虹梯关隧道风险评估

（K18+300～K24+260）

虹梯关特长隧道安全风险评估报告

一、编制依据

1、长安高速公路长治至平顺段两阶段施工图设计第六合同段（K18+300～K24+260）、长平高速公路LJ6合同段（K18+300～K24+260）虹梯关隧道实施性施工组织设计

2、《公路工程施工安全技术规程》（JTJ076-95）

3、《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）

4、《公路隧道施工技术细则》（JTGT F60-2009）

5、《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006）

6、《公路工程质量检验评定标准》（第一册  土建工程）

7、《爆破安全规程》（GB6722-2003）

8、《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（铁建设[2007]200号）

9、《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）

10、《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）

11、其它国家、铁道部规定的安全规程，如《中华人民共和全生产法》、《国家突发事件总体应急预案》和《关于进一步加强安全生产的决定》、《隧道施工安全作业手册》等有关规定。

12、本公司编制的质量、环境、职业健康安全《管理手册》、管理体系《程序文件》，拥有的科技成果、工法成果、管理水平、现有的技术装备力量和多年积累的铁路施工安全经验。

二、工程概况

1、工程概况

虹梯关特长隧道为本标段的重点、控制性工程，设计为双向四车道分离式隧道，上下行设置。左线全长13122m，右线全长13098m。我标段起讫里程为K18＋300～K24＋260，路线全长5.96km。左线隧道K18+300～K24＋210，长5910m；右线隧道YK18+314.77～YK24＋186，长5871.23m；路基K24+210～K24＋260，长50m；3号斜井（708.56m）坡度37.388%，倾角20°30′；4号斜井（679.73m）坡度38.386%，倾角21°00′。

隧道按高速公路标准设计，行车速度为80Km/小时，隧道建筑限界，双行单洞断面，净宽10.25米，限高5米。

2、地质概况

2.1地形地貌

工程区位于长治市平顺地区，地貌类型总体属侵蚀山区与高原地区。由于新生代以来构造运动的差异性及出露岩性的不同，使其地貌特征复杂多变。主要以溶蚀侵蚀作用为主，山势险峻，岩石坚硬，陡崖发育，形成峡谷。

隧道出口段山体相对浑圆，隧址区海拔高程介于1080～1610m之间，相对高差530m。地貌单元属碳酸盐岩低中山地貌。

斜井穿越区地形起伏较大，最高高程1449.1m，最低高程1282.5m，最大相对高差166.6m。斜井上部山体大部分基岩裸露，植被稀少。地貌单元属碳酸盐岩低中山区。

2.2地层岩性

隧址区分布的地层岩性主要有奥陶系中统下马家沟组角砾状灰岩，局部分布有含燧石结合白云岩，夹薄层泥质灰岩，薄层页岩，微风化，地层呈单斜构造，岩体层间结合良好，呈块状镶嵌结构，节理裂隙较发育，岩体较完整；奥陶系中统上马家沟组角砾状白云质泥灰岩，灰岩与豹皮状灰岩，强风化－中风化，地层呈单斜构造，岩体层间结合较差，呈块碎状镶嵌结构及碎石状压碎结构，节理裂隙较发育，围岩较破碎。

斜井围岩以奥陶系中统上、下马家沟组灰岩、角砾状泥灰岩组成。

2.3地质构造

隧址区位于太行山掀斜隆起带次构造单元的东南段。区域性断裂主要发育的有位于隧址区西部约24～37km的晋获断裂，其总体走向北北东，多数断面西倾，倾角陡。晋获断裂在晚更新世以来趋于稳定，属非活动断裂，对隧道稳定性影响不大。

隧址区岩层为单斜缓倾地层，岩层产状：310°～350°，∠4°～9°，近褶皱、断裂带产状变化大。

斜井位于太行山掀斜隆起带次级构造单元的东南段。区域性断裂主要发育的有位于工程区西部约27km的晋获断裂，其总体走向北北东，多数断面西倾，倾角陡。晋获断裂在晚更新世以来均趋于稳定，属非活动断裂，对斜井稳定性影响不大。

斜井岩层为单斜缓倾地层，岩层产状：15°∠4°～6°。斜井岩体节理裂隙发育，主要发育2组裂隙：Ⅰ组裂隙100°∠88°，密度1～3条/m；Ⅱ组裂隙202°∠86°～88°，密度1～2条/m。

2.4水文地质特征

线路所经地区的水文地质条件主要受地貌条件的影响，地下水主要有基岩裂隙水、松散岩类孔隙水、碳酸岩类岩溶水，沿线地下水的天然露头较少。

2.5地震动参数

根据《山西省地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2001），项目区内的动峰值加速度值为0.10g,相应的地震烈度为Ⅶ度区，在《山西省地震动反应谱特征周期区划图》中，属于0.45s。

2.6不良地质及特殊岩土

隧址区无特殊岩土，不良地质类型主要表现为岩溶、崩塌，地质灾害主要为岩爆。

（1）岩溶

本工程区域溶洞穴基本上属于构造岩溶洞穴，几乎所有洞穴都与节理、裂隙、断层等密切相关，本工程区域内碳酸盐岩为单斜地层，构造发育较弱，判断发育大的岩溶洞穴的可能性不大。

本工程区岩溶主要发育在奥陶系中统马家沟组与寒武系中统张夏组地层中，分布高程900～1332m，隧址区域岩溶分布高程基本一致，主要表现为溶孔、溶槽及溶洞，其规模都不大，溶洞一般是孤立的，属层控制，溶洞彼此之间通过构造裂隙连通，连通性差；溶洞大部分都已充填粘性土、细砂等物质，岩溶处于衰老期，岩溶现象已停止发展。

（2）崩塌

易形成崩塌地段处于隧道进口，本合同段内无崩塌隐患。

（3）岩爆

根据设计文件可知，虹梯关隧道在埋深超过225m的洞段，有岩爆发生的可能或发生轻微岩爆，埋深在350m以上的洞段会发生中等岩爆。

斜井不良地质主要为岩溶，奥陶系马家沟组岩层中溶蚀现象发育，尤其是含泥质较高的白云质泥灰岩与泥灰岩中更为发育，钻孔岩芯中大部分可见溶孔、溶槽，且钻孔中多见小溶洞，溶洞高0.5～1.3m，最大3.5m，溶洞大部分全充填、半充填以粘性土、细砂为主，含少量碎石。

2.7环境工程地质特征

环境对工程的影响：区内植被发育，风景优美，大多为天然林保护区，隧道出口临顺县崇岩村，村民生活对施工有一定的干扰，给工程施工增加风险。

工程对环境的影响：隧道工程施工的弃渣、排碴、噪音及大小临建设施对周围环境有一定影响。

2.8隧道围岩情况

虹梯关

本合同段属温暖半干旱性气候，四季分明，年平均气温为8.8℃，极端最高气温为37.0℃，最低气温为-29.3℃。降水主要集中在6～9月份，10月至次年5月为霜冻期，为期150～180天，11月至次年3月为冰冻期，冻土深度0.5～1.0m。风向多以西北和东南为主，年平均风速为2.8m/s。

3、施工图设计概况

3.1洞口设计

按照尽可能避免大挖大刷的原则确定隧道洞口的位置，结合洞口的地形、地质条件，采用端墙式洞门。洞口边仰坡采用喷锚网防护。

3.2洞身设计

根据隧道所处的工程地质条件，按新奥法原理进行设计，采用复合式衬砌，其支护衬砌参数按工程类比，并结合有限元分析确定。

隧道初期支护以喷射砼、锚杆、钢筋网为主要支护手段，二次衬砌采用C25混凝土或钢筋混凝土，整体式模板台车浇筑。在Ⅳa型衬砌的喷射混凝土中设钢格栅拱，在Ⅴ、Ⅴq型、洞口加强段的喷射混凝土中设型钢拱。在Ⅳa型衬砌超前预支护采用Φ25砂浆锚杆，Ⅴ、Ⅴq型衬砌超前预支护采用Φ42小导管注浆，洞口加强段超前预支护采用Φ10管棚。

3.3防排水

隧道防排水按“防排堵结合、因地制宜，综合治理”的原则进行设计。

洞口边仰坡坡口外5m左右设截水沟，以防止雨水对坡面、洞口的危害。

于二次衬砌与初期支护之间铺设EVA复合防水层，二次衬砌采用防水混凝土，抗渗标号不小于S8。

防水层与喷射混凝土直接设纵向环向盲管。纵向盲管设在边墙底部，沿隧道两侧，全随到贯通，环向盲管沿隧道断面环向布设（1道/10～20m）。并下伸至边墙脚与纵向盲管相连，衬砌背后的地下水通过环向排水盲管汇集到纵向盲管以后，通过横向排水管（1道/5～10m），将地下水引入中心水沟排出洞外。

洞身堵水用于可能发生涌（突）水的地段，根据国内外堵水经验和本随到的水文地质条件，在采用TSP地震波、EKKO地质雷达等超前物探手段，结合超前探水钻孔，查明掌子面前方地下水分布状况及水量后，根据不同的情况，分别采用全断面周边预注浆、局部断面预注浆等注浆方式，将地下水尽可能封堵在围岩内，以确保施工及结构的安全。注浆范围为环20m，第三环30m。一个注浆段完成后留6m不开挖，作为下一注浆段的止浆岩盘。注浆孔开孔直径为115mm，终孔直径为75mm，注浆孔孔底间距不大于3m，浆液扩散半径为2m，注浆压力为静水压力（2～3）倍，注浆材料采用水泥-水玻璃双液。

3.4施工组织

（1）施工方法：隧道按新奥法原理组织施工，除明洞段采用明挖法施工外，其余均采用钻爆法施工。分离式隧道对于Ⅳ、Ⅴ级围岩采用三台阶法施工开挖；Ⅱ、Ⅲ级围岩段采用全断面开挖，对于Ⅳ、Ⅴ级围岩施工开挖时要做好超前支护，并根据监控量测结果，及时调整支护参数。

（2）运输方式：主洞采用无轨运输出碴、进料，主洞开挖采用CAT320C挖掘机扒碴，侧卸式装载机装碴，自卸汽车出碴；行人、行车横通道等小断面开挖采用山猫挖掘机扒碴、立爪装载机装碴，小型自卸车出碴。3#、4#斜井采用绞车系统有轨运输。

（3）工期安排：

①施工总工期安排

根据本工程特点、工作量及合同工期，并结合现场实际情况，计划总工期如下：

本标段合同工期为36个月， 2009年8月31日开工，2012年8月31日完工。 

②分项工程进度安排：

各分项工程的施工作业安排运用网络计划技术，各工序实施平行、流水、交叉作业，充分考虑年施工期、气候以及交叉施工对工期的影响。

主要进度指标

隧道洞身各级围岩开挖方法及进度指标见下表

施工方法及进度指标表

   虹梯关隧道出口端工期安排表

现场施工的土石方及隧道弃方，按不可回收无毒无害废弃物进行处理，并作节约农田，减少占地，避免二次污染，在处理时应倒到指定的弃碴场地，并在弃碴场设置碴墙，填空后平整压实，回填土壤进行植树植草。

三、风险评估对象及目标

本工作评估对象为虹梯关隧道施工中可能出现的安全、环境、投资、工期等各方面风险。拟通过风险评估，确定风险等级，为施工组织及决策提供依据。本工程为矿山法施工的隧道，施工阶段风险评估对象侧重于安全和环境风险。

四、风险评估程序及方法

1、成立风险评估小组

组  长：鲍海荣

副组长：党忠信  陈玉明  张卫业

成  员：王红雨  张海龙  朱月昌  闫海全  杜昆鹏  王建军  刘东洋

        李  丹  张旭林  明建龙  李青春  徐  磊  

2、隧道风险评估的总体程序

设计单位隧道主要安全风险点和应对措施设计 → 施工单位列出风险点清单、归类 → 制定风险控制方案及预防措施，建立风险管理台帐 → 编制隧道安全评估报告 → 评审 → 修改评估报告 →按照隧道安全风险评估报告内容进行督促、检查。

3、风险评估方法

此次风险评估采取风险因素核对分析法，重点对施工过程中安全和环境因素进行风险评估。

五、风险源识别及确定风险因素

通过对设计资料、施工图、施工组织等进行分析，以及地质及具体施工情况，虹梯关特长隧道风险因素见下表：

虹梯关隧道洞口段施工风险因素核对表

风险事件

风险事件

风险事件

交通、用电、火灾、爆炸等其他风险因素核对表

根据以上分析，虹梯关隧道施工中存在的主要风险为：塌方、大变形、交通安全，隧道洞口段施工风险事件主要为山体开裂变形和坍塌，其他风险事件有用电事故、火灾事故、爆炸事故等。虹梯关特长隧道基本风险点清单见下表：

七、风险评估内容及基本风险点归类

本阶段风险评估以定量、半定量为主，结合现有统计数据及现行规范、规定进行，根据已掌握的勘测、设计各方面资料分析确定各风险因素导致的风险事件可能发生的概率和可能产生后果。

综合考虑了地形地质条件、勘测、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”，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《铁路隧道风险评估暂行规定》风险等级标准，将风险指数分为“极高（Ⅰ）、高度（Ⅱ）、中度（Ⅲ）、低度（Ⅳ）”四个等级。按照塌方、大变形、交通安全、其他（公铁立交，靠近既有线、村镇、油气管线、工矿企业等公共建筑物，用电事故、火灾事故等）风险事件进行分类；根据工程施工经验参照定性规定进行分级如下：初始风险评估结果见下表：

八、风险控制措施

1、出口浅埋段、洞身Ⅴ级围岩段、3#、4#斜井洞口段风险控制措施：先预报、管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测

虹梯关隧道初始风险等级表

本项目虹梯关隧道部分路段是岩溶、溶蚀现象的集中分布区，隧道通过时往往会与地下发育、分布的各种规模的岩溶、洞穴、溶蚀现象不期而遇。其余隧道灰岩地层也将遇到发育程度不同的岩溶现象。为此，拟定如下处置措施：

2.1小型溶洞

对于露于拱部、边墙及底板的发育有限的、溶蚀充填物易于清理的小型溶洞，原则上采用回填的方式处理。

（1）出露于拱部的小型溶洞，应清除洞内充填物，在隧道衬砌施工后，浇筑C25混凝土护拱，并压砂充填。为避免回填对隧道衬砌产生过大荷载效应，护拱应设锁脚锚杆；为避免溶腔垮塌，有条件时，应对溶壁进行锚喷防护。

（2）出露于边墙的小型溶洞，在隧道衬砌施工前，浇筑C15片石混凝土护墙，墙背以干砌片石回填。

（3）出露于底板的小型溶洞，在隧道底板浇筑前，清除溶蚀充填物，自下而上，以干砌片石、C15片石混凝土回填。

2.2大型溶洞

对洞体深浚充填丰满、或难于回填、或不宜填塞的大型溶洞，原则上应因地制宜进行处理。

（1）洞体深浚、充填丰满的大型溶洞，即隧道从溶蚀充填体中穿过，应按预注浆、管超前、强支护、梁跨越的方式进行处理。初拟预注浆：全断面帷幕预注浆；管超前：Φ10管棚，环距50cm；强支护：C20喷射混凝土25cm、22B型钢拱间距80cm、φ6.5双层钢筋网、Φ42径向小导管环距80cm；梁跨越：起拱线以上按横向拱设计，厚度不小于65cm（C25钢筋混凝土），起拱线以下的边墙、底板，按纵向梁板设计，底板厚度不小于60cm（C30钢筋混凝土）

（2）出露于隧道边墙及底板、不能堵塞的大型溶洞（岩溶管道），按梁跨越方式处理，梁跨的具体设计根据探明的岩溶特征而定。

（3）对横穿隧道洞身、不能阻塞的大型溶洞（如地下暗河），应考虑泄水洞的方式进行处理，泄水洞的平纵面设计应根据现场情况而定，其出水口与溶洞（地下暗河）的下游相连或引自地表，应在充分的技术、经济比选后确定。泄水洞净空应考虑排水、施工等因素。

3、突水、突泥地段控制措施

隧道通过富水段接触带时，施工中有可能产生突然涌水、涌泥现象。

3.1突水地段

洞内突水对隧道施工的危害很大，施工中必须采取相应的防水及措施。根据涌水量的大小，提前封堵和疏排，同时做好应急准备，一旦发生涌水，迅速排出，以防大量地下水涌入洞内，造成危害。

（1）涌水预测方法

根据在类似地质条件隧道工程施工中的成功经验，以超前钻孔探水为主，相似比拟法预测为辅。

（2）施工方案

施工中认真研究设计文件，加强地质调查，进行超前钻孔探测，采用综合物探手段预测预报，判明水源补给、涌水量和突出水压等情况，有针对性地采取帷幕注浆、超前注浆或管道引排等方案。

（3）施工要点

①加强地质预探、预报。根据设计文件，在开挖即将进入设计富水地段时，加强工作面前方的地质预探、预报工作，准确掌握前方地下水含量、压力、分布，并结合预测结果设置超前探水孔，判断是否有发生涌水的可能。

②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。

③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。

④铺设复合防水板，全断面模筑防水钢筋混凝土。

⑤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。

3.2突泥地段

涌水在较厚断层泥或溶洞充填物中往往导致突泥，造成坍方，而且使隧道周围岩体产生空隙以至大体积的空洞，危害更大。

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。

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。

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φ42mm、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。

4、交通安全控制措施：隧道出口处于平顺县崇岩村附近，为防止交通安全事故，设立标志标识、专人值班、加强教育、遵守交通安全规章制度，确保安全行驶。

5、火工品安全控制措施：严格遵守火工品运输、储存、使用、管理等规定，加强过程监控，及时回库，做好防爆防火防丢失等防范工作。

6、特种设备安全控制措施：严格遵守特种设备有关规定和操作规程，定期检验，加强日常检查和维修保养。

7、防洪防汛安全控制措施：加强与气象部门联系沟通，及时掌握天气预报信息，加强汛期定期与不定期检查，制定应急预案和演练。

8、森林防火控制措施：遵守森林防火有关法律法规及条例，加强森林防火安全教育，定期检查，制定相关制度和应急预案。

9、施工伤害风险控制措施：现场配备足够的防护器材、安全警示标志等，对作业工人进行安全培训和安全技术交底，加强安全管理监控与检查，作业人员严格遵守安全操作规程，发现安全隐患，及时整改。

九、残留风险评估

由于及时采用相应的风险对策措施，隧道施工的风险会相应地降低，但不可能完全消除。故在结合初始风险评估和制定对策措施的基础上，对隧道残留风险进行评估，残留风险评估结果如下表所示：

虹梯关隧道残留风险等级表

通过本次风险评估，初步识别虹梯关隧道主要存在变形坍塌，突泥、涌水、溶洞、岩爆、交通安全，火灾、爆炸等风险。我部通过进行编制实施性施工组织、加强施工管理、改善施工工艺、科学要素配置等降低以上风险，但仍有残留风险。施工过程中，仍要增强施工风险意识，加强动态管理，积极做好相关风险防范工作。

十一、存在问题和建议

  通过对虹梯关隧道工程地质情况、设计情况及采取的工程措施的分析，列示了虹梯关隧道可能存在的风险源，通过采取相应的对策措施，并根据《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》（铁建设【2007】200号）中规定的风险接受准则，虹梯关隧道所可能存在的风险在采取相应对策措施后，其风险等级达到低度或中度，达到了可忽略或可接受的水平，对隧道的安全施工没有大的影响。但是，对隧道的残留风险，在施工过程中，要加强监控措施，做好风险管理，以使风险损失达到最小。