土洞施工安全現(xiàn)狀與對策分析

李寶國

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 土洞施工安全現(xiàn)狀

1.1 土洞施工簡述

地下隧洞工程施工中，圍巖堅實系數(shù)一般在0.5～4.0之間，包括松軟土、普通土、堅土、砂礫堅土和軟石在內(nèi)的地下暗挖工程，稱為土洞施工。

按照施工方法的不同，可分為盾構(gòu)法土洞施工和噴錨暗挖法土洞施工。盾構(gòu)法土洞施工是利用開挖面土壓（水壓）平衡原理，依靠盾構(gòu)殼體防止圍巖的土砂坍塌進行開挖、推進，并在盾尾進行襯砌作業(yè)從而修建隧洞的施工方法。該方法僅有盾構(gòu)推進、出土、拼裝襯砌和回填灌漿等工序循環(huán)進行，施工相對簡單，易于管理，安全生產(chǎn)狀況相對穩(wěn)定。噴錨暗挖法土洞施工主要針對松散不穩(wěn)定的土層和軟弱破碎帶，其工藝流程一般包括地層預(yù)加固和預(yù)支護、隧洞土方開挖與支護、一次襯砌（噴錨支護）、二次襯砌（混凝土襯砌）和監(jiān)控量測等，嚴格按照“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”原則進行的隧洞設(shè)計與施工。

1.2 存在問題

在調(diào)查土洞工程施工項目中，普遍存在以下問題：一是工程項目實施過程沒有嚴格按照《建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理條例》的規(guī)定編制或?qū)徟踩珜ｍ検┕し桨?；二是開挖面的圍巖大多采取小導(dǎo)管超前支護及圍巖灌漿的預(yù)加固措施，但對該工序的過程控制不夠嚴格；三是大多項目對隧洞沒有進行動態(tài)監(jiān)控量測；四是多數(shù)土洞工程項目未嚴格執(zhí)行開挖與襯砌同步進行的設(shè)計要求；五是由于未及時進行二次混凝土襯砌，隧洞底板土層受地應(yīng)力的作用而向上隆起，造成一次支護的鋼拱架底拱失穩(wěn)，從而引起隧洞側(cè)頂拱圍巖產(chǎn)生位移，最終導(dǎo)致隧洞塌方事故。

2 原因分析

一是參建各方安全意識不強或?qū)Π踩R了解不全面，導(dǎo)致國家相關(guān)安全規(guī)定的執(zhí)行情況大打折扣。二是部分行業(yè)預(yù)算定額嚴重滯后于建筑市場的價格水平，而承包商為了生存不得不虧本經(jīng)營，一些類似于監(jiān)控量測不能產(chǎn)出實物工程量的工作，常處于被動局面。三是為避免工序交叉，減少干擾，可能會在保證工程質(zhì)量的前提下，選擇不當?shù)募夹g(shù)方案，不按國家強制標準和設(shè)計要求執(zhí)行。例如：襯砌與開挖不同步施工，沒有采取措施及時預(yù)防土洞底部隆起，消除側(cè)頂拱變形坍塌的安全隱患，未能有效控制傷亡事故的發(fā)生。

3 應(yīng)對措施

3.1 加強安全管理

安全管理是一個涉及參建各方的系統(tǒng)化工程，施工前建議由項目法人牽頭，召集設(shè)計、監(jiān)理、施工等單位，結(jié)合工程實際情況有針對性地進行全面安全培訓教育。通過教育培訓，提高參建各方的素質(zhì)水平。同時制定切實可行的安全管理方案，并在施工過程中加強監(jiān)管，嚴格執(zhí)行。

3.2 合理估算工程造價

目前，施工單位大多數(shù)是通過激烈的市場競爭來獲得施工任務(wù)的。施工單位在項目招投標階段往往參考行業(yè)預(yù)算定額進行投標報價，參與市場競標。由于一般情況下行業(yè)預(yù)算定額已落后于市場價格，加上施工單位經(jīng)常會選擇低價中標，施工單位在建筑市場上往往處于弱勢地位，合同條款中還會約定許多不利于施工單位的限制性條款，讓施工單位來承擔工程實施過程中可能出現(xiàn)的風險。

鑒于上述情況，建議項目法人以工程質(zhì)量與人員安全為根本出發(fā)點，尊重市場客觀規(guī)律，合同的簽訂與執(zhí)行盡可能做到公平合理。讓施工單位能獲取一定數(shù)量的經(jīng)濟利益，確保在工程實施過程中安全費用的足額投入。

3.3 合理選擇施工工藝

土洞段或砂礫石洞段的開挖，由于地質(zhì)構(gòu)造松散，不能采用爆破的施工方法，如果不能使用盾構(gòu)法施工，只能采用人工配合小機具（如風鎬）的施工方法開挖，此類隧洞開挖關(guān)鍵是超前支護、邊挖邊噴錨支護，并及時進行二次混凝土襯砌施工。

3.3.1 洞臉邊坡加固處理

土洞開挖施工首先應(yīng)在洞臉邊坡外側(cè)修筑漿砌塊石截排水溝，并作為永久性的排水設(shè)施，盡可能減少地表水對洞臉邊坡的侵蝕破壞作用。然后進行洞臉開挖，最后對洞臉土邊坡進行掛網(wǎng)錨噴施工，錨桿采用普通砂漿全長粘結(jié)式錨桿，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為直徑6.5~8 mm，間距20 cm×20 cm，噴射混凝土采用C25混凝土。

3.3.2 洞口加固施工

洞口加固一般采用注漿小導(dǎo)管超前加固和明拱加固方式。

注漿小導(dǎo)管加固施工：首先在隧洞開挖邊線外布設(shè)1～2排注漿小導(dǎo)管，作為進洞施工超前支護使用，并與明拱鋼筋相焊連，然后對小導(dǎo)管進行注漿。

明拱加固施工：一般在洞口澆筑一定長度（3~5 m）的混凝土明拱，結(jié)合注漿小導(dǎo)管穩(wěn)固洞臉，增強洞臉土坡自身支撐能力，提高掌子面和拱頂?shù)姆€(wěn)定性，為順利進洞創(chuàng)造有利條件。明拱一般采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，也可采用鋼拱架配合鋼筋網(wǎng)噴射混凝土施工。明拱施工完成后，將明拱與邊坡相接處用噴射混凝土填筑密實。

3.3.3 土洞開挖施工

土洞開挖循環(huán)進尺控制在0.8～1.0 m之間。施工中根據(jù)實際情況優(yōu)化調(diào)整施工參數(shù)，力求使施工進度和支護效果維持在最佳狀態(tài)。

土洞開挖視斷面大小，一般采用全斷面開挖或?qū)Ф词介_挖方式。全斷面開挖時應(yīng)在第一個循環(huán)開挖結(jié)束后，立即噴2~5 cm厚的混凝土封閉洞身巖面，作為臨時支護；然后立即進行系統(tǒng)錨桿和鋼拱架支護，并鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)；再進行超前錨桿（或小導(dǎo)管）施工；最后進行噴射混凝土施工。施工中必須注意將鋼拱架與初噴混凝土面之間的間隙噴射飽滿并達到密實。依次進行下一循環(huán)施工。

3.3.4 土洞二次襯砌施工

首先應(yīng)根據(jù)隧洞洞徑的大小，設(shè)計側(cè)頂拱襯砌臺車，設(shè)計時臺車下方要盡可能留下較大的通行空間；其次依據(jù)襯砌臺車下部通行空間的大小選擇開挖渣土的運輸工具；然后在開挖掌子面與側(cè)頂拱襯砌臺車之間，設(shè)計一座適當?shù)囊苿邮戒摻Y(jié)構(gòu)棧橋。棧橋的長度以兩個襯砌單元的長度再加上2 m左右為宜。這樣就可以做到開挖與襯砌同步進行，不僅減少了土洞塌方風險，而且能節(jié)約工期、減少施工管理費，達到既保證施工安全又提高經(jīng)濟效益的目的。

3.4 土洞施工預(yù)防塌方措施

3.4.1 塌方原因分析

造成土洞塌方的原因主要有以下方面：一是土質(zhì)圍巖自穩(wěn)時間短，來不及完成噴錨支護會不同程度的引起塌方；二是一次支護掘進時上下導(dǎo)洞掌子面相距較長，違反施工方案要求時會形成塌方現(xiàn)象，即一次支護掘進上下導(dǎo)洞距離拉得太長；三是初噴混凝土終凝時間過長，造成塌方。

3.4.2 塌方處理

對塌方量不大的部位，鋼拱架內(nèi)緣裝鋼模支撐，用濕噴法對塌方部位噴注混凝土；如塌落體高0.5 m以上，需預(yù)埋“灌漿管”，并在鋼拱架外緣加裝適量型鋼作為縱向水平支撐。噴注混凝土達7 d以上齡期強度后進行縫隙灌漿。塌方體高度較高時，一般采用超前小管棚結(jié)合鋼拱架支撐的方法逐步通過。

3.4.3 塌方事故預(yù)防措施

塌方事故的預(yù)防措施可采取縮短鋼拱架間距或根據(jù)地質(zhì)條件變化情況決定；避免上下導(dǎo)洞開挖掌子面相距過長，嚴格按既定的施工方案施工；加密超前錨桿（或小導(dǎo)管），環(huán)向間距可根據(jù)圍巖情況縮小至0.3 m；在開挖輪廓面形成后迅速初噴2～5 cm厚的薄層混凝土，可稍微改善拱頂?shù)淖苑€(wěn)狀況；噴混凝土材料中速凝劑的選用一定要滿足工程要求，盡量縮短混凝土的終凝時間；采用上述控制措施可控制大的塌方現(xiàn)象的出現(xiàn)，減少一般塌方事故的發(fā)生。