東山供水工程土質(zhì)隧洞施工過程中存在的安全隱患及預(yù)防措施分析

劉志鵬

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

0 引言

工程安全問題是工程建設(shè)中的重中之重，工程建設(shè)都必須把安全生產(chǎn)擺在第一位，切實(shí)增強(qiáng)責(zé)任意識，始終堅持水利工程“質(zhì)量第一、安全至上”的原則，既要保證工程質(zhì)量、進(jìn)度，更要注重工程安全管理。

山西省目前正在實(shí)施“兩縱十橫”大水網(wǎng)工程建設(shè)，大水網(wǎng)工程設(shè)計大量采用了隧洞，包括巖石隧洞和土質(zhì)隧洞。隧洞工程施工安全問題突出，而土質(zhì)隧洞安全問題較之巖石隧洞更加突出。

1 東山供水工程施工隧洞概況

東山供水工程施工隧洞現(xiàn)場位于晉中市榆社縣云竹鎮(zhèn)的云竹村和向陽村范圍。起點(diǎn)為3#隧洞進(jìn)口，終點(diǎn)為8#隧洞進(jìn)口，線路全長約2.93 km，其中：土質(zhì)及巖石隧洞4座（總長約1.80 km），連接管（涵）3段（長約0.86 km）,調(diào)節(jié)閥室一座。

5#隧洞為土洞，開挖斷面為馬蹄形，最大開挖尺寸為3.9m×3.9m，洞長731.42m，洞底高程為▽1018.68m～▽1 018.43 m，洞底縱坡為1/2 700。2012年5月20日，5#隧洞進(jìn)口段開始掘進(jìn)。隧洞中水、電、氣、風(fēng)管線路復(fù)雜，塌方比較頻繁，施工環(huán)境比較惡劣，很容易發(fā)生事故。為了杜絕事故的發(fā)生，加快掘進(jìn)進(jìn)度，在施工過程中針對一些突出的安全隱患進(jìn)行了系統(tǒng)解決。

2 安全生產(chǎn)組織管理

為了加強(qiáng)隧洞隱患及處理，保證工程順利進(jìn)行。在土質(zhì)隧洞施工各工序中，確定安全生產(chǎn)管理目標(biāo)，建立健全安全生產(chǎn)組織機(jī)構(gòu)。工程實(shí)施中，建立以項目經(jīng)理為現(xiàn)場第一責(zé)任人的安全生產(chǎn)保障體系。工程項目實(shí)行三級安全生產(chǎn)管理，建立以項目經(jīng)理為組長、安全員為副組長、各隧洞管理員為成員的安全生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)小組。安全生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)小組落實(shí)安全生產(chǎn)管理目標(biāo)，制定安全生產(chǎn)保證計劃，對安全生產(chǎn)體系運(yùn)行過程中，出現(xiàn)不符合要素的要求，施工中出現(xiàn)的隱患，制定預(yù)防措施，并對措施落實(shí)情況進(jìn)行監(jiān)督檢查。

3 東山供水工程土質(zhì)隧洞施工過程中存在的安全隱患及處理措施

3.1 塌方問題及處理措施

5#隧洞在開挖過程中，掌子面頂部還發(fā)生過一次大面積塌方，形成了1～3 m見方深度的倒漏斗型空腔，塌方土體壓彎超前錨桿（φ28、3 m長）22根、壓毀鋼拱架1榀，并導(dǎo)致第67榀鋼支撐下沉變形。而且土塊還在不斷塌落，滲水也比較嚴(yán)重，其位置正好在山體內(nèi)，此情況不宜采取固結(jié)灌漿法而應(yīng)該采取超前支護(hù)通過塌方段。具體措施如下：

（1）在不清除掌子面處的塌方土體的情況下，再用機(jī)械運(yùn)輸土方，堆放在緊靠掌子面處與原來塌方土方一起形成高3 m多的土包，這樣可防止頂部塌方引起掌子面坍塌，造成前方土體失穩(wěn)形成連鎖反應(yīng)，造成二次破壞。

（2）打入超前管，在塌方面上形成弧形面。在前2榀拱架頂部周圍并排打入長度為5～6 m φ40的鋼管橫穿整個塌方面，形成一個剛體弧形面。超前鋼管間隔要緊密，并與前兩榀鋼拱架形成垂直角度并與鋼拱架進(jìn)行焊接固定，與鋼拱架形成一體。插入掌子面土體內(nèi)超前導(dǎo)管長度保留50 cm～1 m的深度，使得管棚穩(wěn)定，能夠承壓上方土體坍塌的重量。

（3）超前管完成后，迅速支護(hù)鋼拱架。采用縮短鋼拱架支護(hù)間距每間隔50 cm支護(hù)一榀(原先為1 m支1榀)，支護(hù)完成后并迅速進(jìn)行掛網(wǎng)噴漿完成噴護(hù)。

（4）利用水泥、水玻璃雙漿液注漿，對塌方段進(jìn)行注漿，把塌方段松散黏性土固結(jié)，使得拱頂周邊形成厚1 m以上的保護(hù)層。

（5）在后續(xù)開挖中土質(zhì)還處于不良狀態(tài)，采取了分臺階開挖方式，這種方法可減小洞頂與地面的落差，支護(hù)拱架方便。具體方法是：先開挖頂拱部分，支護(hù)完成拱頂后，掛網(wǎng)噴漿；再后續(xù)開挖拱腿底拱部分，對其掛網(wǎng)噴漿。遇到掌子面出現(xiàn)砂層或地質(zhì)稍差時，也可打入雙層超前錨桿，原設(shè)計是打入3 m長度的超前錨桿掘進(jìn)2 m支護(hù)2榀拱架再進(jìn)行打入超前錨桿。在遇到地質(zhì)差時，可間隔1 m打入超前錨桿，這樣在作業(yè)面下方形成雙層錨桿比較安全，或縮小拱架間距，以此循環(huán)作業(yè)。臺階法、雙層錨桿法和縮小拱架間距法可同時使用，也可分開使用，視土質(zhì)情況而定。

3.2 土質(zhì)不良問題及處理措施

開挖過程中，在穿鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路段，發(fā)現(xiàn)土質(zhì)比較疏松。經(jīng)鑒定，屬于二級土，里面還夾帶有30～50 cm砂層，再加上隧洞頂部滲水比較大，加大施工困難，導(dǎo)致開挖無法正常進(jìn)行，影響了工程進(jìn)度。經(jīng)過鉆孔檢測易坍塌段長為20 m。洞頂覆土平均9 m。為了加快進(jìn)度，決定采用洞外旋噴固結(jié)灌漿法對易坍塌段進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。具體措施如下：

（1）考慮到洞頂是一個小土包，決定挖除土包，在塌方段洞頂形成一個灌漿平臺。挖除土包后作為灌漿平臺。

（2）在隧洞頂部開始灌漿，在隧洞軸線及左右1.5 m處共布置3排孔，孔距1.5 m，梅花型布置。另外在隧洞右側(cè)3 m處布置4個擴(kuò)展觀察孔，共計布孔48個，平均孔頂高程▽1 037.20 m，孔底高程▽1 022.70 m，平均孔深14.5 m。共計地質(zhì)鉆孔696 m。

（3）為使灌漿液在灌漿過程中不滲漏，在灌漿前用砌磚對洞內(nèi)掌子面進(jìn)行了封堵。

（4）在洞頂每隔2 m打孔進(jìn)行水泥灌漿，灌漿深度為8～9 m，要求在地下距平臺面平均深度5.5 m處形成一個高5 m，寬5 m，長度20 m的一個長方體。

（5）灌漿的漿液配合比為水泥、水玻璃比重為1:0.5，灌漿是為了水泥漿與土結(jié)合后形成一個比較穩(wěn)固的地質(zhì)，可是漿液與土的結(jié)合體盡量不要太堅硬，如果太硬將不能使用扒渣機(jī)開挖，還得使用爆破開挖法將更影響了土體的穩(wěn)定性，增加了開挖難度，所以漿液配合比是關(guān)鍵。既要滿足開挖容易，又要兼顧開挖時不易塌方。

（6）按照設(shè)計和方案要求隧洞軸線沿灌漿立方體軸線開挖，洞頂灌漿體厚度為0.85 m底部灌漿體0.85 m，洞壁灌漿體厚度為兩邊各0.85 m。

（7）灌漿完成后，進(jìn)行開挖。在開挖過程中要保證按照塌方施工方案進(jìn)行，在塌方段可視灌漿后的情況而定，如果灌漿情況不好，可將鋼拱架調(diào)整為50 cm支1榀進(jìn)行支護(hù)，還可增加超前錨桿長度和數(shù)量。如果灌漿情況良好，可按照正常1 m 1榀正常支護(hù)。這次灌漿形成灌漿體良好，在距離公路邊線5 m處采取50 cm支護(hù)一榀拱架。

3.3 滲水安全隱患及處理措施

在5#隧洞中，泥水處理是施工中最大的難題，因?yàn)樗矶粗械叵滤容^豐富，滲水從掌子面、洞壁鋼拱架與混凝土接縫、隧洞底部不斷滲出，造成施工中洞內(nèi)積水比較深，道路泥濘，運(yùn)輸車輛通行困難，洞內(nèi)環(huán)境潮濕，很容易發(fā)生觸電事故，水、風(fēng)壓力管銹蝕會嚴(yán)重引起爆管現(xiàn)象，掌子面滲水引起塌方等問題，出現(xiàn)連鎖反應(yīng)。為了控制滲水采用以下措施加以防范：

（1）加大抽水強(qiáng)度，實(shí)行24 h值班抽水制度，進(jìn)行晝夜不間斷向洞外排水。

（2）加大排水力度，洞內(nèi)洞外增加水泵，洞內(nèi)每間隔大約30 m，在洞底邊緣處砌筑一個長寬高各50 cm的水坑，底下安放一臺2英寸潛水排污泵向洞外排水。

（3）在洞外用漿砌石砌筑一個長寬高各2 m的龍頭坑，安設(shè)2臺4英寸潛水泵，同時為這兩臺水泵配備了自動抽水裝置，水位到達(dá)龍頭坑的一定高度自動抽水，將水排入附近水庫。

（4）由于洞內(nèi)比較泥濘，采取在洞內(nèi)鋪設(shè)一層20～30 cm的大粒徑石子。在局部地基比較軟的地段將原地基挖除換填大塊石，再鋪上大粒徑石子。這樣可保證了車輛在洞內(nèi)的行駛安全。

3.4 有害氣體安全隱患及處理措施

5#隧洞施工中，由于裝渣，噴射混凝土，內(nèi)燃機(jī)和運(yùn)輸車輛的排氣，洞內(nèi)氧氣太少，開挖時地層中放出混雜各種有害氣體，使洞內(nèi)狹窄空間的空氣非常混濁污濁，嚴(yán)重威脅人體健康。必須向洞內(nèi)供給新鮮的空氣，排除有害氣體，降低粉塵濃度，有效通用的方法就是通風(fēng)處理。采取以下措施：

（1）通風(fēng)機(jī)安設(shè)位置，施工隧洞是3.9 m×3.9 m的馬蹄形隧洞，風(fēng)機(jī)安設(shè)在隧洞外面和隧洞頂部位置。為了解決通風(fēng)問題，采用2臺至3臺直徑80 cm的HTF(A)系列消防高溫排煙軸流通風(fēng)機(jī)，風(fēng)量20 540 m3/h，全壓310 Pa的風(fēng)機(jī)以串聯(lián)方式接入在接入，在接入200 m后發(fā)現(xiàn)風(fēng)壓不足，所以在隧洞中間部位增加安設(shè)一臺相同風(fēng)機(jī)，壓力具體要滿足氧氣輸入、煙霧的排除等隧洞內(nèi)施工要求。

（2）隧洞截面比較窄，為了不影響施工車輛和人員通行安全，通風(fēng)筒直徑80 cm掛設(shè)在隧洞頂部。風(fēng)口接入到距離掌子面20 m處，這樣可不影響掌子面開挖、打入超前錨桿、支護(hù)鋼拱架、噴漿等施工運(yùn)轉(zhuǎn)要求，也滿足通風(fēng)所需要求。

3.5 洞內(nèi)臨時用電中存在的安全隱患及處理措施

洞內(nèi)臨時用電應(yīng)更為慎重，安全防護(hù)管理要嚴(yán)格，重點(diǎn)防護(hù)要突出。針對洞內(nèi)實(shí)際情況，采取了以下措施加以防范：

（1）供電線路必須采用“三相五線”制，供電設(shè)備和供電線路必須按照設(shè)計方案實(shí)施。

（2）洞內(nèi)照明和機(jī)械設(shè)備的線路必須安設(shè)漏電保護(hù)器，配電柜掛設(shè)在滲水少相對干燥的洞壁上，并做好防水、防潮措施。

（3）洞內(nèi)扒渣機(jī)、電焊機(jī)、噴漿機(jī)、水泵等設(shè)備采用“一機(jī)一閘一漏電保護(hù)一接地”，防止漏電起火或漏電傷人。尤其扒渣機(jī)使用的是380 V電壓驅(qū)動，電纜從洞外引入線路比較長，接頭比較多。在拖行電纜過程中比較危險，所以采用了快速插拔裝置，每隔20 m設(shè)置一個。電纜掛設(shè)在洞壁上，與照明線路分開布設(shè)。接頭用絕緣橡皮膠管包扎。

（4）在洞內(nèi)工作面使用國家規(guī)定的12～24 V的安全電壓，尤其在掌子面處，使用電壓24 V的行燈。

（5）供電線路和通風(fēng)通水管分別整齊掛設(shè)在洞內(nèi)兩側(cè)，防止電路和管路互相交叉干擾。

（6）電工持證上崗，負(fù)責(zé)每周對洞內(nèi)電器，電纜進(jìn)行定期檢查，形成檢查記錄。

（7）除電工以外施工人員一律不準(zhǔn)自行接線。

（8）對線路搭鐵交叉處都要穿膠皮管通過。

（9）在隧道中，視線不好，所以照明必須良好，采用間隔3 m一個防潮燈管。

3.6 車輛運(yùn)輸過程中存在的安全隱患及處理措施

在5#隧洞施工中，人員、車輛進(jìn)出頻繁，隧洞內(nèi)空間有限，剮蹭現(xiàn)象時有發(fā)生。為消除運(yùn)輸車輛帶來的安全隱患，對車輛采取以下措施進(jìn)行管理：

（1）機(jī)動車輛運(yùn)行時，保證車況良好。

（2）駕駛?cè)藛T必須持證上崗。作業(yè)前開挖人員和司機(jī)不許喝酒。

（3）由于洞內(nèi)照明有限，車輛運(yùn)行前，檢查車輛的照明系統(tǒng)、剎車制動、油水等是否完好充足。

（4）車輛在洞內(nèi)行進(jìn)中，要觀察車輛前后是否有障礙物或人員，車輛啟動前必須打開燈光，危險報警燈，方可移動。

（5）機(jī)動車輛在洞內(nèi)行駛時，速度控制在15 km/h以內(nèi)，所有運(yùn)輸車輛嚴(yán)禁人員和料具混裝；嚴(yán)禁超寬、超載、超高、超速。以免發(fā)生側(cè)翻、碰撞等安全事故。

（6）雪天、雨天，車輛停止作業(yè)，或者采取措施清理道路積雪和積水淤泥，保證安全通行。

3.7 空壓機(jī)及風(fēng)管使用過程中存在的安全隱患及處理措施

在5#隧洞中，壓力管道容易銹蝕和壓力過大，造成物理爆炸。采取以下措施進(jìn)行防范：

（1）空壓機(jī)要安排專人看護(hù)，按時檢查養(yǎng)護(hù)空壓機(jī)，時刻檢查空壓機(jī)和氣包壓力表，控制壓力在安全范圍內(nèi)，防止出現(xiàn)爆管發(fā)生，保證洞內(nèi)人員安全。

（2）洞內(nèi)高壓風(fēng)、水管表層涂刷不同顏色防銹油漆以區(qū)分風(fēng)、水管和防止管道銹蝕。

（3）安排專人對高壓風(fēng)、水管定期檢查維修，確保完好，防止爆裂。

4 效果分析

東山供水工程土質(zhì)隧洞施工過程中，通過加強(qiáng)管理，確保危險因素消失或消減，對部分無法消除的隱患采取措施，確保危險程度降至最低。深刻貫徹“安全第一，預(yù)防為主，防治結(jié)合，綜合治理”的方針，采取有效措施，認(rèn)真落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任制，實(shí)行水利安全生產(chǎn)工作一票否決制。完善應(yīng)急預(yù)案，嚴(yán)格執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)帶班和24 h值班制度。始終做到安全意識一刻都不能放松，安全隱患一個都不能放過，安全責(zé)任一點(diǎn)都不能含糊，嚴(yán)防發(fā)生安全事故。從隧洞的隱患處理中，我們意識到只要工程措施嚴(yán)格實(shí)施、管理措施得當(dāng)、教育措施深刻、防護(hù)措施及時、應(yīng)急措施到位，就一定能把安全隱患消除在萌芽狀態(tài)，為工程順利運(yùn)行打好堅實(shí)基礎(chǔ)。