铁路高风险隧道施工技术.ppt

突泥后地表坍陷照片 （2）南广铁路白云隧道 2010年1月14日，白云隧道出口开挖到696米，爆破后发生小型突水突泥，突泥量约200立方。清淤时，再次发生大规模突水突泥，突泥量约2000立方，突水量约300立方/小时，淤积长度150米，造成多名作业人员遇难。突泥点对应地表坍陷，陷坑面积300平方米，深20米。突泥点埋深80米。该灾害属断层突水突泥灾害。 大规模突泥后照片 突水突泥后地表坍陷照片 突水突泥工程特征分析 1）地质特征 “高压、富水、不良地质”三者不利组合是诱发突水突泥突石灾害的地质条件。 2）工序环节 灾害主要发生在开挖或清淤两个工序环节。 发生灾害的原因主要有以下三个方面： ①未发现风险源 ②发现风险源，但技术方案不合理。 ③发现风险源，但施工管理措施不到位。 在复杂地质条件下，应在超前预报、涌出物处理、注浆质量和开挖支护等方面予以加强。 风险的控制与规避 （1）超前预报探测到溶腔或断层时，以及发生小型涌泥时，由建设单位组织研究确定重大技术方案。 （2）对极其复杂的溶腔或断层，应进行迂回绕避、增设泄水洞、释能降压和注浆加固等方案的预设计，进行多方案比选 （3）高风险隧道必须建立进洞条件、进洞记录、视频监控、声光报警、应急照明、安全逃生、洞内抽排水等安全保障措施 3.瓦斯 瓦斯的定义：广义-凡从围岩或煤层渗入隧道的有害气体，均称为瓦斯。狭义-单指甲烷（CH4）。 瓦斯隧道分为低瓦斯隧道、高瓦斯隧道及瓦斯突出隧道三种 低瓦斯工区和高瓦斯工区按绝对瓦斯涌出量进行判定。当瓦斯涌出量小于0.5m3/min时，为低瓦斯工区；大于或等于0.5m3/min时，为高瓦斯工区。 瓦斯隧道只要有一处有突出危险，该处所在的工区即为瓦斯突出工区。判定瓦斯突出必须同时满足下列4个指标： 1.瓦斯压力P≥0.74MPa; 2.瓦斯放散初速度△P≥10; 3.煤的坚固性系数f≤0.5; 4.煤的破坏类型为Ⅲ类及以上。 瓦斯隧道几种主要灾害 煤与瓦斯突出——在地应力和瓦斯压力的共同作用下，很短的时间中破碎的煤、岩和瓦斯从洞壁突然抛出，伴有猛烈的声响和巨大的动能，同时释放出大量的瓦斯。有时伴随瓦斯爆炸，造成二次破坏。“突出”事故的伤亡和损失一般都是很惨重的。 瓦斯爆炸——达到爆炸浓度的瓦斯（一般在5%~16%之间）与火源接触（一般需要512℃以上），并且坑道内有氧气存在（含量12%以上），就会发生猛烈爆炸。 煤尘爆炸——当煤质中挥发物占总可燃物（固定炭加挥发物）10%以上，且形成的小颗粒煤尘悬浮在空气中，当空气中煤尘含量较多（30g/m3以上），遇700℃以上的火源，即会发生煤尘爆炸。 洞内易引起瓦斯爆炸的危险地点主要是： 煤层附近的掌子面， 拱顶坍穴，拱顶以下30~40 cm范围，巷道转角，避人洞、避车洞、横通道，停留的大型设备背风处。 案例1：达成铁路炮台山隧道 全长3 078 m，位于成都郊区的金堂县境内，铁15局施工，全隧道不通过煤层，但隧道下方2 000~3 000 m处有煤，瓦斯沿地层裂隙上升到地表浅层，形成储气构造。1994年4月3日平导掘进到距洞口808 m处，灯炮爆裂引发瓦斯燃烧，死1人，伤3人。次日，汽车进洞运风管，由于汽车打火，又引起瓦斯爆炸，死12人。事故后实测，隧道瓦斯逸出强度为3.54 m3/h。 案例2：都汶高速公路董家山隧道 双洞,长4 111 m+4 081 m,中铁一局施工进口，中铁二局施工出口。该隧道多次通过煤层，但煤层都很薄，瓦斯压力0.172~0.67 MPa,勘测资料认定为低瓦斯隧道，施工中又委托煤炭专业单位鉴定，仍定为低瓦斯隧道，因此施工中允许使用非防爆设备，采用汽车进洞出碴、进料。2005年12月上旬，隧道右洞进口掌子面发生坍方。由于该处位于背斜核部、裂隙发育、裂隙中含有煤层瓦斯，坍方又促使瓦斯大量涌出。12月22日，衬砌台车上的不防爆插座打火，引起瓦斯爆炸，当场死44人，伤11人。爆炸气流充满1500巷道并冲出洞口，并将洞外几十吨重台车推动几十米。 低瓦斯隧道灾害预防措施 （一）瓦斯浓度管理标准 低瓦斯隧道中的瓦斯量虽然不多，通风不良仍可引起爆炸。由于隧道采用非防爆施工机具，所以低瓦斯隧道对瓦斯浓度的管理非常严格： 1．工区内任何地点、任何时刻的瓦斯浓度不大于0.3%； 2．任何地点瓦斯浓度达到0.4%时，应即刻报警，找出原因，及时处理； 3．任何地点瓦斯浓度超过0.5%，应在前后20 m范围内立即停工，切断电气设备电源，查找原因并加强通风，观测浓度变化； 4．开挖面瓦斯涌出，且浓度超过0.5%时，掌子面至二次模筑衬砌起点之间立即断电、停工撤人，如加强通风后浓度仍降不下来，则全工区停电撤人立即研究处理办法。 （二）隧道内过煤层前