隧道安全技术与管理精品文稿.ppt

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1、隧道安全技术与管理第1页，本讲稿共45页隧道工程管理的基本问题n安全：安全为主线n技术：确保掌子面稳定和施工质量n管理：实现风险管理第2页，本讲稿共45页n最近一段时间，安全生产形势十分严峻。特别是地下工程，表现得更为明显。其中瓦斯爆发事故占了很大比重。董家山隧道的特大瓦斯爆发事故就是一例。因此，提高安全生产的意识是非常重要的。第3页，本讲稿共45页n所谓提高安全生产意识，实质上是要认识到任何生产都存在着风险，只是风险有大、有小，有的是可以接受的，有的是不可以接受的。特别是对地下工程来说，风险常常是灾难性的，也是不可以接受的。瓦斯爆发就属于这种类型的风险。n因此、减少风险、控制风险和防止风险就

2、成为工程管理中的重大课题。第4页，本讲稿共45页n如何减少风险、控制风险和防止风险，就要依靠纯熟的技术和完善的管理。n因此，技术和管理就成为工程管理中的重要手段。没有纯熟的技术和完善的管理，就谈不上风险的控制。n因此，这次我想通过董家山隧道的瓦斯爆发事例，来谈一谈安全、技术和管理这样一个对业主来说，必须予以极大关注的问题。第5页，本讲稿共45页一、董家山隧道概况n董家山隧道是都汶公路都江堰眏秀段在建的工程，右洞长4081m，左洞长4111m。左右线隧道中心间隔39m。n董家山隧道位于龙门山构造带中南段，二王庙断裂与眏秀断裂所限制的断块上，其间展布了一系列走向北东北北东的背、向斜以及逆冲断层。隧

3、址内地质为泥岩、砂岩、泥岩砂岩互层、炭质泥岩、薄煤层，有涌水。设计为低瓦斯隧道。第6页，本讲稿共45页二、事故发生范围的地质概况n爆炸事故发生在右线K14870里程附近。该地段的地质状况在“地质勘查报告”、设计文件以及施工中揭露的地质描述中均有详细说明。n“地质勘查报告”中，对该区段的瓦斯描述如下：n岩性以灰色、深灰色泥岩夹炭质页岩、薄煤层（小于0.5m）等软质岩为主，与粉砂岩、细砂岩等硬质岩呈不等厚互层。硬质岩占1/3,软质岩占2/3。该地段受构造影响严重，处于一组背斜、向斜强烈褶皱地带，并有三条走向逆冲断层大角度穿越隧道。断层带及褶曲轴部地带，岩层受强烈挤压，节理裂隙发育，岩体破碎，呈角碎

4、状松散结构或块碎状镶嵌结构。围岩稳定性较差，开挖后拱部无支护时可产生较大坍塌，破碎带易坍塌，并易出现淋水段。此段隧道穿越一组背斜，在其褶曲轴部地带中的炭质泥岩及薄煤层中赋此段隧道穿越一组背斜，在其褶曲轴部地带中的炭质泥岩及薄煤层中赋存有瓦斯等有害气体，有瓦斯聚集涌出的可能存有瓦斯等有害气体，有瓦斯聚集涌出的可能，施工中应该按防瓦斯安全规程进行重点设防，加强通风及瓦斯监测工作。第7页，本讲稿共45页n根据施工记录，施工揭示的施工地质平、纵断面图及地质描述如下。nK14+870位于向斜与背斜交汇的复式褶皱处，开挖面已进入背斜一翼，背斜核心有F11断层通过，向斜核心有F112断层通过，该断面处的上覆

5、和下伏地层中均含23层薄煤层，煤线极为密集，K14870处有小断层存在，在断面上下两侧分别为炭质泥岩和砂岩，有瓦斯溢出，瓦斯检测浓度在施工容许范围之内。n从地质条件和瓦斯溢出的状况看，施工已经进入煤线极为密集、地应力较大、断层发育、瓦斯富集的地段，也是易于坍塌的地段。第8页，本讲稿共45页第9页，本讲稿共45页三、事故发生前的作业情况n事故发生前右洞上半断面已掘进到K14872（下半断面掘进到K14860附近），二次衬砌已到K14803.7，正在进行二次衬砌的灌注作业。两者相距约70m。n2005年10月 12日开挖至K14870处，发现K14790段初期支护变形超限，当即停工，直到事故发生前

6、12月22日，掌子面一直停工。掌子面及附近的施工和工程情况如下：第10页，本讲稿共45页第11页，本讲稿共45页n1）12月16日，距掌子面5m上方，拱顶出现小的掉块，未发生坍塌；n2）12月17日19日，K14790865段初期支护变形，按变更设计的要求，进行了拆换。但前方5m处，塌方成空腔，并有5cm的水流。此处瓦斯检测浓度0.09（瓦斯记录表最高值）。当天下午，业主、监理设计和施工单位到掌子面坍塌现场查看；第12页，本讲稿共45页n3）12月20日n业主、监理、设计和施工，就掌子面处理达成一致意见。当天下午掌子面又发生塌方，致使掌子面后方5m范围内的初期支护全部塌垮，伴随有大的变形和掉块

7、、塌方。虽然对空腔壁进行喷混凝土支护，但未能彻底封闭，还有少量塌方发生。n当时瓦斯检测浓度为0.15（瓦斯记录表最高值）第13页，本讲稿共45页n4）12月21日n对距掌子面5m范围内的塌方空腔继续用喷混凝土封闭，但还有零星掉块的现象。n隧道项目部总工和监理分别向工地高监做了有关坍塌的汇报，约定12月22日下午现场看塌方后，再向设计、业主报告并商定处理方案。第14页，本讲稿共45页n5）12月22日n中午12时45分，监理和工区技术员进洞检查了灌注混凝土二次衬砌的准备工作，13时15分离洞。n距掌子面15m处，下半断面喷射混凝土（中班施工）。n下午14时，工区主任到右洞检查工作，并到掌子面了解

8、到瓦斯浓度情况，无异常。工区主任出洞，准备接待工地高监等人，刚到办公室（会议室）便听到爆炸声。此时约14时50分左右，预计爆炸发生在14时40分左右。n根据以上情况，我们认为：从10月12日12月22日长达70天，没有施做二次衬砌的地段约70m。特别是掌子面处，塌方持续不断，未能防止塌方，对后来的大塌方和瓦斯异常涌出，十分不利。n但瓦斯检测数据表明：瓦斯浓度没有出现异常。浓度均在较低的可控范围之内。第15页，本讲稿共45页n根据调查当时的掌子面塌方的情况示于图。第16页，本讲稿共45页四、瓦斯爆炸原因的分析n1、爆炸的特点n此次爆炸的特点是能量巨大，爆炸产生的巨大冲击波将位于洞口（距爆源145

9、0m）的重达70t的模板台车推到40多米处，使之严重变形。并在洞口附近造成严重伤亡及一些设施的破损。这种情况在过去已经发生瓦斯爆炸的隧道中是少见的。第17页，本讲稿共45页n2、爆炸后洞内状况n24日上午进洞调查，掌子面前方堆积大量塌方石碴。其堆积状况示于上图。n从堆积体情况预计的塌方数量约2000m3左右。根据该段的埋深（H240m）及塌方数量、瓦斯富集程度，伴随塌方有瓦斯异常涌出，造成聚集，这是造成如此巨大瓦斯爆炸的主要原因。第18页，本讲稿共45页第19页，本讲稿共45页n根据对爆炸后的现场观察及调查，发现：n模板台车横向变形、扭转移动；n台车前方（靠掌子面方向）防水板作业架，严重损伤，

10、有向右前方剧烈扭转移动的迹象；n挂在模板台车左侧高约1.5m的配电盘、插座板、开关板有高温燃烧迹象；n模板台车后的混凝土泵的前窗被爆炸气浪严重凹进；第20页，本讲稿共45页n死亡人员的状态：在台车内下方发现二具尸体，上方发现二具尸体（均为二次衬砌工班人员）外，此时正在台车前方施工的人员已经撤到台车之后；说明爆炸发生前，模板台车前方的人员正在撤退之中，爆炸也是在此时发生的。另外施工人员的尸体集中分布在台车后方200m的范围内。n这说明：爆炸发生的地点在模板台车附近爆炸发生的地点在模板台车附近。第21页，本讲稿共45页n从塌方体的形态来看，塌方是沿背斜一翼向上顺岩层层塌方是沿背斜一翼向上顺岩层层面

11、发展的，即向瓦斯富集区域发展面发展的，即向瓦斯富集区域发展。由于该处正在进行塌腔的处理作业，塌腔还没有完全稳定，有继续塌方的可能。n爆炸引发的原因，最可能的情况是：施工中塌腔崩塌，诱发瓦斯异常涌出，造成集聚，由于浓度超限，人员在撤退过程中，浓度增加到爆炸临界值、火花引起爆炸的发生。爆炸又诱发塌方的扩大，瓦斯继续大量涌出。n值得关注的是：瓦斯目前仍在涌出中。第22页，本讲稿共45页n因此，在已经确定发生爆炸地点后，问题集中在造成爆炸的瓦斯来源上。n从爆炸前的瓦斯检测情况看，K14803872一段，掌子面已停止掘进（10月12日12月22日）约70天，根据检测记录：所有测点的瓦斯检测浓度一直无异常

12、，瓦斯浓度与爆炸临界值相差甚远。塌腔顶部的测点浓度同样也与爆炸临界值相差甚远。该地段的初期支护严重变形的拆换作业及塌腔处理（喷混凝土）等作业也一直在进行。n4、瓦斯的主要来源第23页，本讲稿共45页n从检测的数据分析，该地段的瓦斯浓度虽然没有出现异常，瓦斯溢出是一直存在的，但其量值还不足以引起如此巨大能量的爆炸。n因此，造成这种巨大能量的爆炸，必须有大量涌出的瓦斯来源。第24页，本讲稿共45页n该地段地质复杂、富含瓦斯、地应力较大，施工中初期支护严重变形侵限和坍塌。因此，伴随掌子面拱顶坍塌而诱发能够爆炸的瓦斯异常（突然）涌出，是瓦斯是主要来源。n异常（突发）是此次瓦斯涌出的基本特征。第25页，

13、本讲稿共45页n根据事故发生地段的地质构造条件分析，该地段有大量集聚瓦斯的条件；na、地质勘查报告曾明确指出：此段隧道穿此段隧道穿越一组背斜，在其褶曲轴部地带中的炭质越一组背斜，在其褶曲轴部地带中的炭质泥岩及薄煤层中赋存有瓦斯等有害气体，泥岩及薄煤层中赋存有瓦斯等有害气体，有瓦斯聚集涌出的可能有瓦斯聚集涌出的可能，施工中应该按防瓦斯安全规程进行重点设防，加强通风及瓦斯监测工作。爆炸地点与预计的地段相符。第26页，本讲稿共45页nb、设计院给业主的，以“都汶路董家山、龙溪隧道瓦斯工区论证意见（川交设服务（2005）便字第057号文（2005年6月7日）中指出：根据调查、其他瓦斯隧道类比和施工单位

14、现场测试资料总结，可能存在高瓦斯工区的地段的条件为：第27页，本讲稿共45页n1）煤层、煤线、炭质泥岩分布较多的地段；n2）裂隙、断层、揉皱发育段；n3）背、向斜部位；n4）埋深较大。第28页，本讲稿共45页根据以上条件，右线隧道可能出现高瓦斯工区的地段见下表。里程长度（m）预测依据K14+580K15040460煤层、煤线、炭质泥岩较多、背、向斜部位、断层附近、裂隙发育K15+32034020煤层、煤线、炭质泥岩较多、裂隙发育K15+52060080煤层、煤线、炭质泥岩较多、断层附近、裂隙发育K15+980K1602040煤层、煤线、炭质泥岩较多K1614018040煤层、煤线、炭质泥岩较多

15、K16+21025040煤层、煤线、炭质泥岩较多K16+660820160煤层、煤线、炭质泥岩较多、向斜部位、断层附近、裂隙发育合计840并提出加强超前预报、实施动态设计、加强瓦斯检测及通风、资料收集和分析5点建议。第29页，本讲稿共45页nc、施工单位委托康泰咨询公司的评估报告（2005年7月）指出：n1）从现场12次测试数据看，隧道回风流空气中瓦斯含量较高的有3次，分别是6月8日左洞K14533掌子面放炮后，在K14290处测得绝对瓦斯涌出量达0.61m3/min；6月22日左洞K14563掌子面喷混凝土后在K14320处测得绝对瓦斯涌出量达0.54m3/min；6月22日右洞K14578

16、掌子面焊拱架时在K14375处测得绝对瓦斯涌出量达1.48m3/min。说明董家山隧道局部区域瓦斯涌出量较高。此3段均属低瓦斯隧道中的高瓦斯区域。第30页，本讲稿共45页n2）K14550K15040段为类围岩，岩性以灰色、深灰色泥岩夹炭质页岩、薄煤层等软岩为主，且此段隧道穿越一组背斜，在其褶曲轴部地带中的炭质页岩及薄煤层中赋存瓦斯等有害气体，有瓦斯聚集涌出的可能，施工中应重点设防；第31页，本讲稿共45页n3）董家山隧道煤层中为中高变质烟煤，具有较强生烃能力，煤层瓦斯压力较大，根据地质报告，瓦斯压力达0.1720.67MPa，泥质页岩也具有一定的瓦斯压力。可能发生特殊瓦斯涌出，应引起足够重视

17、。第32页，本讲稿共45页n4）根据施工单位日常瓦斯记录分析，隧道局部区域瓦斯绝对涌出量大于0.5m3/min，根据“铁路瓦斯隧道技术规范”属高瓦斯工区；根据“煤矿安全规程”属低瓦斯隧道中高瓦斯区域。第33页，本讲稿共45页nd、从爆炸后的救护队几次进洞的检测看，瓦斯仍然以一定量，一定速度继续涌出。（27日模板台车上部：9.0，下部：0.20.3；28日模板台车处又恢复到0.2左右）浓度变化剧烈，这说明该地段的瓦斯含量在继续涌出，而且异常。第34页，本讲稿共45页结语n1）该地段是瓦斯富集的地段；因此，在低瓦斯隧道中，局部存在高瓦斯区域是可能的；第35页，本讲稿共45页n2）划分了可能发生高瓦

18、斯的区域。推断的区域与发生瓦斯爆炸的地段基本相符。n3）发生瓦斯爆炸地段的掌子面位于龚家向斜和龚家背斜组成的复式褶皱中，这是一个挤压强烈的、地应力相对集中的地段。在此地带中，节理裂隙发育、岩层十分破碎，构成瓦斯赋存的空间。在此地段的前后分别发育F11和F111两条逆冲断层，阻隔了其间瓦斯沿隧道纵向向前后运移的通道。此段隧道洞顶地表正处于自然沟谷低洼之处，覆盖有较厚的堆积层，形成天然的封闭盖层，又阻隔了向斜部位瓦斯沿其一翼向地表排放的通道。第36页，本讲稿共45页n故上述两逆冲断层所夹持的地段，属于具有良好封闭条件的瓦斯赋存地段。但因岩性差异，此地段中，节理裂隙发育程度和岩层破碎程度各有不同，岩

19、体中瓦斯赋存、富集程度也会大有不同。另据施工地质描述，在F11和F112两断层间尚有发育多条次一级小断层，这些小断层又将此地段地层切割为互不连通的小段岩体。各小段岩体中，瓦斯赋存、富集条件也会各有差异。因此，在此遭断层分割的复式褶曲地段，瓦斯的分布既具不均在此遭断层分割的复式褶曲地段，瓦斯的分布既具不均衡性、突发性的特点，又具有相对富集的特点衡性、突发性的特点，又具有相对富集的特点，当瓦斯相对富集的部位，一经揭露，就有突发异常涌出的可能突发异常涌出的可能。n4）从从K14650开始，施工已经进入瓦斯富集的地段。开始，施工已经进入瓦斯富集的地段。第37页，本讲稿共45页n5）瓦斯异常涌出（突然涌

20、出、特殊涌出）的现象，在本地区，曾多次发生，如龙眼睛隧道、炮台山隧道都属于此现象。本隧道发生的瓦斯异常涌出，又一次说明，在此区域进行地下工程建设，对可能出现的瓦斯异常涌出，应格外引起注意，不能按常规视之。此外，从国内外目前的铁路、公路隧道的勘查、施工技术水平来看，瓦斯的异常涌出也具有难于预测的特点。第38页，本讲稿共45页n因此，以上的调查和资料分析，我们认为：n1、根据有关“地勘”资料，从K14650开始，施工已经进入瓦斯富聚的地段；n2、掌子面拱顶处塌方是诱发瓦斯异常涌出、造成聚集，诱发爆炸的主要原因；3、而诱发爆炸的间接原因则是多方面的；如对低瓦斯隧道中可能存在高瓦斯富集区域的警示，未给

21、予足够的重视；采取的措施不力；施工管理中风险意识不强；管理不到位等。第39页，本讲稿共45页应该接受的教训n1、在瓦斯异常地区，行地下工程建设时，对可能出现的瓦斯异常涌出，应格外引起注意，不能按常规视之。如低瓦斯隧道中存在局部高瓦斯富集区域队可能性；n2、在此遭断层分割的复式褶曲地段，瓦斯的分布在此遭断层分割的复式褶曲地段，瓦斯的分布既具不均衡性、突发性的特点，又具有相对富集的既具不均衡性、突发性的特点，又具有相对富集的特点特点，当瓦斯相对富集的部位，一经揭露，就有突突发异常涌出的可能发异常涌出的可能。第40页，本讲稿共45页n3、在低瓦斯隧道可能存在高瓦斯区域的条件为：n 1）煤层、煤线、炭

22、质泥岩分布较多的地段；n 2）裂隙、断层、揉皱发育段；n 3）背、向斜部位；n 4）埋深较大。第41页，本讲稿共45页n4、董家山隧道的掌子面拱顶处塌方是诱发瓦斯异常涌出、造成聚集，诱发爆炸的重要因素，因此施工中必须采取积极措施控制塌方的发生；n5、在低瓦斯隧道中也必须建立严格的瓦斯监测和管理制度。如瓦斯检测、监控、报告制度；瓦斯防爆防火警戒制度；瓦斯隧道仪器、设备、设施检查、维修、检定制度、紧急救援与抢险制度等第42页，本讲稿共45页n6、监理对瓦斯要进行专项监理，而且要配备相关的检测仪器，配备具有瓦斯检测资质的人员进行监理；n7、在施工中，要根据已经揭露的地质情况以及瓦斯赋存情况，业主应委

23、托具有资质的机构进行瓦斯风险的评估；n8、应加强掌子面前方的地质预测、预报，特别是掌子面附近的瓦斯逸出情况的检测；n9、制订瓦斯监测的基准，下表是日本在饭山隧道制订的基准可供参考；第43页，本讲稿共45页 可燃性瓦斯对策管理基准值甲烷浓度管 理基准警报作业火 气限制电源瓦 斯测定通风VolLEL0.000.250.501.001.501051020301平 常作 业基准无平 常作业无 限制通 常测定通 常通风一 次警 戒基准警 戒警报继 续作业警 戒姿态禁 止火 气作业强 化测定发 生源 调查检查、改 善通风二 次警 戒基准避 难基准避 难警报中 止作业、避难截 断洞 内电源增 强通风增 大风量5.0021002禁 止入 洞基准禁 止入洞自 动测定1：法定浓度；2：爆发下限浓度第44页，本讲稿共45页n10、如果在瓦斯区域施工，出现塌方，要格外注意，特别要提醒的是：塌方处的瓦斯检测一定要到位。此时要注意对检测人员的安全保护；n11在低瓦斯隧道中，靠近掌子面附近的机电设备，应坚持采用防爆型的设备；n12，侥幸心理是事故的大敌，在瓦斯隧道的设计，施工及监理中，要对瓦斯进行全过程的精心监控，不能掉以轻心。第45页，本讲稿共45页