隧道工程开挖作业的安全管理.doc
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1、隧道工程施工的安全管理近年来,随着广东及全国高速公路建设的发展,山岭隧道成为高速公路建设的一个重要组成部分。四航局一公司公路工程建设的市场已经开拓到隧道工程领域,特别是自1997年进行丰顺莲花山隧道右线工程的施工以来,先后承建了北二环木强隧道、福建南平叶坑隧道、丰顺莲花山隧道左线工程、黄埔大道市政隧道、连平粗石山隧道、大尖岭隧道、鸡心岭隧道,以及目前正在承建的湖北恩施的乌池坝隧道、山西的师婆沟隧道和阎家条隧道,包括以前承建的广州珠江隧道、广州金盘岭隧道等,其总长度接近二十公里。而且在施工这些隧道工程过程中,有双连拱隧道,有围岩中含有丰富云母的隧道,有水下沉箱施工的隧道,有洞口段存在严重偏压的隧
2、道,有局部属于土层,需施打长40m长管棚的隧道,也有朝一个方向进行施工的隧道。随着近几年隧道工程的工程量不断的增加,中港四航局一公司在山岭隧道工程的施工方面,理论与实践以验已趋于成熟。一、 开挖过程中应注意的安全事项良好的开端是成功的一半,对于隧道工程的施工来说,做好隧道工程洞身开挖的安全管理工作,就完成了隧道工程施工安全管理工作的重中之重。(一)洞外拉槽的安全施工洞口各项工程,应结合洞外场地与相邻工程统筹安排及早完成。地形、地质不利者,宜在冬季、雨季前做好,以利洞口稳定和正洞的施工安全。当洞口可能出现滑坡、斜面崩坍、地表下沉、偏压、地基承载力不足、开挖工作面坍塌,涌水等危险时,应及时分别采取
3、针对性的注浆加锚固与抗滑桩,从地表加固围岩和地表排水和洞内排水、墙壁打桩、超前钢插管、开挖工作面锚喷、初期支护闭合、加固底部围岩、护坡、钢架支撑下部垫板等措施,防止险情扩大发生重大事故“封口”,造成严重后果。有关具体下:1、洞口近处的桥梁墩台、涵洞、下档等工程,要考虑到隧道弃碴的需要及早完成。当发现洞口处有坍方、泥石流、落石等威胁边坡、仰坡过高时,可提出改变设计意见,如“早进晚出”(将隧道进口端向外移,将隧道的出口端推后)延长洞口,设置明洞或增加支护工程。2、洞口坡顶天沟、洞口排截水沟、路堑排水沟,要及早完成,并构成排水体系,以防因排水不当造成坍塌。严寒地区、洞内向外排水沟,应具有防寒的冬季排
4、水性能(如保暖暗沟)。3、刷仰坡、边坡,要自上而下,一次挖成,并随时处理危石与隐患,护砌也要紧跟完成,量缩小开挖暴露面。地质条件差时,应采措施,如放缓坡度、护砌、喷锚支护、做抗滑桩、降水;对倾斜岩层或层理结合差与软硬石层,要防止切断岩脚引起坍滑。4、洞口土石方工程,不要采用大爆破施工。5、洞门污工工程应尽早安排施工,施工完毕应及时对排水系统和仰坡防护进行处理。6、洞门工程施工重点是:(1)高处作业预防:凡是在垂直高度大于2m,或在大于1:1的坡面上垂直高度大于3m处作业者,都必须佩戴安全带、安全绳,并栓在坚固的基桩上,并不得多人系在同一根绳子上;若是工作量较大的砌体工程等,应搭设工作平台,安装
5、栏杆,挂安全网。(2)使用索道运输料具,其索道必须经主管工程师设计、检验认可,并制订管理制度,确保不断绳、不倒架、不坠物、不伤人、机。(3)通往山上的人行道路,其宽度应不小于0.7米,当坡度大于25度时,应作成台阶状,并设单侧栏杆扶手。(4)严禁双重作业。(二)II类围岩的安全施工1、洞口段开挖遵循的原则隧道洞口段通常埋深较浅,围岩风化严重,自身的自稳能略较差,对于该段的施工通常需要加强支护,在设计中按照II类围岩进行开挖支护,木强隧道采用CRD工法,既在永久支护的基础上采用临时支护,丰顺莲花山隧道采用上下台阶法进行施工,福建南平叶坑隧道采用预留核心土加上下台阶法的方式进行施工。对于隧道的施工
6、方案,视具体情况做具体的施工方案,木强隧道采用CRD法进行施工是因为该隧道属双连拱隧道,开挖宽度较大,达到33m;丰顺莲花山隧道洞口断属强风化凝灰岩,围岩的自稳性较好,因此采用上下台阶法进行施工;福建南平叶坑隧道洞口断呈砂土状,且土层中含有一定量的云母,该土层遇水易发生膨胀,出现坍塌事故,在施工过程中,采用了预留核心土的方法进行施工。按照“新奥法”原理,隧道工程洞口断的施工必须遵循:小断面:既分上下断面,左右导坑的方法进行掘进;短进尺:每个循环进尺不易超过支护的一个循环;循环进尺过大,将延长支护时间;弱爆破:土质地段尽量采用机械与人工相配合的方法进行掘进,强风化地段采用预裂爆破;以防装药量太多
7、,爆破时对洞身围岩产生干扰过大;早支护:根据设计要求,开挖后及时进行支护,使开挖面尽早的封闭,减少开挖面围岩与空气接触,防止围岩水分的散失,破坏围岩自身的稳定性;有仰拱的地段,仰拱要及早进行施工,保证初期支护成为一个完整的整体;勤测量:隧道开挖后的测量包括地表的下沉和开裂,洞内拱部的下沉,周边的收敛,初期支护喷混凝土表面的开裂变形。2、洞口段开挖施工工艺洞口段II类围岩初期支护进口端洞口段II类围岩初期支护采用超前钢插管支护,开挖后用药卷锚杆喷射混凝土联合支护,立格栅拱架作为加劲支撑。其一是工序流程见下图:超前小导管施工上断面开挖找顶、清除危石初喷混凝土立拱架安装锚杆复喷混凝土下一循环(三)
8、III类围岩的安全施工III类围岩洞身开挖采用上、下断面正台阶法施工,设钢筋格栅进行支护,以保证掌子面围岩的稳定。III类围岩上半断面开挖采用光面爆破,非电毫秒雷管引爆,硝铵炸药爆破,浅眼多循环作业,循环进尺控制在100cm,上半断面高度为6m,下半断面开挖采用预裂爆破,分左右错台两次爆破,下半断面的开挖在上半断面开挖完成以后进行,以保证拱部落底安全。(四)IV、V类围岩的安全施工IV、V类围岩洞身开挖采用全断面光面爆破施工工艺。采用激光导向仪导向,凿岩台车钻孔,非电毫秒雷管引爆,硝铵炸药爆破,每循环进尺炮眼深度为3.5m,循环进尺为3.0m。洞身开挖后立即进行找顶清除危石,并进行初喷,初喷混
9、凝土厚度为4cm。出碴完后进行打锚杆、挂网和复喷混凝土。IV类围岩初期支护隧道IV类围岩段采用锚杆、钢筋网片、喷混凝土进行联合支护,初期支护施工程序如同下图:施工测量-检查开挖断面尺寸、布眼全断面开挖-找定、清除危石-断面尺寸检查-初喷混凝土药卷锚杆、挂钢筋网施工复喷混凝土至设计厚度-下一循环施工隧道V类围岩段初期支护V类围岩段采用喷素混凝土进行初期支护,初期支护施工工序如下图:施工测量检查开挖断面尺寸、布眼全断面开挖找定、清除危石断面尺寸检查初喷混凝土药卷锚杆复喷混凝土至设计厚度下一循环施工二、特殊地段的安全施工特殊地质地段是由于我们进行施工的隧道洞身经过山体时,由于该山体地质构造在地壳运动
10、中形成的如山体断裂、地下暗河、溶洞、煤层等地质现象,对于该地质地带在施工过程中,应该特别的注意施工的安全。(一)大断面的安全施工在长大隧道的设计过程中,为了保证发生故障的车辆不影响隧道的正常运营,在隧道中一定距离设置一个紧急停车带,供不能行驶的车辆临时停放。该停车带宽度为2.5m,既紧急停车带的段比正常地段要宽2.5m。在该段的施工过程中,不能一次性的将下面挖空,然后再进行开挖,这样容易出现整体性的坍塌,造成人员和机械的伤亡。(二)断层的安全施工在地质形成过程中,由于围岩的形成不连续性,在隧道施工过程中往往会遇到一些断层。对于断层的施工,应根据断层的长度、围岩的风化程度、地下水的丰富情况做具体
11、人施工方案。对于环向厚度不大于1.0m的断层,仅仅施打锚杆,挂钢筋网,喷混凝土即可;对于环向厚度不大于5.0m的断层,在施打锚杆、挂钢筋网的基础上,增加环向钢筋(直径22);对于环向厚度大于5.0m的断层,需按照II、III类围岩的施工方案进行施工。(三)隧道的最后贯通对于双向开挖的隧道,在隧道开挖至剩余为100米时,现场施工技术管理人员密切注意洞内掌子面围岩的变化情况,制定相应的施工方案:III类围岩开挖时,要先进行初喷,然后进行出后的工序,初期支护一定要紧跟掌子面,且严格按设计和规范要求进行施工;IV类围岩开挖时,初期支护也要紧跟掌子面,在施打锚杆时要注意,一定要边钻孔边安装锚杆,不能将全
12、部孔钻好后再进行安装锚;V类围岩开挖时,对于局部的断层和破碎带要加强支护。在III、IV类围岩开挖过程中应建立电话联系,将洞内放炮时间通知项目部,以便及时通知对方做好安全准备,每次爆破时间只能在约定爆破时间的基础上顺延,不得提前爆破,如有特殊原因,如需要进行补炮等特殊情况时,必须电话通知项目部;一侧爆破完成后,另一侧开挖班人员进入掌子后首先要进行拱部及掌子面的找顶工作,以保证开挖人员的安全在隧道开挖至剩余为30米时,由于开挖围岩体较薄,要求单向开挖:一侧装药爆破时,必须通知对方,另一侧不得装药;一侧点火爆破前,必须通知另一侧掌子面工作的人员、车辆全部撤离掌子面后面50米范围以外,以确保洞内工作
13、人员和机械的安全;围岩较破碎时,隧道内必须采取短进尺弱爆破。隧道最后接近15米时,实行单向爆破施工,项目部测量班人员进行测量两侧掌子面实际里程的复测工作,最后剩余部分由一个工区进行开挖一半,出确保施工工艺。在隧道开挖至剩余为10米时,每次开挖爆破装药量不得大于9箱(即216kg)。在隧道开挖至剩余接近5米时,进行爆破开挖的一方必须先施打探孔,准确掌握未开挖完的围岩厚度接近5米时,安排人员进行打探孔眼,准确掌握未开挖围岩的厚度,如果剩余部分超过5米,应安排两次爆破,不足5米时可以一次爆破完成。1、洞内围岩发生突变时间,以安全为主,制定相应的施工措施,不得盲目开挖。2、安排电工人员对洞内电器线路进
14、行全面检查,确保施工用电的安全,对已开挖完的段,电缆线、照明跟进掌子面50米,二次衬砌地段的电缆线和照明也要及时跟进。3、测量工作及时跟进,进行导线复测。4、电话联系建立登记制度对于隧道长度较短,另一侧不具备施工条件的隧道,采用单向开挖,并完成最后的贯通工作。(四)溶洞地段的安全施工当隧道穿过可溶性岩层时,有的溶洞位于隧道底部,充添物松软而且较深,隧道基底难于处理;有的溶洞岩质破碎,容易发生塌方;有时会遇到大的水囊或暗河,岩溶水或泥沙夹水大量涌入隧道;有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、范围宽广,处理十分困难。对于熔岩地段隧道施工应该注意的安全事项有:1、施工前,应对地表进行详细勘查,注意研
15、究熔岩状态,估计可能遇到溶洞的地段。2、了解地表水、出水地点的情况,并对地表进行必要的处理,以防止地表水下渗。3、当施工达到溶洞边缘,各工序应该紧密衔接。4、当在下坡地段遇到溶洞时,应准备足够数量的排水设备。5、施工中注意检查溶洞顶板,及时处理危石。当溶洞较大时,应设置施工防护架或钢筋防护网。6、在溶蚀地段的爆破作业,应尽量做到多打眼、打浅眼,并控制装药量。7、在溶洞充填体中掘进,如充填物松软,可用超前支护法施工,如果充填物为极松散的砾、块石堆积或有水,可于开挖前采取预注浆加固。8、溶洞未做出处理方案前,不要将弃渣随意倾填于溶洞中。9、处理情况复杂的溶洞,要根据现场具体情况制定安全措施,以确保
16、施工安全。目前由我公司承建的湖北恩施乌池坝隧道属于溶洞地区施工的隧道,在溶洞地区进行隧道工程的施工要做好施工前地质预报工作。在溶洞地质地段施工过程中,技术管理人员及时收集施工一线采集到的信息,并将信息进行合理的、科学的分析,为开挖作业人员制定技术方案。我公司在乌池坝隧道的施工前,根据隧道工程的特殊情况,制定了详细的地质预报方案:采用地质雷达、地质素描法、超前钻孔、红外线探测仪、TSP地震波等进行隧道前方地质的30m200m的短期和中长期预报,为隧道工程施工方案的选择提前做好准备。(五)膨胀性围岩对隧道施工应注意的安全事项膨胀性围岩的特点是干燥时,岩质较硬、易脆裂,有明显的垂直和水平的张开裂隙裂
17、隙的发育和宽度,随深度的减少以至消失。但是被水浸湿后,裂隙回缩变窄或闭合,强度迅速降低。根据膨胀性围岩的特点,在施工中应该注意的安全事项有:1、在膨胀性岩层中施工,要特别注意排水工作,避免水漫沟流,应设置排水管道或浆砌片石水沟,及时排出拱脚及边墙脚处的积水。2、混凝土全部灌抵岩壁,对拱部位应特别注意捣固密实。3、不要向开挖面洒水,以保持围岩干燥。4、加强通风,降低洞内湿度和温度。5、开挖后的,应尽可能使开挖面周壁迅速闭合,以约束围岩变形。(六)隧道施工遇有岩爆注意措施 岩爆多发生在埋藏很深、整体、干燥和质地坚硬的围岩中。产生岩爆的时间一般在开挖后几个小时内,但也有的是在较长时间后发生。岩爆未发
18、生前,并无明显的预兆,虽然经过仔细的找顶,并无空响声一般认为不会掉落石块的地方,也会突然发生岩石的爆裂声响,石块有时应声下落,有时暂时不下落。岩爆地质地段施工过程中:如果设有平行导坑,则平行导坑应掘进超前正洞一定距离,以了解地质,分析可能发生岩爆的地段,以便正洞施工达到相应地段时加强防卫,采取必要的措施;使用光面爆破时,要严格控制用药量,以尽可能减少爆破对围岩的影响;也可选择预先释放部分能量的方法,如松动爆破法,超前钻孔预爆法,喷射高压水冲洗法,先期将岩层的原始应力释放,减少岩爆的发生;加强支护工作,支护的方法是在岩爆后立即向拱部及侧墙喷射混凝土,再加设锚杆和钢筋网。(七)隧道施工遇有流沙治理
19、的措施流沙是沙土或粉质粘土在水的作用下丧失其内聚力后形成的,多呈糊浆壮,对隧道的施工危险极大。由于流沙可引起围岩失稳坍塌,甚至倒塌破坏 。因此,治理流沙必须先治水,以减少沙层的含水量为主。隧道通过流沙地段,处理地下水的问题是解决隧道流沙、流泥施工难题中的首要关键技术。施工时,因地制宜,采用“防、截、排、堵”的治理方法:“防”是建立地表沟槽排水系统及仰坡地表局部防渗透处理,防止降雨和地表水的下渗;“截”是在正洞之外水源以侧,采用深井降水,将储备丰富构造裂隙水,通过深井抽水排出;“排”是有条件的隧道在正洞水源下游一侧开挖一条洞底低于隧道仰拱的泄水洞,用于降排正洞的地下水;“堵”是采用注浆法充填裂隙
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