胡麻岭隧道风险评估报告

新建铁路

兰州至重庆线

兰州至广元段初步设计风险评估报告

胡麻岭隧道风险评估报告

中铁第一勘察设计院集团有限公司

2008年11月

目录

一、编制依据 (1)

二、隧道概况 (1)

（一）地层岩性 (2)

（二）地质构造 (4)

（三）水文地质特征 (5)

（四）不良地质、特殊岩土条件 (8)

三、评估对象范围及目标 (9)

四、风险评估程序和评估方法 (9)

（一）评估程序 (9)

（二）评估方法 (11)

五、风险评估内容 (11)

（一）风险指标体系 (11)

（三）风险清单表 (11)

（三）风险分级及接受准则 (12)

（四）初始风险评定 (14)

（五）初始风险处理措施 (16)

（五）残余风险等级评定 (18)

六、风险评估结果 (22)

一、编制依据

1、《关于印发加强铁路隧道工程安全工作的若干意见的通知》（铁建设【2007】102号）。

2、铁道部《关于进一步加强铁路隧道安全工作的通知》（铁建设【2007】1007号）。

3、铁道部计划司“转发《国家发展改革委关于新建兰州至重庆铁路项目建议书的批复》的通知”（计长函[2007]115号）。

4、铁道部与甘肃省、四川省和重庆市《关于报送新建兰州至重庆铁路可行性研究报告的函》（铁计函[2007]950号）。

5、铁道部计划司《关于下达2007年铁路勘察设计工作计划的通知》（铁计[2006]1号）中附件3《2006年铁路勘察设计工作计划》的要求。

6、铁道部鉴定中心《新建兰州至重庆铁路可行性研究审查意见》（参考初稿）及2007年7月16日?2007年7月21日可研审查会精神。

7、国家发改委委托中国国际工程咨询公司关于《新建兰州至重庆铁路项目可行性研究报告专家组评估意见》（初稿）。

8、其他国家、铁道部规定的安全规程，如《中华人民共和国安全生产法》、《国家突发事件总体应急预案》和《国务院关于进一步加强安全生产工作的决定》、《铁路工程施工安全技术规程》(TB 10401)、《隧道施工安全作业手册》、《铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南》、《铁路建设工程安全生产管理办法》、《铁路营业线施工及安全管理办法》（铁办〔2007〕186号）《铁路瓦斯隧道技术规程》、《铁路隧道监控量测技术规程》等有关规定。

二、隧道概况

胡麻岭隧道工程位于甘肃省境内榆中县与定西市，进口位于榆中县龙泉乡下郭家庄村，出口位于定西县苦河左岸，主要穿行于黄土高原的黄土梁、峁区。地面高程一般为2105～2430m。梁、峁顶部多为耕地，隧道顶部的黄土

冲沟均有季节性流水。山间冲沟发育，下切较深，沟深一般为15～20m，冲沟沟壁陡峭，垂直山脊多呈树杈状分布，交通较为不便。

胡麻岭隧道起讫里程为DK68+626～DK82+234,全长13608m，设计为一座双线隧道，最大埋深295m。除隧道进口936.95m位于半径为6000m的曲线上、洞身2106.05m位于半径为5000的曲线上及出口724.9m位于半径为5000m的曲线上外，其余地段均位于直线上。洞内线路为8.0‰(7974m)、12.8‰(2500m)、13‰(2390m)及12.8‰（744m）的单面上坡。

（一）地层岩性

工程涉及地层主要为：第四系全新统冲积砂质黄土、细圆砾土；第四系上更新统风积砂质黄土、冲积粉质黏土、砂质黄土、黏质黄土、细砂、细圆砾土，中更新统风积砂质黄土及湖积粉质黏土；第三系泥岩、砂岩、砾岩；白垩系砾岩。其特征详述如下：

1、第四系全新统

①砂质黄土（Q4al3）: 主要分布于隧道顶部冲沟中。浅黄-褐黄色，厚1～3m，土质不均，含砾石颗粒及砂透镜体，土体松散，潮湿，○Ⅱ级普通土，σ0 =120kPa。

②细圆砾土（Q4al6）: 主要分布于隧道顶部冲沟中。青灰色，厚0.5～3m，砾石成分以砂岩、花岗岩为主，磨圆度好，粒径φ2～20mm约占40%，φ20～40mm约占20%，φ40～60mm约占10%，φ>60mm约占15%，余为砂土充填，潮湿，稍密，○Ⅱ级普通土，σ0 =400kPa。

2、第四系上更新统

①粉质黏土（Q3al2）：褐黄色为主，厚度1～7.5m，土质均匀，黏性较强，

Ⅱ级普通土，σ0 =150kPa。

硬塑，○

②砂质黄土（Q3al3）: 主要分布于隧道进出口河谷阶地及顶部沟谷两岸阶地上。浅黄-褐黄色，厚5～20m不等，土质不均，局部夹圆砾薄层，稍湿，Ⅱ级普通土，σ0 =150kPa。

稍密，○

③黏质黄土（Q3al3）: 主要分布于隧道进出口河谷阶地。浅黄-褐黄色，厚

Ⅱ级普通土，σ0 =150kPa。

0.8～3m，土质均匀，具孔隙，硬塑，○

④砂质黄土（Q3eol3）:主要主要分布于黄土梁、峁顶部。浅黄色，厚10～30m，土质较均一，含较多虫孔及针状孔隙，垂直节理和裂隙发育，稍湿，稍Ⅱ级普通土，σ0 =150kPa。

密，○

⑤细砂（Q3al4）:分布于隧道出口端。棕红色，厚度1～10.10m，颗粒成分以石英、长石为主，砂质不纯，含砾石及砂质黄土，局部泥质胶结成块状，稍湿，中密，○Ⅱ级普通土，σ0 =150kPa。

⑥细圆砾土（Q3al6）: 主要分布于隧道进口端。青灰色，厚0.5～14m不等，砾石成分以砂岩、花岗岩为主，磨圆度好，粒径φ2～20mm约占45%，φ20～40mm约占10%，φ40～60mm约占10%，φ>60mm约占5%，余为砂土充填，潮Ⅱ级普通土，σ0 =450kPa。

湿，中密，○

3、第四系中更新统

①砂质黄土（Q2eol3）:主要分布于隧道进口段。浅黄色、浅棕红色，厚50～170m，土质较均，含古土壤层，偶见蜗牛壳，潮湿，密实，○Ⅲ级硬土，σ0 =180kPa。

②粉质黏土（Q2l1）：分布于隧道进口段下部，灰黄色、褐黄色，结构较紧

Ⅲ级硬土，σ0 =200kPa。

密，坚硬，○

4、上第三系

①砂岩夹泥岩（N Ms+Ss）:砂岩：棕红色，成分以石英、长石为主，粉细粒结构，泥质胶结，局部夹有砾岩薄层，成岩作用差；泥岩：棕红色为主，泥质结构，泥质胶结，节理裂隙发育，成岩作用差，属极软岩，具膨胀性。砂岩夹泥岩，属软质岩，岩层产状近似水平。风化层厚12～15m，强风化，○Ⅲ级硬土，σ0=300kPa，弱风化，○

Ⅳ级软石，σ0=400kPa。

5、下第三系

①砂岩夹砾岩（E Ss+Cg）:砂岩：棕红色，成分以石英、长石为主，粉细粒结

构，泥质胶结，局部夹有泥岩薄层，成岩作用差；砾岩：暗红色，砾状结构，砾石成分主要砂岩、石英岩及姜石等，颗粒呈圆～次圆状，砾石以直径为2～40mm 为主，最大达100 mm ，泥质胶结，成岩作用差，岩层产状为N73°W/64°S ，风化层厚12～15m ，强风化，○Ⅲ级硬土，σ

=350kPa ，弱风化，○Ⅳ级软石，σ0=450kPa 。 6、白垩系

①砾岩（K Cg ）:暗红色，中厚层状，砾石成分主要砂岩、石英岩等，

磨圆度差，分选差，颗粒多呈棱角状，砾石以直径为2～40mm 为主，最大达100 mm ，泥质胶结，成岩作用差，岩层产状为N7°E/24°N ，风化层厚12～15m ，强风化，○Ⅲ级硬土，σ0=400kPa ，弱风化，○Ⅳ级软石，σ

=600kPa 。

（二）地质构造

工程通过区域就大的构造而言，位于祁连褶皱系构造单元的祁连中间隆起带之东南端，属于多旋迴构造运动表现明显的地区，前震旦纪、阿森特—加里东旋迴的构造运动表现甚为剧烈，使前震旦纪、震旦纪及前寒武纪地层褶皱成山，奠定了本区构造轮廓，褶皱紧闭，具地槽型特点。

工点区表层大部分为风积黄土覆盖，下伏第三系和白垩系泥岩、砂岩及砾岩，构造相对简单，根据区域地质资料、物探成果报告及调查，隧道通过区内构造形态主要有不整合接触带及小型褶皱。 1、不整合接触带：

2．隧道通过区褶皱形态表现很不明显，仅能通过砂岩夹砾岩产状的分析看出，在石门水库附近显示为一向斜形态，轴向近东西。

（三）水文地质特征

1、地下水分布特征及类型

地下水的分布、埋深与含水层（体）的富水性受控于地形地貌、地层岩性、地质构造和气候条件。隧道通过地区属黄土高原区，地表覆盖有厚度较大的第四系砂质黄土，基岩仅在冲沟陡坎处出露。下伏基岩为第三系砂岩夹泥岩、砂岩夹砾岩和白垩系的泥岩夹砂岩，支沟内有冲、洪积物堆积。根据隧道区地形地貌、地层岩性及地质构造等条件，隧道区地下水类型可分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，基岩裂隙水主要为节理裂隙水。

（1）第四系松散堆积层内孔隙潜水

第四系松散堆积层内孔隙潜水属季节性或间歇性的暂时性潜水，分布于第四系地层的孔隙中，与大气降水关系密切，区内降水量小，多集中在7、8、9三个月，分布极不均匀，造成了大气降水补给地下水过程的间歇性，其相对于雨期较为滞后。浅层地下水主要沿基岩垂向裂隙渗入补给深层基岩裂隙水或沿基岩面径流，如此浅层地下水在其介质中的赋存时间相应较短，不会形成稳定的地下潜水含水体，故为季节性或间歇性的暂时性潜水；季节性潜水接受大气降水的直接补给，在补给过程中，由于地面坡度大，降雨量少且大气降水多以面流形式沿地面顺斜坡汇聚于冲沟内形成地表径流，地表砂质黄土亦阻碍对地下水的补给，一般含水量甚微。

（2）基岩裂隙水

节理裂隙水：分布较普遍，由于各种岩层风化带厚度不一，节理裂隙发育程度等因素，变幅较大，地下水储存和补给条件差，水量较贫乏。

2、地下水补给径流排泄条件

隧道区地下水的补给、径流、排泄受控于地形地貌、地层岩性、地质构造和气候条件。

隧道区地下水以潜水为主，受地形、地貌及岩性控制，地下水运移条件十分复杂。地下水在运动过程中主要受裂隙通道控制，无统一的地下水面。地下水以接受大气降水的入渗为主要补给来源。地下水主要以补给地表沟水和泉水形式进行天然排泄。泉水流量均小于1m3/d，且在冬季时均有冻结现象。

3、水化学测试

通过对隧道区地表水、泉水、钻孔水取水样化验可知，共取水样7余组，分别做了全分析、简分析及侵蚀性CO2分析，化验结果，地下水水化学类型为HCO3·SO4—Na、SO4·Cl—Na·Ca、SO4-Na·Ca型水，PH值6.99～7.05，矿化度一般1.12～2.28g/l，硫酸根离子含量960.6mg/l，氯根离子含量347.4mg/l，根据环境水对混凝土侵蚀判定标准属硫酸盐侵蚀及氯盐侵蚀，环境作用等级H2，L1。

4、隧道涌水量预测计算

根据两种方法计算的涌水量，考虑隧道涌水的不可预见性，在设计中以计算结果较大的降水入渗法作为本次设计涌水量，即预测隧道正常涌水量为3250m3/d、最大总涌水量为9750m3/d。

5、地下水富水性分区

根据水文地质调查、隧道洞身位于含水层的状况及水文地质计算分析，隧道地下水富水性为弱富水区，其主要特征：

隧道通过地段因受构造活动影响小，地下水的赋存主要受延伸长大的构造节理及风化裂隙、节理密集带控制，具较好的储水条件，但富水性较差，

单位正常涌水量为234.1m3/d·km。

本区地下水主要接受大气降水补给，以泉水或区域径流方式排泄为主，径流排泄条件一般，动态变化大，季节性降水及地表水体对地下水有一定影响。

6、隧道工程水文地质条件评价

根据水文地质调查及涌水量计算并依据隧道水文地质特征所划分的弱富水段，对隧道工程水文地质进行分段评述

（1）DK68+626～ DK69+450隧道进口段为黄土梁斜坡，该段地层岩性主要为第四系砂质黄土，砂质黄土大孔隙发育。但其处于黄土梁斜坡地貌中，地形坡度大,补给来源少，且埋藏浅（其厚度小于100m）,属于弱富水段。预测单位正常涌水量为195.6m3/d·km，基本不会产生大的涌水现象。

（2）DK69+450～DK72+370段，该段地层岩性为砂质黄土，大孔隙及垂直节理发育。位于黄土梁峁地貌中的梁顶及冲沟，水的补给来源不充分。属于弱富水段。预测单位正常涌水量为243.8m3/d·km，基本不会产生大的涌水现象。在DK72+270～DK72+370段，是第四系中更新统砂质黄土与白垩系砾岩接触带，由于砾岩成岩作用差且强风化，为储水创造了条件，水量较大，隧道通过该段时，有出现集中涌水的可能。

（3）DK72+370～DK76+420弱富水段，洞身穿越砾岩或砂岩夹砾岩。地貌上处于黄土梁峁地貌中的梁顶及冲沟,埋深较大，补给来源不充分，属弱富水段。预测单位正常涌水量为234.1m3/d·km，基本不会产生大的涌水现象。

（4）DK76+420～DK76+775弱富水段，为洞身浅埋段，穿越马家庄沟,其表层为第四系全新统冲积砂质黄土及粗角砾土，孔隙较发育，下第三系砂岩夹砾岩，节理发育。该段埋深33～90m，隧道穿越该段时有涌水的可能。预测单

位正常涌水量为293m3/d·km。

（5）DK76+755～DK77+710弱富水段，洞身穿越下第三系砂岩夹砾岩。地貌上处于黄土梁峁地貌中的梁顶及冲沟,埋深较大，补给来源不充分，属弱富水段。预测单位正常涌水量为234.2m3/d·km，基本不会产生大的涌水现象（6）DK77+710～DK78+518弱富水段，为洞身浅埋段，穿越奶长沟, 其表层为第四系全新统冲积砂质黄土及粗角砾土，孔隙较发育，上第三系砂岩夹泥岩，节理发育。该段埋深15～100m，隧道穿越该段时有涌水的可能。预测单位正常涌水量为292.1m3/d·km。

（7）DK78+518～DK82+234弱富水段，洞身穿越低中山峡谷区，地表发育各冲沟均属季节性流水，补给来源不充足，水量较小，地层主要为下第三系砂岩夹泥岩，基岩裂隙较发育，含有少量基岩裂隙水，属弱富水段。其中DK82+196～DK82+234隧道出口段为黄土梁斜坡,地层岩性主要为第四系风积黄土，砂质黄土大孔隙发育，但其处于黄土梁斜坡地貌中，地形坡度大,补给来源少，富水性较差。预测该段单位正常涌水量为234m3/d·km，基本不会产生大的涌水现象。

（四）不良地质、特殊岩土条件

1、不良地质

该隧道工程范围内不良地质主要为滑坡及黄土陷穴。

（1）滑坡：位于隧道进口端DK68+600～+850段右侧约100m处，外貌呈圈椅状，后壁形态不明显，滑坡宽约350m，轴向长约280m，滑坡体厚度约15～20m，主滑方向近平行于线路，该滑坡离线路远，对工程无影响。

（2）黄土陷穴：DK78+275～+310段发育黄土陷穴约5个，呈串珠状分布，陷穴直径约1～3m，深约3m，底部连通。隧道在此段浅埋，陷穴位于隧道正上方，对工程有一定影响。

1、特殊岩土

隧道通过区主要特殊岩土为湿陷性黄土、膨胀土（岩）。

（1）湿陷性黄土

隧道进口段约350m位于砂质黄土中。第四系上更新统冲积、风积砂质黄土具湿陷性，湿陷类型为自重，湿陷等级为Ⅲ级，湿陷土层厚10～25m；出口端约30m位于第四系上更新统风积砂质黄土中，具湿陷性，湿陷类型自重，湿陷等级Ⅱ级，湿陷厚度5～12m。

（2）松软土

根据附近静力触探报告，隧道进口端黄土层自地面以下约5m为松软土。（3）膨胀土（岩）

根据试验资料，隧道进口段第四系中更统风积砂质黄土具有膨胀性，属膨胀土；

隧道通过区第三系泥岩具有膨胀性，属膨胀岩。

三、评估对象范围及目标

评估对象：胡麻岭隧道。

评估目标：通过对风险评估，识别所有潜在的风险因素，确定风险等级，提出风险处理措施，将各类风险降到可接受水平，从而达到保障安全、保护环境、保证建设工期、控制投资提高效益的目的，后果或损失与评估目标关系见下表。

后果或损失与评估目标关系表

（一）评估程序

1、风险评估的基本程序

（1）对初始风险进行评价，对初始风险进行识别，形成风险清单表，分别确定各风险因素对目标风险发生的概率和损失；

（2）分析各风险因素的影响程度（权重），并进行多风险因素综合影响分析；

（3）评价初始风险等级；

（4）根据评价结果制定相应的风险处理方案或措施；

（5）对风险进行再评价，提出残留风险等级。

2、风险评估流程图

图4－1 风险评估流程图

（二）评估方法

风险估计和评价可采用专家调查法、风险矩阵法、层次分析法、故障树法、模糊综合评估法、蒙特卡罗法、敏感性分析法等方法。

由于铁路隧道风险评估刚刚起步，在缺少足够数据的情况下，可主要采用主观估计的方法（专家调查法），先由评估单位或专家对风险因素的发生概率和权重做出一个主观估计，然后通过专家委员会对评估报告进行评审，对隧道的风险等级及风险应对措施提出指导性意见（即头脑风暴法）。

五、风险评估内容

（一）风险指标体系

隧道风险指标体系

胡麻岭隧道风险清单表

注G-表示地质因素

（三）风险分级及接受准则

1、铁路隧道风险分级包括事故发生概率的等级标准、事故发生后果的等级标准和风险的等级标准。

2、事故发生概率的等级分成五级，如下表所示：

3

（1）经济损失是指风险事故发生后造成工程项目发生的各种费用的总和，包括直接费用和事故处理所需的各种费用，如下表所示：

经济损失等级标准

伤亡的类别和严重程度进行分级，如下表所示。

人员伤亡等级标准

注：F=死亡人数 SI=重伤 MI=轻伤

（3）工期延误是指工程风险事故引起的工程建设时间的延长。对不同性质的工程和建设工期，采用不同的延误时间。

工期延误等级标准

染等，根据其影响程度进行分级。

环境影响等级标准

的；“永久的”含义为不可逆转或不可恢复的。

4、根据事故发生的概率和后果等级，将风险等级分为四级，如下表所示。

风险等级标准

风险接受准则与采取的风险处理措施

（四）初始风险评定

通过对胡麻岭隧道的地层岩性、工程地质、地质构造、水文地质及特殊地质进行详细分析后，统计出胡麻岭隧道在不采取任何措施情况下的目标风险等级（初始风险等级表），见表4-1。

胡麻岭隧道正洞初始风险等级表表4-1

1、隧道洞口边仰坡易产生滑坍失稳，对洞内或洞口施工安全造成重大威胁。

风险处理措施：洞口工程应与洞口相邻工程统筹安排、及早完成，施工宜避开雨季及严寒季节。洞口施工前，应先检查边、仰坡以上的山坡稳定情况，及时清除悬石、处理危石，并应进行不间断监测。结合现场地形，洞口边、仰坡应及早做好坡面防护，确保洞口稳定。洞顶边、仰坡周围的排水系统宜在雨季前及边、仰坡开挖前完成。隧道开挖应力求早进洞，避免出现深路堑或高边坡，尽量减少对山体的破坏，防止水土流失。洞口土石方工程施工应自上而下分层开挖、分层防护，洞口位于砂质黄土中，边仰坡采用M0浆砌片石防护。洞口段开挖到隧底标高后，应及时施作排水侧沟。

2、洞口或洞身浅埋地段，容易产生坍塌冒顶、引起地表沉陷或边坡滑坍，危及施工人员及设备安全。

风险处理措施：根据现场实际情况，应建立完善的监控量测系统，及时进行拱顶下沉、周边位移及地表沉降量测，及时掌握围岩变化情况。设计中考虑采取超前小导管支护措施，并对围岩进行注浆加固处理，必要时可采取地表注浆处理措施。根据围岩条件及监控量测资料，合理确定开挖进尺，以确保开挖、支护质量及施工安全。尽早进行仰拱落底施工，及使支护结构封闭成环，以减少围岩变形，并严格控制落底进尺。浅埋段施工时，Ⅴ级围岩

采用三台阶开挖方法。为保证安全进洞，在拱部设一环φ108管棚超前支护，隧道开挖后，应及时架立钢架，施做锚杆及喷混凝土支护措施，并遵循“管超前、勤量测、及封闭、强支护”的施工程序。

3、第四系上更新统砂质黄土、上第三系砂岩夹泥岩节理裂隙发育，容易局部掉块坍塌，对洞内施工可能造成威胁地段。

风险处理措施：根据现场实际情况，可利用手喷混凝土系统向坍塌处喷射混凝土，及时封闭围岩，减少岩石暴露时间，并安装钢拱架，以防止继续坍塌掉块，必要时可采用超前支护加固围岩，以防止隧道坍塌掉块。

4、第三系泥岩、砂岩、砾岩，成岩作用差，属软质岩、岩性接触带、岩体破碎、浅埋段等易产生围岩易失稳的地段，可能造成掌子面或拱墙坍塌，引发隧道大型塌方，危及施工人员及设备安全。

风险处理措施：根据现场实际情况，可利用手喷混凝土系统向坍塌处喷射混凝土，及时封闭围岩，减少岩石暴露时间，并安装钢拱架，以防止继续坍塌掉块，必要时可采用超前支护加固围岩，以防止隧道坍塌掉块。

5、隧道洞身DK76+636-+775、DK78+008-+333段埋深较浅，左侧水库蓄水后水位高于线路高程50m左右。浅埋地段发生突然涌水对洞内人员安全造成危害;

风险处理措施：尽量在水库未蓄水前完成该段工程，开挖后根据地质条件采用径向注浆，封堵基岩裂隙，采用全包防水，保证防水效果。

6、隧道通过砂质黄土地段易发生塌方。

风险处理措施：

通身通过黄土地段隧道的施工应采用机械和人工挖掘，不宜采用钻爆法施工。隧道施工前应详细调查隧道通过地区冲沟、陷穴分布情况，并对其进行夯填、浆砌片石铺砌处理，防止地表水下渗，对隧道施工产生不安全因素。隧道的施工应根据隧道断面大小、埋深采用环形开挖预留核心土法、中隔壁法等分部开挖法。

（五）残余风险等级评定

通过对胡麻岭隧道初始风险等级的评定，对安全等级为“高度”的风险事件必须采取有效的措施，使风险降低到可以接受的范围。对初始风险采用相应的工程处理措施以后，进行残余风险评估，残余风险等级见表5-1。