隧道施工安全應(yīng)注意的幾個問題

隧道施工安全應(yīng)注意的幾個問題某公司在建隧道多達(dá)100余座，總延長140余公里。一方面，表明我們已成為隧道及地下工程施工行業(yè)的一支重要力量，另一方面，隧道施工安全問題也隨之被提上重要議事日程上來。隧道施工安全是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，哪一個方面、哪一個階段、哪一個環(huán)節(jié)的工作沒有做好都可能釀成事故。如何有效地確保隧道施工安全，是擺在我們集團(tuán)公司廣大隧道施工管理者和技術(shù)人員面前的一個課題。一、開挖是隧道施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)開挖工作是隧道施工的第一流程，開挖工作的優(yōu)越與否直接影響隧道施工的安全、質(zhì)量和效益。提高光面爆破，可以減少對圍巖的擾動，減少應(yīng)力集中，有利于自然拱的形成，便于噴砼工藝，因此，隧道施工安全的關(guān)鍵是開挖。良好的光面爆破可以減少超欠挖，這樣減少了欠挖處理及超挖石碴的外運(yùn)量，減少襯砌時砼的回填量，而且砼襯砌厚度均勻減少了應(yīng)力集中。因此，開挖也是影響隧道襯砌工作的關(guān)鍵。開挖是關(guān)鍵，還在于開挖決定了隧道的初始幾何尺寸，表明了隧道的貫通及誤差，一旦開挖出了問題，其它后續(xù)工序也就失去了意義，再次施工安全就很可能得不到保障。爆破參數(shù)設(shè)計(jì)是光爆控制的重要環(huán)節(jié)，在綜合考慮圍巖狀況、巖石整體性好壞、節(jié)理裂隙發(fā)育規(guī)律等多方面因素后，精確合理地設(shè)計(jì)爆破參數(shù)，降低工料消耗，提高光面爆破效果。鉆孔設(shè)備的選擇對光面爆破的效果起重要作用，目前隧道開挖絕大多數(shù)采用人工開挖的方式，因此，操作手的經(jīng)驗(yàn)及熟練程度至關(guān)重要。很多項(xiàng)目在施工隧道前對操作人員進(jìn)行了崗前培訓(xùn)，操作人員在施鉆時抓住了“準(zhǔn)、平、齊、直”的要點(diǎn)，同時對風(fēng)槍進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)，改造了部分風(fēng)槍油壺的位置，減少了鉆爆形成的臺階，拱頂和邊墻光面爆破均達(dá)到了很高的水準(zhǔn)。二、防坍是保證隧道施工安全的最重要環(huán)節(jié)開挖中最重要的一點(diǎn)就是防塌。山嶺隧道施工絕大部分采用傳統(tǒng)的施工方法——鉆爆法施工。鉆爆法施工的山嶺隧道由于受炸藥爆破震動的影響，破壞了原有巖體內(nèi)部受力平衡，當(dāng)施工方法不當(dāng)或支護(hù)不力時，圍巖就會因失穩(wěn)而發(fā)生坍塌。因此，采用鉆爆法施工的山嶺隧道如何防止坍方是確保隧道施工安全和工程質(zhì)量的關(guān)鍵。1.易發(fā)生坍方的地形和部位在山區(qū)修建隧道，由于隧道穿越地區(qū)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的復(fù)雜多變，決定了山嶺隧道的施工難度。下面列舉容易發(fā)生塌方的地段和部位，以便遇到類似情況時能引起高度重視。(1)容易發(fā)生塌方的地段a.埋深較淺地段：山嶺隧道埋深在200米以下時，圍巖由于受到地表水侵蝕，巖層風(fēng)化嚴(yán)重，如施工不當(dāng)易發(fā)生塌方。b.斷層破碎帶及斷層影響帶：因其圍巖破碎，自穩(wěn)能力差，并含有大量的填充物和地下水，如施工不當(dāng)易發(fā)生塌方。c.巖層接觸帶：因其巖層不同，且大多伴有小構(gòu)造，如重視不夠可能會發(fā)生塌方。d.高應(yīng)力地段：在軟質(zhì)圍巖中，由于受到高地應(yīng)力的影響，圍巖變形較大，若支護(hù)不力極易發(fā)生坍方。e.在高水位富水地段：巖溶呈不規(guī)律性分布，隨時遇到意想不到的溶洞，若防備不及，溶洞內(nèi)的填充物涌出或坍塌，也會給工程造成不利的影響。(2)容易發(fā)生坍方的部位a.隧道洞口：隧道洞口集埋深淺、石質(zhì)較差、受力結(jié)構(gòu)復(fù)雜等不利因素于一體，處理不當(dāng)極易發(fā)生坍方。b.隧道拱腳：當(dāng)采用臺階法施工開挖下半斷面時，若拱腳支護(hù)不力，極易造成坍方。c.隧道墻腳：當(dāng)進(jìn)行檢底施工時，措施不當(dāng)墻腳懸空時，致使邊墻失穩(wěn)而發(fā)生偏幫。d.隧道拱部：地質(zhì)條件較差，拱部變形較大，支護(hù)強(qiáng)度不足時，易發(fā)生拱部坍塌。e.隧道與隧道的交叉部位，即主洞與支洞交叉的部位，也就是通常所說的交叉三角區(qū)，如果處理不當(dāng)，支護(hù)不力，極易發(fā)生坍方。f.在水平巖層或近似水平巖層中，拱部易發(fā)生掉頂；在垂直巖層或近似垂直巖層中，邊墻易發(fā)生偏幫。2.防止出現(xiàn)坍方的預(yù)防措施在山嶺隧道施工中，如果施工方法及支護(hù)手段使用不當(dāng)，不僅不能加快施工進(jìn)度，而且也不能保證工程質(zhì)量和施工安全，易造成坍方。為此，特別強(qiáng)調(diào)：（1）選擇合適的施工方法隧道施工過程和方法是多種多樣的，目前在我們經(jīng)常采用的礦山法中大致有全斷面法、臺階法和分部開挖法三大類。在當(dāng)前的施工實(shí)踐中，采用最多的方法是臺階法（含環(huán)形開挖預(yù)留核心土法），其次是全斷面法。在大斷面隧道中，中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法采用較多。選擇施工方法，并不完全決定于地質(zhì)條件。地質(zhì)條件僅僅是選擇施工方法的一個因素，而更應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是：施工方法必須符合快速、安全、質(zhì)量及環(huán)境的要求。其中環(huán)境因素有時成為選擇施工方法的決定性因素。選擇施工方法時需考慮的基本因素大體上可歸納為：a.施工條件：實(shí)踐證實(shí)，施工條件是決定施工方法的最基本因素，它包括一個施工隊(duì)伍所具備的施工能力、素質(zhì)以及管理水平。目前我集團(tuán)隧道施工隊(duì)伍的素質(zhì)和施工裝備水平，有高有低，參差不齊，因此，在選擇施工方法時，不能不考慮這個因素的影響。b.圍巖條件：也就是地質(zhì)條件，其中包括圍巖級別、地下水及不良地質(zhì)現(xiàn)象等。圍巖級別是對圍巖工程性質(zhì)的綜合判定，對施工方法的選擇起著重要的甚至決定性的作用。c.隧道斷面積：隧道尺寸和形狀，對施工方法選擇也有一定的影響。目前隧道斷面有向大斷面方向發(fā)展的趨勢，如公路隧道已開始修建3車道甚至4車道的大斷面，水電工程中的大斷面洞室，更是屢見不鮮。在這種情況下，施工方法必須適應(yīng)其發(fā)展。在單線和雙線的鐵路隧道中，越來越多地采用了全斷面法及臺階法；而在更大斷面的隧道工程中，先采用各種方法修小斷面的導(dǎo)坑，再擴(kuò)大形成全斷面的施工方法極為盛行。d.埋深：隧道埋深與圍巖的初始應(yīng)力場及多種因素有關(guān)，通常將埋深分為淺埋和深埋兩類，有時將淺埋又分為超淺埋和淺埋兩類。在同樣地質(zhì)條件下，由于埋深的不同，施工方法也將有很大差異。f.工期：作為設(shè)計(jì)條件之一的施工工期，在一定程度上會影響基本施工方法的選擇。因?yàn)楣て跊Q定了在均衡生產(chǎn)的條件下，對開挖、運(yùn)輸?shù)染C合生產(chǎn)能力的基本要求，即對施工均衡速度、機(jī)械化水平和管理模式的要求。g.環(huán)境條件：當(dāng)隧道施工對周圍環(huán)境產(chǎn)生如爆破振動、地表下沉、噪聲、地下水條件的變化等不良影響時，環(huán)境條件也應(yīng)成為選擇隧道施工方法的重要因素之一，在城市條件下，甚至?xí)蔀檫x擇施工方法的決定性因素。(2)各種施工方法在不同圍巖和隧道中適用情況a.全斷面法適用于單線鐵路隧道Ⅰ～Ⅲ級圍巖、鐵路雙線隧道及公路隧道Ⅰ～Ⅱ級圍巖地段。通常采用全斷面鉆孔一次起爆方法。為控制好開挖輪廓，減少超欠挖，提高光面爆破效果，可推廣預(yù)留光爆層的開挖方法。b.臺階法適用于單線鐵路隧道Ⅲ、Ⅳ級圍巖、鐵路雙線隧道及公路隧道Ⅲ級圍巖地段。臺階數(shù)量和長度，要根據(jù)圍巖條件而定。Ⅲ級圍巖一般采用兩臺階法；Ⅳ級圍巖及Ⅲ級偏弱圍巖，可改用三臺階法。臺階法施工的循環(huán)進(jìn)尺，要根據(jù)開挖跨度和圍巖類別、自穩(wěn)時間嚴(yán)格控制，并與初期支護(hù)鋼架設(shè)計(jì)間距相對應(yīng)。每次以架立1～2榀鋼架為宜。上部斷面開挖視圍巖自穩(wěn)條件，可采用一次開挖成形和環(huán)形導(dǎo)坑預(yù)留核心土開挖法，該法適用于單線鐵路隧道Ⅳ、Ⅴ級圍巖、鐵路雙線隧道及公路隧道Ⅲ、Ⅳ級圍巖地段。當(dāng)圍巖自穩(wěn)性很差時，必須采用小導(dǎo)管或錨桿(注漿)等超前支護(hù)措施；土質(zhì)隧道還可采用人工預(yù)切槽，槽內(nèi)嵌設(shè)鋼架，噴混凝土預(yù)支護(hù)后再開挖的方法。下部斷面(中、下層臺階)是開挖作業(yè)的重要環(huán)節(jié)。近年來，在下部開挖中，因方法欠妥，作業(yè)不慎引起初期支護(hù)失穩(wěn)造成的重大坍方事故已有多起，必須引起高度重視。在開挖順序上，宜采用先挖側(cè)槽、左右錯開向前推進(jìn)的做法，不宜采用拉中槽挖馬口的方法。側(cè)槽開挖長度，靠近邊墻范圍應(yīng)采用風(fēng)鉆、風(fēng)鎬手工開挖，人工清壁扒碴，嚴(yán)禁使用重型機(jī)械開挖和裝碴，以免對圍巖過大擾動、破壞圍巖和初期支護(hù)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。c.分部開挖法分部開挖法主要有雙側(cè)壁導(dǎo)坑法（適用于單線鐵路隧道Ⅴ、Ⅵ級圍巖、鐵路雙線隧道及公路隧道Ⅳ～Ⅵ級圍巖）、中隔法（適用于單、雙線鐵路隧道Ⅴ級圍巖、淺埋隧道及三線隧道）或交叉中壁法（適用于雙線、三線隧道Ⅴ、Ⅵ級圍巖及淺埋隧道）。這些施工方法也適用于對地表沉降有嚴(yán)格限制的城市公路隧道。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在控制地中和地表下沉方面，優(yōu)于其它施工方法。此外，由于兩側(cè)導(dǎo)坑先行，能提前排放隧道拱部和中部土體中的部分地下水.為后續(xù)施工創(chuàng)造條件。因此城市淺埋、軟弱、大跨公路隧道和山嶺軟弱破碎、地下水發(fā)育的大跨隧道可優(yōu)先選用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。d.進(jìn)洞方法進(jìn)洞施工方法要根據(jù)洞口段地形、地貌和圍巖條件而定。洞口段為整體性好的Ⅰ、Ⅱ級硬巖時，路塹成型后，即可按全斷面法直接進(jìn)洞。洞口段為淺埋、坡積、軟弱的Ⅳ、Ⅴ級圍巖時，宜采用臺階法進(jìn)洞。一般應(yīng)結(jié)合洞口路塹施工分層開挖，到達(dá)暗洞進(jìn)口里程前4m左右，沿設(shè)計(jì)開挖廓線外0.1m施作管棚(常用￠42mm小鋼管，有條件的也可用￠89mm鋼管)超前支護(hù)，而后按臺階法施工。拱部要采用環(huán)形開挖留核心土法，下部視情況分一層或兩層開挖。為確保安全順利進(jìn)洞，暗洞前4m的初期支護(hù)通常做成套拱。當(dāng)暗洞掘進(jìn)20米左右后，要及時施作仰拱和二次襯砌。(3)采用正確的支護(hù)手段和方法除了施工方法安全合理實(shí)用外，采用合理、經(jīng)濟(jì)的施工支護(hù)手段也是防止隧道坍方的關(guān)鍵。隧道支護(hù)應(yīng)根據(jù)不同的圍巖級別及地質(zhì)狀況進(jìn)行施作，對洞口存在堆積體、滑坡體、淺埋及軟弱地層等不良地質(zhì)隧道，可采用大管棚、小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)，地表注漿加固及地面旋噴樁加固等措施。部分隧道洞口設(shè)置抗滑樁保證坡體的整體穩(wěn)定，進(jìn)洞后盡快施做洞門，確保進(jìn)洞洞口安全；洞內(nèi)軟弱地層地段以錨、噴、網(wǎng)為主要支護(hù)手段，必要時加格柵鋼架，強(qiáng)化支護(hù)措施，同時減少對巖體的擾動，抑制圍巖過度松弛變形，確保洞內(nèi)施工安全。一次支護(hù)是主要受力結(jié)構(gòu)，應(yīng)按永久結(jié)構(gòu)沒計(jì)，且必須在其基本穩(wěn)定后開始進(jìn)行防水層和二次模筑襯砌，尚未穩(wěn)定情況下，企圖用模筑襯砌進(jìn)行支護(hù)是不安全的，襯砌會產(chǎn)生開裂。若采用鋪底超前、仰拱超前的模筑襯砌的方法，是有利于地層穩(wěn)定的。一次支護(hù)由鋼筋網(wǎng)、鋼拱架、噴混凝上組成，鋼拱架接頭聯(lián)結(jié)處設(shè)鎖腳錨管(灌漿)。二次襯砌為安全儲備和承受部分流變荷載、地震力等。二次襯砌由模筑混凝土、鋼筋混凝土兩種型式組成。3.施工中應(yīng)注意以下問題(1)淺埋或軟弱圍巖隧道正臺階施工不允許分長、中、微臺階，臺階長度為一倍洞徑，第一個上臺階高度定為2.5m，有利于快速將頂部一次支護(hù)、網(wǎng)構(gòu)鋼架安裝定位，有利于安全。小導(dǎo)管長度應(yīng)為臺階高度加1m。所以，初期設(shè)置小導(dǎo)管長度3.5m是指臺階高度2.5m時的情況。(2)大斷面硬巖隧道宜采用小導(dǎo)洞超前爆破，可減震30％，取消預(yù)裂爆破。也可采用小TBM超前，鉆爆法擴(kuò)大。其優(yōu)點(diǎn)為：(1)可以超前預(yù)報(bào)；(2)爆破減振30％，炸藥比全斷而爆破減少5％～10％；(3)擴(kuò)大爆破，炮眼利用率為100％，所以提高開挖速度2～3倍：(4)炮眼半孔保仃率80％，線形超挖<10cm；(5)爆破碴堆、碴塊均勻、集中，便于快速出碴；(6)縱向爆破沖擊波小，對后部工序影響小。(3)在任何情況下，使隧道斷面能在較短時間內(nèi)閉合是極為重要的。(4)支護(hù)結(jié)構(gòu)施工必須是一次支護(hù)從上向下施作，二次模筑襯砌必須從下向上施作。（5）在軟弱地層段隧道襯砌施工采取緊跟的原則：即襯砌施工以距掌子面不超過150米為限。仰拱超前、襯砌緊跟能在洞內(nèi)迅速形成閉合環(huán)，防止圍巖過度松弛變形，保證施工安全的作用更為顯著。(6)實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)必須把安全方案作為重要內(nèi)容，從技術(shù)工藝、設(shè)備器材、作業(yè)流程、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對等各個方面做好預(yù)控措施。三、必須堅(jiān)持動態(tài)設(shè)計(jì)、動態(tài)施工、動態(tài)管理必須遵循信息化反饋設(shè)計(jì)、信息化施工、信息化動態(tài)原理。設(shè)計(jì)人員必須及時修改圖紙，必須尊重施工信息。必須在現(xiàn)場建立建設(shè)方牽頭，以施工單位為主體的設(shè)計(jì)、監(jiān)理動態(tài)管理小組，實(shí)現(xiàn)及時支護(hù)、及時封閉、及時量測、及時反饋、及時修正的地下工程管理辦法?，F(xiàn)代隧道施工中，利用先進(jìn)的信息技術(shù)，及時反饋地質(zhì)變化情況和支護(hù)受力變形情況，適時調(diào)整施工方法和支護(hù)手段，準(zhǔn)備預(yù)防應(yīng)急措施，避免坍方施工的發(fā)生，確保施工安全。在目前隧道施工中，一般采用超前地質(zhì)預(yù)探探報(bào)技術(shù)、監(jiān)控量測技術(shù)等手段預(yù)報(bào)隧道開挖前方工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，監(jiān)測支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形情況，為設(shè)計(jì)變更及施工中采取相應(yīng)的施工方法和支護(hù)手段提供依據(jù)。必須重視隧道的綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)作為一道工序來保證。預(yù)報(bào)方法宜長短結(jié)合以短為主，預(yù)報(bào)范圍前方≧30m，隧道周邊外l倍洞徑，做為工序列入。預(yù)報(bào)方法：以鉆孔為主，配合地質(zhì)描述。采用監(jiān)控量測技術(shù)控制地表下沉和防塌方是最可靠的力法。監(jiān)控量測是施工的核心，必須認(rèn)真、快速獲取結(jié)果，掌握洞身的變化特點(diǎn)，尤其要重視一倍洞徑處的穩(wěn)定性，這往往是塌方、變形的最危險(xiǎn)時間的區(qū)段。必須重視時空變化效應(yīng)，縱向一次支護(hù)的監(jiān)控長度一般為洞徑的6倍左右，6倍洞徑以后必須確保結(jié)構(gòu)的變化速率不變或快速減少，6倍洞徑以內(nèi)只允許施作仰拱和邊墻基礎(chǔ)，不允許模板臺車進(jìn)行邊墻和頂部混凝土的灌注。四、重視初期支護(hù)的施工質(zhì)量支護(hù)是安全的保證。初期支護(hù)應(yīng)及時施作，早封閉，快成環(huán)，控制變形。開挖后，巖石暴露時間要控制在2～4小時以內(nèi)，應(yīng)先初噴4～5cm厚混凝土封閉巖面，然后安裝格柵、錨桿等初期支撐，再復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。軟弱地層必須采用潮噴混凝土，不提倡濕噴混凝土。因濕噴工藝不過關(guān)，不能將圍巖的的承載力提高，形成圍巖、噴層兩張皮。濕噴早期強(qiáng)度低，回彈量大。潮噴可以把圍巖裂隙阻死，形成圍巖組成的承載拱，這正是強(qiáng)調(diào)圍巖爆破后不找頂及時初噴的原因。噴射混凝土標(biāo)號不得低于200號，ld齡期的標(biāo)號小宜低于50號。格柵鋼架安裝須符合設(shè)計(jì)位置，緊貼圍巖，中間有空隙時，必須用噴混凝土充填密實(shí)，絕不允許填塞木柴和片石，出現(xiàn)“兩層皮”現(xiàn)象；有很多隧道坍塌都是與初支背后空洞有關(guān)，這方面有血的教訓(xùn)，因此，施工中必須加強(qiáng)對此道工序的控制。兩榀格柵鋼架之間必須用斜拉桿焊接，拱腳處要根據(jù)現(xiàn)場情況采用縱向托梁、鎖腳貓管（貓桿）或擴(kuò)大拱腳等措施進(jìn)行加強(qiáng)，這是保證下步開挖安全最重要的措施，必須認(rèn)真落實(shí)；鋼架落底接長時應(yīng)沿隧道兩側(cè)交錯進(jìn)行，根據(jù)圍巖條件每次接長1～3榀，上下格柵鋼架必須對接牢固；格柵鋼架安裝好后，復(fù)噴混凝土到設(shè)計(jì)厚度，保護(hù)層厚度不得小于3～4cm。錨桿根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)場地質(zhì)條件選用。一定要保證錨桿方向和數(shù)量，采用砂漿錨桿時要確保注漿飽滿，稠度適中，錨桿插入深度不得小于設(shè)計(jì)長度的95％；有水地段優(yōu)先采用藥包式、楔縫式或縫管式錨桿，端頭錨固錨桿一定要保證端頭錨固部分的緊固質(zhì)量。尾部必須加托板，托板應(yīng)緊固密貼圍巖和格柵，以提高錨固效果。五、淺埋暗挖隧道施工原則1.首先系統(tǒng)采用小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)。2.設(shè)計(jì)采用8字形格柵拱架，做到在x，y2個方向?qū)崿F(xiàn)等強(qiáng)度、等剛度、等穩(wěn)定度。3.突出快速施工，考慮時空效應(yīng)，做到5個及時：及時支護(hù)、及時封閉、及時量測、及時反饋、及時修正。4.采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，一次支護(hù)由噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、網(wǎng)構(gòu)鋼拱