某地铁隧道管片开裂成因分析及安全评价技术总结

1 概述

20xx年x月，某地铁公司运营总部在正常的隧道巡检中发现某区间左线隧道里程zdk27+255.000附近隧道管片出现开裂，随即迅速上报各相关部门。由于该区间目前为处于运营状态，管片开裂轻则对隧道耐久性带来不利影响，重则涉及行车、运营安全，遂引起各方高度关注，组织多次现场专家讨论会，委托我院勘测部对隧道及该段区间地面变形情况进行测量，要求我院对该段区间结构开裂原因进行分析，对其结构安全性进行评价并设计后续处理措施。 2 施工过程调查

开裂区段地面为某小区1～3楼，该小区建于19xx年，为8层框架结构住宅楼，该楼基础采用直径480mm沉管灌注桩，设计桩长约14m，为多桩承台，开裂范围、桩基与隧道的相对关系见图2-1隧道开裂区段平面示意图及图2-2隧道开裂区段纵断面示意图。

该区段隧道顶部埋深约29.5m，隧道顶部以上为，洞身及底部为及。根据详勘报告，残积土、、花岗岩全风化富水性弱，为不透水层。基岩裂隙水主要赋存于基岩强、中等风化裂隙中，透水性弱。此外，报告还述及花岗岩可～硬塑状风化残积砾质粘性土作为不良地质，其中砂和砾石含量较高，孔隙比较大且亲水性强，尽管天然状态下具有一定的强度，但遇水易发生软化崩解。花岗岩全风化带和强风化带的岩石组织结构多已破坏，裂隙发育，长石多已高岭土化，遇水后易发生崩解。土层相关力学参数见表2-1地层设计参数建议值

表。

按照过往施工经验，盾构在此等地层中虽刀盘易结泥饼、遇孤石或上软下硬地层，但总的来说还不至于对施工带来无法克服的困难。而此段隧道更全断面处于花岗岩残积土或全风化花岗岩中，地层较为均一，对施工甚为有利。但通过调查获知，盾构在通过该区段时上部地层及建筑物发生了较大的沉降。

根据资料的描述，左线于20xx年x月x日进入1号楼下方，12月x日通过，左线盾构通过期间建筑物下方地层已被扰动，引起建筑物沉降。

20xx年x月x日，右线盾构机掘sjy1632环时开始进入小区1～3号楼，4月x日凌晨掘至sjy1644环，此时盾构机机头里程为ydk27+244.00，机头进入该楼约20m。早上9：00，测量结果显示建筑物产生较大沉降，导致建筑物墙体出现开裂，部分房间门框变形。

右线盾构机从在某小学操场下方ydk26+520.00更换尾刷，至里程ydk27+245.00已累计完成掘进725m，其中包括266m的硬岩地层，尾刷磨损十分严重，盾构掘进过程中漏浆情况频繁，同步注浆量不能保证。为减少漏浆，在掘进中采用了同步注浆结合管片补充注浆的注浆方式，这种注浆施工工艺本身的缺陷决定了盾构超挖形成的空隙无法得到及时的充填，回填注浆不能做到与掘进同步，注浆的滞后导致建筑物沉降较大。

20xx年x月x日，e4测点沉降值为60.9mm，右线掘进通过后，沉

降值加大到119.9mm。20xx年x月22号，发现管片开裂后，于11月x日再次监测，测点最大沉降比20xx年x月的监测值增加了14mm。这表明该地段围岩依然处于变形调整中。

3 机理分析

至此，裂缝的成因，更准确的来说其机理，已经相当清晰了，一言蔽之，即：后行隧道（右线）未切实填充的管片背后间隙使地层变形得以发展，这一变形作用于先行隧道（左线）使其产生了较大的附加弯矩，随着变形的逐步发展，这超出设计范围的、不均衡的结构体系终于达到屈服而开裂。

前后管片开裂的现象和其后的监测数据在此都得到了相互印证，尤其是右线隧道对地层的二次扰动，使得左线隧道出现了偏向右线隧道的不对称弯矩这一判断更是被裂缝分布——沿隧道掘进方向偏向右线隧道的1点钟位置——所证实。

为更形象的描述这一过程，采用有限元程式对其进行了模拟，即后行隧道通过后不立即激活其衬砌，使其变形自由发展，于是地层位移发生了偏移，先行隧道弯矩最大值产生了约13%的增幅，其指向正是靠近后行隧道的1点钟位置。

需要指出的是，该区段管片配筋量仅120kg/m3，在正常情况下能够满足规范要求，但富裕量较小，这看似不多的弯矩增幅无疑使得管片在对应的位置产生了裂缝。

4 细致论证

至此隧道开裂的力学机理已较为明确，但隧道结构是否仍稳定、

安全，是否能满足运营需要则仍需要通过进一步的分析工作进行判定。那么首先就需要进行假设——裂缝可以用什么来进行模拟。 从效果上来看，管片块与块之间的接缝无疑是一条更为彻底的裂缝——它不仅是通缝，连接这裂缝两端的更是只有两根5.8级m24弯螺栓。再看看国外盾构设计中，对岩层较好的隧道，其管片块与块之间甚至不设连接螺栓，与一环铰链无异。那么，考虑到新增加的裂缝其刚度较分块接缝为大，这样的话似乎可以推出一个结论，即管片裂缝开展不会对管片受力带来不利影响，且将令管片内力趋于均匀，更接近轴心受压构件。

为证明该结论，组织了技术力量对裂缝发展过程与管片内力分布的相互影响进行了分析。分析同样采用有限元软件进行，其重点在于对管片开裂后，塑性铰的形成对结构内力重分布的影响，以及在内力重分布后的安全状态的评价。分析过程的核心在于认为管片在开裂后，裂缝所在位置便形成了塑性铰，相应的其截面刚度下降、弯矩开始向两侧传递释放。

简要对计算模型进行介绍，荷载按相对不利的水土合算模式进行布置，围岩等级考虑地层经过扰动后降一级按ⅵ级围岩进行塌落拱高度计算。

管片模型按三环aba错缝拼装模型，参照现场照片，a环封顶块中心线位于z轴+9°处，b环封顶块中心线位于z轴-27°处。环与环之间纵向连接螺栓采用节点耦合的方式进行模拟，同步其x、z轴向平动位移。环向螺栓采用约束刚度放松的形式进行模拟，刚度设

定参照相关文献中对环向螺栓的转动刚度的设计进行，即

30000knm/rads。管片其余几何参数、材料参数等按实际情况设计。 塑性铰的模拟参照管片环向螺栓的模拟形式，由于无实测资料，偏安全将该塑性铰考虑为一新的螺栓，即其刚度设定为

30000knm/rads。

分析过程共分三步，第一步为对管片在极限状态的荷载作用下，未开裂前的状态；第二步为管片在这一极限状态的荷载作用下，首个塑性铰形成后的状态；第三步为管片塑性铰大规模形成后最终达致稳定的状态。

相关的内力计算结果见图4-3 初始管片内力分布图、图4-4 首次管片开裂塑性铰及内力重分布图、图4-5 最终管片开裂塑性铰及内力重分布图及表4-1 随塑性铰发展管片内力变化。

通过本分析可以发现，由于塑性铰的形成使得管片上的最大弯矩向其他位置转移，管片内力渐趋均匀并逐渐向小偏心受压构件转变。同时，由于塑性铰、螺栓接头都能够传递一部分弯矩，隧道结构仍然处于稳定状态。而对这一工况的分析表明此时结构已经处于小偏心受压构件状态，结构承载能力能够满足《铁路隧道设计规范》的相关要求。同时由于原型隧道特有的拱形受力的特点，其剪力始终偏小，即使考虑裂缝高度为1/2管片厚度，剩下的有效截面仍能够满足抗剪承载能力要求。

5 结论

5.1 分析论证了假定，即：管片的裂缝不会对管片受力带来不利

影响，因为每一次的开裂便带来了一次应力重分布的机会，使得管片受力渐趋均匀。这似乎引入了一个突兀的概念，看似裂缝发展非但无害而且有益。事实上混凝土开裂并非全无代价，众多宽度远超0.2mm的裂缝将使管片耐久性大打折扣，钢筋暴露锈蚀后体积发生膨胀，将混凝土保护层涨裂，又进一步加速了裂缝的开展。更重要的是，每一次裂缝的开展就意味着一次混凝土管片的变形，当这变形累积到一定程度则可能出现问题。

5.2 对于隧道拱形结构其支座处的地基反力是工程设计、施工的关键点，因此在设计中对其地基基床系数及土侧向压力系数的取值需慎重，同时在施工中亦应采取适当的工程措施，确保隧道受力状态与设计假定一致。

5.3 在其后的地面钻孔抽芯中发现，隧道施工对地层扰动高度远远大于理论塌落拱高度，因此对今后同类地层中的隧道设计中建议予以加强垂直方向荷载，以适应掘进过程中由于地层扰动带来的附加荷载。

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第二篇：安全评价技术总结版

第一章

1、简述安全评价内涵？

安全评价（也称风险评价），是以实现工程、系统安全为目的，应用安全系统工程的原理和方法，对工程、系统中存在的危险、有害因素进行识别与分析，判断工程、系统发生事故和急性职业危害的可能性及其严重程度，提出安全对策建议，从而为工程、系统制定防范措施和管理决策提供科学依据。 的中、后期进行，以持续改进为目的。从本质上看，安全验收评价是特殊的安全现状评价。

专项安全评价是在系统寿命期内(不一定是系统有效寿命期)进行的安全评价。其目标是多样性的，可以是针对某一项活动或场所，也可以是针对一个特定的行业、产品、生产方式、生产工艺或生产装置等。如“煤矿专项安全评价”和“非煤矿山专项安全评价”是针对矿山的，“危险化学品专项评价”安全评价，既需要安全评价理论的支撑，又需要理论与实际经验的结合，二者缺一不可。 2、安全评价分为哪几类？各类之间有何异同？ 目前，国内根据工程、系统生命周期和评价的目的，将安全评价分为四类：安全预评价；安全验收评价；安全现状评价；专项安全评价。

安全预评价是根据建设项目可行性研究报告的内容，分析和预测该建设项目可能存在的危险、有害因素的种类和程度，提出合理可行的安全对策措施及建议。安全预评价实际上就是在项目建设前应用安全系统工程的原理和方法对系统(工程、项目)中存在的危险性、有害因素及其危害性进行预测性评价。

安全验收评价是在建设项目竣工验收之前、试生产运行正常后，通过对建设项目的设施、设备、装置的实际运行状况及管理状况的安全评价，查找该建设项目投产后存在的危险、有害因素，确定其程度，提出合理可行的安全对策措施及建议。

安全现状评价是针对系统、工程(某一个生产经营单位的总体或局部生产经营活动)的安全现状进行的评价。通过安全现状评价查找其存在的危险、有害因素，确定其程度，提出合理可行的安全对策措施及建议。

专项安全评价是针对某一项活动或场所，如一个特定的行业、产品、生产方式、生产工艺或生产装置等存在的危险、有害因素进行的安全评价，目的是查找其存在的危险、有害因素，确定其程度，提出合理可行的安全对策措施及建议。

安全预评价在系统设计之前进行，对其后诞生的系统中可能出现的危险性、有害性进行预测和评价并提出安全对策措施，指导系统设计，使诞生的系统达到安全要求。

安全验收评价与安全现状评价同在系统诞生后有效寿命期内进行。前者是在系统诞生并经过早期故障阶段(试生产)，刚进入“系统有效寿命期”时进行，以达标为目的；后者是在“系统有效寿命期”

是针对危险化学品生产经营单位的。 3、简要论述安全评价程序？

安全评价程序主要包括：准备阶段；危险、有害因素识别与分析；定性定量评价；提出安全对策措施；形成安全评价结论及建议；编制安全评价报告。安全评价程序如图所示。 4、安全评价依据有哪些？

国家和地方的有关法律、法规、标准，企业内部的规章制度和技术规范，可接受风险标准，以及前人的经验和教训等。

5论述我国目前的安全生产法律法规体系？ 我国的安全生产法律法规体系大致可分为四个层次：

第一个层次为全国人民代表大会颁布的安全生产法律；

第二个层次为国务院颁布的安全生产行政法规； 第三个层次为国务院下属各部委颁布的政府规章； 第四个层次为省(自治区、直辖市)、地区(市)、县等各级地方人民代表大会或政府颁布的地方性安全生产法规。

6、安全评价内容：①危险危害因素及重大危险源的辨识②重大危险源危害后果分析③定性及定量评价④提出安全对策措施

7、安全评价目的：①促进实现本质安全化生产 ②实现全过程安全控制③建立系统安全的最优方案④ 为实现安全技术、安全管理的标准化和科学化创造条件 第二章

2、简要叙述不同的分类依据下的危险危害因素分类？

（1）按导致事故和职业危害的直接原因进行分类 根据《生产过程危险和有害因素分类与代码》(GB／T 13861-1992)的规定，将生产程中的危险、有害因素分为以下6类。 1)物理性危险、有害因素 2)化学性危险、有害因素

3)生物性危险、有害因素 4)心理、生理性危险、有害因素 5)行为性危险、有害因素 6)其他危险、有害因素

（2）参照《企业职工伤亡事故分类》(GB 6441—1986)进行分类

综合考虑起因物、引起事故的诱导性原因、致害物、三级重大危险源：50m≤R ＜100m； 县、市政府控制

四级重大危险源：R＜50m； 由企业重点管理控制 第三章

1、安全评价的四个基本原理：

相关原理、类推原理、惯性原理、量变到质变原理 伤害方式等，将事故分为20类。

1)物体打击2)车辆伤害3)机械伤害4)起重伤害5)触电6)淹溺7)灼烫8)火灾9)高处坠落10)坍塌11)冒顶片帮12)透水13)放炮14)火药爆炸15)瓦斯爆炸16)锅炉爆炸。17)容器爆炸。18)其他爆炸。 19)中毒和窒息。20)其他伤害。

3、简述辨识危险危害因素有哪些原则？ (1)科学性。(2)系统性(3)全面性。(4)预测性 4、常用的危险危害因素辨识方法有哪些？ （1）对于有可供参考的先例的，可以用直观经验法辩识。直观经验法包括：

①对照分析法； ②类比推断法

（2）对复杂的系统进行分析时，应采用系统安全分析方法。

常用的系统安全分析方法有：安全检查表分析法、预先危险分析法、故障类型及影响分析法、危险可操作性研究、事故树分析方法、危险指数法、概率危险评价方法、故障假设分析法等。 7、我国对重大危险源是如何界定的？

重大危险源是指长期地或者临时地生产、搬运、使用或储存危险物品，且危险物品的数量等于或超过临界量的单元(包括场所和设施)。

8、简要叙述我国重大危险源的分类和分级？ 根据国家安全生产监督管理局《关于开展重大危险源监督管理工作的指导意见》(安监管协调字[20xx]56号)的要求，将重大危险源分为贮罐区(贮罐)、库区(库)、生产场所、压力管道、锅炉、压力容器、煤矿(井工开采)、金属非金属地下矿山和尾矿库等九个方面。

目前我国重大危险源的危险性分级尚未制定统一的分级标淮，在易燃、易爆、有毒的生产场所常见的做法是根据重大危险源的死亡半径R进行分级，将重大危险源划分为四级：

一级重大危睑源：R≥200 m ； 国家主管部门直接控制

二级重大危险源：100 m≤R＜200m； 省和直辖市政府控制

第四章

1、简述安全检查表法的分析步骤、适用范围及优缺点？

三个步骤，即建立合适的安全检查表、完成分析以及编制分析结果文件。

安全检查表是进行安全检查，发现潜在危险的一种简单、经济、有效、可行的常用方法。常常用于对安全生产管理，对熟知的工艺设计、物料、设备或操作规程进行分析；也可用于新开发工艺过程的早期阶段，识别和消除在类似系统的多年操作中所发现的危险。

但要注意安全检查表只能作定性分析，不能定量，也就是说它们不能提供危险度的分级。

安全检查表法受检查表编制者经验、水平、素质的影响。

安全检查表可用于项目发展过程的各个阶段。安全检查表常用于安全验收评价、安全现状评价、专项安全评价，而很少推荐用于安全预评价。 2、简述预先危险分析法的分析步骤与特点？ PHA法包括三个步骤，即分析准备、完成分析和编制分析结果文件。

预先危险性分析是进一步进行危险分析的先导，宏观的概略分析，是一种定性方法。在项目发展的初期使用PHA有如下优点：

1）它能识别可能的危险，用较少的费用或时间就能进行改正；

2）它能帮助项目开发组分析和（或）设计操作指南；

3）方法简单易行，经济、有效。

预先危险性分析对固有系统中采取新的操作方法、接触新的危险性物质、工具和设备时，进行分析也比较合适。

6、比较事件树与事故树分析方法的异同？ 故障树(Fault Tree ，FAT)是一种描述事故因果关系的有方向的“树”，是安全系统工程中重要的分析方法之一。

它能对各种系统的危险性进行识别评价，既适用于

定性分析，又能进行定量分析。

它具有简明、形象化的特点，体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性。 FTA作为安全分析、评价和事故预测的一种先进的科学方法，已得到国内外的公认和广泛采用。 故障树分析法的优缺点及适用范围 1）优点

?它能识别导致事故的基本事件（基本的设备故障）与人为的失误组合，可为人们提供设法避免或减少事故基本原因的线索，从而降低事故发生的可能性；

?对导致灾害事故的各种因素及逻辑关系能作出全面、简洁和形象的描述；

?便于查明系统内固有的或潜在的各种危险因素，为设计、施工和管理提供科学依据；

?使有关人员、作业人员全面了解和掌握各项防灾要点；

?便于进行逻辑运算，进行定性、定量分析和系统评价。 2）缺点

FTA步骤较多，计算也较复杂；在国内数据较少，进行定量分析还需要做大量工作。 3）适用范围

FTA应用比较广泛，非常适合高度复杂性的系统。 ETA的理论基础是决策论。它与FTA正好相反，是一种从原因到结果的自上而下的分析方法。从一个初因事件开始，交替考虑成功与失败的两种可能性，然后再以这两种可能性为新的初因事件，如此继续分析下去，直至找到最后的结果为止。因此，它是一种归纳逻辑树图，能够看到事故发生的动态发展过程。

事件树分析法的优缺点及适用范围 1.优点

事件树分析法可以定性、定量的辨识初始事件发展为事故的各种过程及后果，并分析其严重程度。根据树图可在各发展阶段的每一步采取有效措施，使之向成功方向发展。

是一种图解形式，层次清楚、阶段明显，可以进行多阶段、多因素复杂事件动态发展过程的分析，预测系统中事故发展的趋势。

ETA可看作FTA的补充，可以将严重事故的动态发展过程全部揭示出来。 2.缺点

事件树成长非常快，为了保持合理的大小，往往使

分析必须非常粗；缺少像FTA中的数学混合应用。 3.适用范围

ETA可以用来分析系统故障、设备失效、工艺异常、人的失误等，应用比较广泛。 7、常用评价方法：

①安全检查法②安全检查表法③预先危险性分析法④故障假设分析法⑤故障假设分析/检查表法⑥危险和可操作性研究法⑦故障类型和影响分析⑧故障树分析法⑨事件树分析法⑩危险指数法（日本化工六阶段评价法、道化学、爆炸危险指数评价法、蒙德火灾、爆炸毒性指标评价法） 第五章

1、什么是评价单元？

评价单元就是在危险、有害因素识别与分析的基础上，根据评价目标和评价方法的需要，系统分成有限的、确定范围的评价单元。 2、评价单元划分的原则是什么？ 1）各评价单元的生产过程相对独立； 2）各评价单元在空间上相对独立； 3）各评价单元的范围相对固定； 4）各评价单元之间具有明显的界限。

这几项评价单元原则不是孤立的，是有内在联系的，划分评价单元时应综合考虑各方面的因素进行划分。

3、简述评价单元划分的方法？

1)以危险、有害因素的类别为主划分评价单元 (1)对工艺方案、总体布置及自然条件、社会环境对系统影响等方面的分析和评价可将整个系统作为一个评价单元。

(2)将具有共性危险、有害因素的场所和装置划为一个单元。

2)以装置和物质的特征划分评价单元 (1)按装置工艺功能划分； (2)按布置的相对独立性划分； (3)按工艺条件划分评价单元；

(4)按贮存、处理危险物质的潜在化学能、毒性和危险物质的数量划分评价单元； (5)按事故后果的严重性划分评价单元

(6) 将危险、有害因素特别大的区域、装置作为一个评价单元，将具有类似危险性潜能的单合并为一个大评价单元。

3)依据评价方法的有关具体规定划分 4、简述选择安全评价方法时应遵循的原则？

选择安全评价方法应遵循充分性、适应性、系统性、针对性和合理性的原则。 第六章

1、简述安全对策措施的基本要求？

1)能消除或减弱生产过程中产生的危险、危害； 2)处置危险和有害物，并降低到国家规定的限值内；

3)预防生产装置失灵和操作失误产生的危险、危害；

4)能有效地预防重大事故和职业危害的发生； 5)发生意外事故时，能为遇险人员提供自救和互救条件。

2、简述编制事故应急救援预案对事故预防和控制的意义？

为了避免或减少事故和灾害的损失，应对紧急情况，就应居安思危，常备不懈，才能在生产安全事故和灾害发生的紧急关头反应迅速、措施正确。 而建立事故应急救援体系、制定应急救援预案，便是保障安全生产的一项重大举措。这无论对于各类企业(尤其是事故危险性大的企业)保障安全生产，还是各级政府加强安全生产的监督管理和加大社会公共事务的管理，都是十分必要的。生产经营单位要预防和正确应对生产安全事故或灾害，最有效5）安全生产的过程控制和管理 6）安全生产监督与检查 第七章

的措施就是针对各危险源、危险目标制定应急措施。为正确及时应对重大事故和灾害，生产经营单位应制定事故应急救援预案，政府应建立其辖区的生产安全应急救援体系及预案。

惨痛的生产事故教训使人们清醒地认识到，在防范生产事故工作中，主动预测可能发生的重大生产事故，制订相应的生产安全事故应急救援预案，建立和完善生产安全应急救援体系，一旦在重大生产安全事故发生时，就能够沉着应对，及时采取必要的措施，按照正确的方法和程序对事故进行快速响应与有效控制，救助和疏散人员，最大限度地减少损失，降低事故的危害后果。

3、防火防爆对策措施：㈠防止可燃可爆系统的完成㈡消除、控制引燃能源㈢有效监控和及时处理 4、制定安全管理对策措施应主要考虑哪几个方面？ 1）建立制度

2）安全管理机构和人员 3）安全培训、教育和考核 4）安全投入与安全设施

1、简述安全评价资料、数据采集分析处理的原则和需要注意的问题？

首先应保证满足评价的全面、客观、具体、准确的要求；其次应尽量避免不必要的资料索取，从而给企业带来的不必要负担。

2、简述安全评价结论的编制原则和一般步骤？ ①客观公正性②观点明确③清晰明确 编制安全评价结论的一般工作步骤： 1.收集与评价相关的技术与管理资料；

2.按评价方法从现场获得与各评价单元相关的基础数据； 3.通过数据处理得到评价单元结果； 4.将单元评价结果整合成单元评价小结； 5.将各单元评价小结整合成评价结论。

3、论述建设项目安全验收评价与“三同时”的关系？

《安全生产法》第二十四条规定：“新建、改建、扩建工程项目的安全设施必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投入生产和使用。（简称：“三同时”）安全设施投资应当纳入建设项目概算。”