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隧洞案例分析题

第一题2009年6月10日,D矿业有限公司某个尾矿库发生特别重大溃坝事故,造成265人死亡、4人失踪、33人受伤,直接经济损失9616万元。

这是一起由于非法违规建设、生产,违规排放尾矿而导致的责任事故。

113名事故责任人受到责任追究。

《安全生产法》规定,矿山、建筑施工单位和危险品的生产、经营、储存单位,应当设置安全生产管理机构或者配备专职安全生产管理人员。

1. 上述以外的其他生产经营单位,从业人员超过()人的应当设置安全生产管理机构或者配备专职安全生产管理人员。

A.100B.200C.300D.350E.500正确答案:C2. 按照《生产安全事故报告和调査处理条例》(国务院第493号令)的规定,这起事故由()负责调查。

A.国务院B.国资委C.事故发生地省级人民政府D.事故发生地设区的市级人民政府E.事故发生地县级人民政府正确答案:A3. 按照《生产安全事故报告和调査处理条例》(国务院第493号令)的规定,这起事故在事故报告时,应逐级上报至()。

A.国务院安全生产监督管理部门和负有安全生产监督管理职责的有关部门B.省人民政府安全生产监督管理部门和负有安全生产监督管理职责的有关部门C.市级人民政府安全生产监督管理部门和负有安全生产监督管理职责的有关部门D.县级人民政府安全生产监督管理部门和负有安全生产监督管理职责的有关部门E.自治区安全生产监督管理部门和负有安全生产监督管理的有关部门正确答案:A4. 如果这起事故在调査过程中需要进行技术鉴定,则正确的是()。

A.事故调查组应当委托具有国家规定资质的单位进行技术鉴定B.必要时,事故调查组可以自己进行技术鉴定C.必要时,事故调查组可以直接组织专家进行技术鉴定D.技术鉴定所需时间计人事故调査期限E.技术鉴定所需时间不计入事故调査期限正确答案:ACE5. 以下有关这起事故提交、批复事故调査报告的期限要求正确的是()。

A.应当自事故发生之日起30日内提交事故调査报告B.应当自事故发生之日起60日内提交事故调査报告C.特殊情况下,经负责事故调査的人民政府批准,提交事故调查报告的期限可以适当延长,但延长的期限最长不超过30日D.负责事故调査的人民政府应当自收到事故调査报告之日起15日内作出批复E.负责事故调査的人民政府应当自收到事故调査报告之日起30日内作出批复正确答案:BE6. 根据《生产安全事故应急预案管理办法》,应急预案应具有()。

A.政策性B.公平竞争性C.科学性D.针对性E.实效性正确答案:CDE7. 如果该尾矿库的全库容为1500万m3,坝高60m,则该尾矿库()。

A.不构成重大危险源B.构成重大危险源C.不需制订事故应急救援预案D.需制订事故应急救援预案E.应进行定期检测、评估、监控正确答案:BDE8. 尾矿库安全度主要根据尾矿库防洪能力和尾矿坝坝体稳定性确定,分为()四级。

A.正常库B.险库C.危库D.病库E.危险库正确答案:ABCD第二题南口岭隧道位于三明市将乐县境内,进口洞门里程K4+635,出口K5+456,全长821m。

地貌上为低山地带,最高山顶高程404.2m,进口山坡坡度20°,出口山坡坡度为50°,沿线植被发育。

根据地质条件及施工条件确定开挖断面为曲墙式多心圆拱,最大开挖尺寸:底宽11.6m,高7.96m。

由于隧洞轴线与多条断层以小交角斜交,且有在断层隔开的蓄水构造,因此围岩破碎多水,泥化膨胀,工程地质条件极差。

加上施工中某些环节考虑不周,故塌方频率高、规模大、处理难,既耗费了大量资金,又影响了工期。

该隧道于2003年9月开工,2006年3月贯通,历时约2年半,造成工期延长,投资增大的主要原因是隧道的多次塌方。

为总结经验,减少事故,本文从施工角度出发,通过塌方成因分析,提出塌方分类设想以及防治要点。

一、请分析塌方原因。

(参考答案)1、塌方与围岩构造断裂带的关系南口岭大地构造处于闽西南地质凹陷带三级构造单元将乐~三明复式向斜的SW翼。

由于多期构造运动的叠加作用,断裂构造十分发育。

隧洞沿线分布的地层为石碳系下统,泥盆系上统的砾岩,含砾砂岩、砂岩、粉砂岩层。

其中泥盆系的粉砂岩多以夹层性质为特征,石碳系局部粉砂岩厚度较大,粉砂岩风化较强。

地层以斜河走向,倾上游,低中等倾角倾向河床为主,局部倾向下游,使岩层构成小型褶皱。

隧洞沿线山势起伏较大,河谷边坡陡峻;沟谷深切发育,主要沟谷的长轴方向与地层走向相近,部分地段山体显得支离破碎,完整性较差。

沿线断裂构造较复杂,以NE~NNE向断层为主,计有16条。

主要大断层有F7、F8、F14等,小则断距为0.1m,大的断距达2~4m,两侧具有影响带1.0~2.0不等,多深切沟谷,陡倾角50°以上,走向基本与洞轴线斜交,交角较小,约为15°~20°。

其中,F7断层构成出露于河谷过坡且与河谷边坡走向近于平行的切割面。

洞轴线岩石表层多为土、碎石残坡积松散层,岩体较破碎,风化作用较强。

地下水较易集中发育,属极不稳定~不稳定围岩。

根据断层带对地下工程围堰应力分布及稳定性的影响,按弹性有限元分析结果:①断裂破碎带内应力差一般都变大。

由于破碎带的存在,开挖过程中围岩应力产生剧烈变化,开挖后应力差迅速增大,使应力超过岩体强度产生拱体效应破坏。

②有断裂的洞体,开挖后拉应力范围扩大,其值也相应地增大。

③断裂带破坏了岩体的连续性,同时积聚了大量的残余应力,应力状态发生了很大的变化,甚至由受压变成受拉状态。

另外,岩石破坏促使岩体进一步风化、雨水积聚、残积土入侵、岩石软化等现象发生。

这就增加了围岩破坏的可能性。

南口岭隧道的施工实践,同样表明了断裂、含水带与塌方相伴存在,几乎是遇大断裂破碎带就产生大塌方,小角度通过小断裂带,若施工大意,也会发生塌方。

2. 地下水的作用地下水活动使岩石泡水、软化,降低围岩强度。

在开挖时,地下水形成指向临空面的渗透压力,加速了围岩破坏的进程。

在桩号K4+780~K4+790段的塌方就是由涌水造成的。

在桩号K4+690~K4+700范围内出现冒顶,是因为地下水位偏高,基础受地下水长期浸泡而失稳,后采取超前排水和管棚相结合的喷混凝土造拱技术才得以通过。

3. 爆破的影响爆破次数越多,由于爆破振动波产生的剪切效应造成松塌的几率越高。

另外,塌方规模和速度对围岩收敛有影响。

一般说,破坏规模越大,速度越快,收敛就越快。

总之,在围岩的内在原因和外部条件的相互促进下,塌方可成带出现,以岩体结构为基础的工程地质分区,可直接确定工程布局,预报施工中可能出现的问题。

二、请指出塌方类型及其规律性(参考答案)1.基本类型的划分南口领隧道在施工中出现的塌方大体可分为以下三类。

第一类:蠕变性塌方。

地质状况为:硬塑的断层泥和縻棱化构造岩;软岩和含膨胀物质具碎裂结构的中硬岩;强或全风化受地质构造影响严重以及非粘性的松散土层冲积层,砂卵石碎石坡积层等,具有裂隙密集、分布杂乱、富含泥质等特征;当有滴水或线状流水时,气急速降低岩体强度,严重影响围岩稳定。

其形成原因是由于吸水膨胀崩解,结果整体强度不足而产生屈服破坏。

处理原则一般宜用柔性支护(喷锚)而且要及时衬砌。

第二类:崩落性塌方。

地质状况为:厚层、块状结构,结构面及其组合杂乱并多有粘土充填,多组裂隙面相互切割造成岩面碎裂——镶嵌结构的中硬岩或软硬互层岩,结构面多为平直光滑或张开,组成各种不利结构面;沿结构面有渗流或小涌水,冲刷充填物,降低其抗剪强度,影响显著。

塌方特征:一部分结构体首先将最弱结构面拉开,然后向自由空间滑移;具鲜明的间歇性,顶拱或侧壁坍塌,断面往往参差不齐。

形成原因,结构面不得组合是造成松脱破坏的关键。

处理原则,应从防止塌方恶化着手,及时处理,小塌清,大塌穿,先护顶后出渣。

第三类:爆破(特殊型)塌方。

地质状况为:洞室埋藏深,整体或大块状结构的新鲜坚硬岩体,呈随机分布的隐微裂隙,无水,洞壁一般干燥。

塌方特征:可随时爆发,岩块四散飞射,伴随着响声,也会开挖后延时发生;以片状剥落,岩面新鲜粗糙。

塌方原因:围岩为高储能体,其天然应力接近或超过了岩体强度,触发破坏。

处理原则:超前孔触发,可喷钢纤维混凝土支护。

2. 发展的阶段性在洞挖实践中可见,大规模塌方,总是从强度低、结构面组合不利的部位首先突破,与此同时,引起应力场和渗流场的急剧恶化,进而发展成全面破坏。

这个变化过程,有明显的阶段性,比如在桩号K4+865~K4+885处的塌方,按其间歇特征,可划分如下三个阶段。

初发阶段。

该处属V类围岩,粘塑性比弹性的性质更为明显。

如支护合理时,水平收敛量稍大于直线,当其速率处于减速或负速阶段时,围岩无疑是趋向稳定的。

相反,各种异常,往往是失稳的先兆,一般在短期内塌高小于1m,即被爆破松动了的岩体分离后,破坏显出停滞期。

平衡拱塌落阶段。

上阶段间隔大约3h左右,如未及时有效支护,洞顶部再次被拉裂,能看到裂缝在开展,同时渗水带出了大量泥质,结果半小时内涌水量就达5L/s,瞬间拉动层塌落,迅猛异常。

后来用二层木架封堵,将破裂口挤压成人造拱之后,松动体塌落,但是由于空腔条件较差,特别是地下水的剧烈运行,平衡拱高并不是塌落的极限高度。

所以,尽管洞内支护已经完成,但破坏依然向上面发展。

其扩展条件主要是水的诱发和结构面的不得组合。

围岩应力超过了岩体强度,应力环呈椭球体那样旋转朝上。

冒顶地面陷落阶段。

当平衡拱全面破坏时,地面下沉速度由初0.5mm/h,增长为9mm/h,直到造拱完成后,渐减为0.3mm/h,整个山坡表现为下滑受堵又上抬的趋势。

经过一个月的变化,地面陷落成口小下大的罐口型。

其中上口φ5m,下底为10m,深20m,在陷落过程中,不但垂直方向产生剪切,水平方向也同时产生张力作用,周围产生许多环向裂缝,这样罐口逐次张开形成窑洞式。

综上所述,围岩由变形发展到不可逆转,塌落与平衡,各阶段间歇的长短,将取决于围岩所处的应力状态和强度条件以及工程因素的相互影响。

所以,观察塌落的间歇规律是研究围岩地质的重要途径。

也只有把握塌方的全过程,才能抓住支护的良好时机,提高处理效果,达到限制塌方恶化的目的。

3. 塌方与围岩类别南口岭隧道的塌方高度与围岩类别有内在的联系,即围岩地质条件差,塌方规模大,塌落也大。

实际上影响塌方的主要因素,除了岩性之外,还取决于结构组合性质、含水程度的施工特征。

一般中等坚硬的层状围岩,收敛变形存在非对称性,急倾的上方容易坍塌,山岩压力也可能是局部的。

薄层缓倾岩层,沿隧洞有斜交或直交的软弱面切割时,将构成平卧式或梯形的分离体。

中厚岩层因为洞顶有夹角小、倾向两侧的软弱面交叉切割,则可能出现棱形分离体。

另外,岩体破碎较均质的话,会经过几次调整,形成对称拱,就会短时间平静。

至于泥石流塌方的发生必需有丰富的散粒物质和较大的渗透压力等特殊条件,其破坏的规模往往受涌水程度的控制。

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