塌體長(zhǎng)度大于10時(shí)，地質(zhì)較復(fù)雜時(shí)可考慮大口徑水平鉆機(jī)套管跟進(jìn)方式。：逃生管頂進(jìn)：可采用挖掘機(jī)配合液壓頂鎬將逃生管頂進(jìn)坍塌體；用氣壓頂進(jìn)機(jī)械設(shè)備將逃生管坍塌體形成逃生通道。挖掘機(jī)配合液壓頂鎬頂進(jìn)法邊頂進(jìn)邊人工出碴，當(dāng)坍塌體對(duì)管道的握裹力增加，無(wú)法繼續(xù)頂進(jìn)時(shí)可在頂管內(nèi)再安裝一小直徑鋼管繼續(xù)頂進(jìn)，此在蘭渝鐵路桃樹坪隧道取得了成功。桃樹坪隧道采用頂

15、管法救援成功：大口徑水平鉆機(jī)套管跟進(jìn)：中鐵二局昆明救援隊(duì)引進(jìn)一臺(tái)FS-120CZ大口徑水平鉆機(jī)，該鉆機(jī)能夠快速鉆進(jìn)620mm管徑的救援通道，能夠?qū)崿F(xiàn)安全、快速救援，在云桂鐵路富寧隧道搶險(xiǎn)救援過程中進(jìn)行了嘗試，取得了初步成功。設(shè)備情況：鉆機(jī)外觀尺寸為9.5m3m2.8m，主機(jī)質(zhì)量約為34噸，扭矩最大可達(dá)195kNm，推進(jìn)力最大可達(dá)1455kN。適用條件：當(dāng)塌方體為砂土、黃土、粘土以及碎石土（碎石粒徑最大不超過60cm）可直接鉆進(jìn)，當(dāng)碎石土最大粒徑超過60cm時(shí)可采用自帶DTH潛孔錘套管鉆進(jìn)。場(chǎng)地需求：鉆機(jī)行進(jìn)路線坡度小于15，鉆機(jī)就位場(chǎng)坪基礎(chǔ)水平堅(jiān)實(shí)，空間尺寸不低于15m（長(zhǎng)）5m（寬）5.3m

16、（高）；風(fēng)水電需求：380V、50Hz的電力，滿足225KVA使用負(fù)荷；若使用潛孔錘鉆頭鉆進(jìn)，現(xiàn)場(chǎng)需2臺(tái)空壓機(jī)、2個(gè)儲(chǔ)氣罐、1個(gè)風(fēng)包的位置，合計(jì)30m2的空間位置；使用潛孔錘鉆頭鉆進(jìn)除塵時(shí)用的1000L清水； 10m2的水平場(chǎng)地作為發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)單元場(chǎng)地。5. 救援中的重要工作建立會(huì)議制度建立救援例會(huì)制度，每日8時(shí)、16時(shí)召開，研究布置救援工作；建立領(lǐng)導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)值班制度，處置救援過程中出現(xiàn)的相關(guān)問題；建立對(duì)口協(xié)商制度，及時(shí)就現(xiàn)場(chǎng)救援需要地方政府或部門溝通的工作進(jìn)行銜接。加強(qiáng)監(jiān)控測(cè)量、形成小時(shí)報(bào)告制。正確、快速、高效傳輸信息監(jiān)測(cè)內(nèi)容：凈空收斂和拱頂下沉；技術(shù)要求：監(jiān)控量測(cè)工作是整個(gè)應(yīng)急救援過程中的安

17、全“保護(hù)神”，做到“三加密一復(fù)核”，即監(jiān)測(cè)斷面加密，宜為每3米設(shè)一監(jiān)測(cè)斷面；監(jiān)測(cè)點(diǎn)加密，每斷面設(shè)57個(gè)量測(cè)點(diǎn)；監(jiān)測(cè)頻率加密，每小時(shí)量測(cè)一次；雙人雙儀器交叉復(fù)核量測(cè)。信息傳遞：建立小時(shí)報(bào)告制，通過手機(jī)短信形式報(bào)救援指揮部有關(guān)負(fù)責(zé)人。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)變形速率大于5mm/ d，或者混凝土剝落、裂縫明顯加大時(shí)，應(yīng)停止救援采取加固措施。有經(jīng)驗(yàn)的安全人員組織人工觀察也是不可或缺的。要有專門的小組專門負(fù)責(zé)安全狀態(tài)評(píng)估。做好注漿的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作 坍塌體松散段一般采用小導(dǎo)管超前支護(hù)即可通過，但當(dāng)塌體極為松散、無(wú)自穩(wěn)能力時(shí)應(yīng)進(jìn)行水泥水玻璃雙液漿注漿固結(jié)，施工單位應(yīng)提前準(zhǔn)備好材料、設(shè)備和專業(yè)隊(duì)伍。小結(jié)：1. 根據(jù)近幾年來(lái)

18、鐵路隧道關(guān)門塌方“逃生通道”實(shí)施情況來(lái)看：利用隧道既有管道逃生簡(jiǎn)便、易行，救援時(shí)間短，宜優(yōu)先考慮；人工開挖導(dǎo)坑實(shí)施方便、靈活、可靠性高、成功機(jī)率大，但施工進(jìn)度一般，救援時(shí)間約35天；大口徑水平鉆機(jī)施工“逃生通道”在富寧隧道進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性施作，正常情況下鉆進(jìn)后速度較快（1m/小時(shí)以上），但在鉆進(jìn)過程中遇到障礙物處置困難，同時(shí)設(shè)備調(diào)轉(zhuǎn)和施工準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)，工裝配套和工藝熟練程度不足，下一階段仍需改進(jìn)和完善。2. 通過近幾次救援情況來(lái)看，專業(yè)化救援隊(duì)伍發(fā)揮了不可替代的作用，專業(yè)化救援隊(duì)伍可以加快救援進(jìn)度，提高救援成功概率。原鐵道部成立5支隧道應(yīng)急救援隊(duì)：中鐵二局設(shè)在昆明，負(fù)責(zé)西南片區(qū)；中鐵五局設(shè)在長(zhǎng)沙，

19、負(fù)責(zé)華南片區(qū)；中鐵十二局設(shè)在南昌，負(fù)責(zé)華東、華南片區(qū)；中鐵十七局設(shè)在太原，負(fù)責(zé)華北、東北片區(qū)；中鐵隧道集團(tuán)設(shè)在西安，負(fù)責(zé)西北片區(qū)。三、隧道塌方原因分析中交三公局第一工程有限公司（一）關(guān)門塌方原因分析1.地質(zhì)方面：地質(zhì)基本為破碎、松散的軟弱圍巖；實(shí)際圍巖級(jí)別在級(jí)左右，層狀一般傾向水平；在地下水、收斂變形或放炮振動(dòng)作用下，荷載可能突然劇增、作用于初期支護(hù)。2. 施工方面：仰拱存在一次性開挖過長(zhǎng)并未及時(shí)封閉或者下臺(tái)階一次性接腿過多；仰拱和二襯施工步距超標(biāo)。3. 質(zhì)量方面：初期支護(hù)鋼架環(huán)、縱向連接質(zhì)量不達(dá)標(biāo)；鎖腳錨桿（管）未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。4.軟巖高地應(yīng)力段初支薄弱也易發(fā)生關(guān)門塌方。（二）影響隧道塌方的因素目前山嶺隧道施工仍以傳統(tǒng)的鉆爆法為主，僅個(gè)別長(zhǎng)大隧道采用了盾構(gòu)或TBM法?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面多，有經(jīng)驗(yàn)的作業(yè)人員少，不可控的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多。造成隧道塌方可能還有以下幾個(gè)方面的因素：1. 隧道建設(shè)地質(zhì)環(huán)境差長(zhǎng)