巖溶地段隧道施工安全管理關鍵措施研究

楊剛YANG Gang

（北京鐵城建設監(jiān)理有限責任公司，北京 100855）

0 引言

巖溶地段施工過程中出現(xiàn)的坍塌事故、地下水蔓延事故，均會對施工人員造成較大的安全隱患[1]。隧道施工過程，溶洞的實際情況很難掌握。一般情況下，溶洞大小、圍巖是否穩(wěn)定、洞內(nèi)含水情況、填充物多少等問題，均需要進行充分判定[2]。針對溶洞空穴較大的問題，予以注漿加固處理；針對溶洞空穴較小的問題，予以回填夯實處理；針對圍巖不穩(wěn)的問題，予以圍巖支護處理；針對地下水較多的問題，予以疏排水處理；針對填充物較小的問題，予以清除填充物再注漿加固處理；針對填充物較大的問題，予以直接注漿加固處理。

隧道施工過程中，掘進斷層、碎裂等問題的危險性較大，掌子面無法了解全部地貌的情況下，隧道施工存在“睜眼瞎”的問題。除了巖溶地段本身存在的問題之外，隧道開挖之后，特殊巖體存在變形、沉降等情況，同樣影響隧道施工安全[3]。當溶洞較大較深時，無法采用封堵填充等方式，普遍采用加固處理，保證施工安全性[4]。在巖溶地段進行隧道施工的過程中，施工人員可能會存在意識偏差，對圍巖頂部處理敷衍了事，也是危害到施工人員安全的關鍵問題。針對以上問題，本文研究了巖溶地段隧道施工安全管理關鍵措施這一課題，為隧道施工安全性提供保障。

1 巖溶地段隧道施工現(xiàn)狀

在進行巖溶地段隧道施工的過程中，施工人員將巖溶分成了洞穴形態(tài)、裂隙形態(tài)、管道形態(tài)等部分[5]。按照巖溶內(nèi)部水量特點，分為水文形態(tài)、穩(wěn)定形態(tài)、突發(fā)形態(tài)等三個部分。施工過程中鉆探得到溶洞大小，主要采用填充、注漿等方式進行處理。處理情況如圖1 所示。

如圖1 所示，（a）為未經(jīng)過注漿加固的溶洞，存在填充物，洞中空余部分較大。（b）為已經(jīng)注漿加固的溶洞，洞中空余部分均被注漿填充，能夠保證溶洞的穩(wěn)定性與堅固性。巖溶地段施工過程中，施工人員將注意力投向了溶洞填充部分，對巖溶水的關注度不高，導致施工過程中出現(xiàn)較多的安全事故[6]。針對巖溶地段的地下水問題，主要采用疏、堵、排相結(jié)合的方式。在處理過程中以減少地下水的流失為主要目的。受到實際溶洞環(huán)境的影響，地下水大多數(shù)進行了堵與排的處理，能夠減少地下水的處理工期。此種方式，很容易破壞地下生態(tài)平衡，在施工過程中出現(xiàn)較大的安全隱患。

2 安全管理關鍵要點

在施工過程中，需要對巖溶地段的地質(zhì)條件與水文條件進行充分地探查，再根據(jù)實際溶洞環(huán)境，制定出施工方案。針對施工中可能存在的隱患，提前防治與準備[7]。對于復雜的地質(zhì)條件，超前小導管需提前制作，掌子面的測點與測線方案提前制定。同時，將隧道支護進行參數(shù)設計，如表1 所示。

表1 隧道施工支護設計參數(shù)表

如表1 所示，C25 早強噴砼、Ф25 中空錨桿、Ф8 鋼筋網(wǎng)、120a 工字鋼架、C25 混凝土、C25 鋼筋砼、超前支護等項目需要提前準備，根據(jù)現(xiàn)場實際情況更換相關項目。例如，較長的隧道施工中，C25 早強噴砼可以更換為C30 及以上的噴砼，其他項目均按照實際情況進行更換，確保隧道施工的安全性。

3 巖溶地段隧道施工安全管理關鍵措施

3.1 明確巖溶地段施工安全管理目標

在進行隧道施工之前，務必執(zhí)行安全檢查標準，制定出合理的安全控制措施，將突泥、突水、坍塌等風險扼殺在搖籃中。同時，組織施工人員成立一個安全小組，組長為經(jīng)驗最為豐富的施工人員[8]。主要項目小組結(jié)構(gòu)為1 名整體把控組長，1 名協(xié)助組長進行安全管理的副組長，1 名施工總工程師，1 名測量隊長。再結(jié)合工管部、質(zhì)管部、物料部、試驗部、綜合部等安全管理內(nèi)容，建立一個合理的安全質(zhì)量監(jiān)管制度。安全質(zhì)量監(jiān)管的任務落實到每一個工人頭上，嚴防施工安全隱患。

3.2 強化施工物資設備的安全管理

在施工準備等物資工作中，物資需要合規(guī)合法，并在物資儲備基地進行統(tǒng)一收發(fā)。在物資采購過程中，建立一個統(tǒng)一責任制，由物料部進行采買，采買的物資在進入基地時，將合格證與檢驗證進行統(tǒng)一檢查。物資進入基地之后，隨機抽取多個樣品進行重復檢驗，合格率超過99%，才能投入使用[9]。在大型機械使用之前，需要進行定期保養(yǎng)與維護，使用時再進行一次檢查，保證機械能夠安全使用。在施工過程中，重大機械的使用、歸還均需要報備，使用時間、使用人、使用次數(shù)均填在管理表中，保證安全責任落在個人頭上，進一步提高設備使用安全性。

3.3 加強隧道施工的基礎用電安全保障

除了安全管理目標與物資安全管理之外，施工用電管理至關重要。在施工現(xiàn)場嚴格執(zhí)行配電要求，所有用電設備均要求用完即關閉的制度。同時，現(xiàn)場采用科學用電的方式，嚴禁接入漏電保護裝置。在總配電箱與開關箱之間必須設置保護裝置。除此之外，在施工現(xiàn)場還需要建立用電檢查機制，電力維修、機械維修等維修人員需要“持證上崗”，對于出現(xiàn)過重大失誤的維修人員予以證件吊銷處理。并對相關施工人員進行緊急事故演練，避免事故發(fā)生時不知所措，對于提升事故逃生率具有重要作用。同時，在隧道中布置多個緊急照明燈，避免出現(xiàn)事故時漆黑一片，無法逃生的現(xiàn)象發(fā)生，最大程度上提高隧道施工的安全質(zhì)量。

3.4 隧道施工突發(fā)事件預防與處理

在巖溶地段隧道可能發(fā)生突泥、突水、坍塌等事故，因此，考慮到安全風險因素，在巖溶地段隧道施工前，選擇合理、科學的頂部空溶洞隧道支護結(jié)構(gòu)，或者根據(jù)實際情況優(yōu)化支護結(jié)構(gòu)，如錨桿系統(tǒng)設置在溶洞處圍巖內(nèi)，陶?；炷翆釉O在隧道的溶洞內(nèi)，陶?；炷翆又性O有錨桿聯(lián)結(jié)鋼筋網(wǎng)，錨桿聯(lián)結(jié)鋼筋網(wǎng)固定在錨桿系統(tǒng)上，陶?；炷翆拥膬?nèi)側(cè)設有普通混凝土層，普通混凝土層的內(nèi)側(cè)設有鋼拱架聯(lián)結(jié)鋼筋網(wǎng)，鋼拱架聯(lián)結(jié)鋼筋網(wǎng)內(nèi)側(cè)設有鋼拱架，該結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，并且有效減輕拱頂圍巖壓力，減少拱頂下沉。上述描述了事故的預防措施，但是如果壓力等參數(shù)超過隧道承載的極限值，隧道施工過程仍有可能發(fā)生突泥、突水等事故，因此，在遇到突泥、突水、坍塌等事故時如何高效快速地處理事故也是安全管理的重要組成部分。突泥、突水是巖溶地段隧道施工常見的突發(fā)事故，以此為例說明應對措施，從防排水、涌水涌泥的應急處置、人員撤離、應急救援4 方面應對突發(fā)事件，其中防排水是在隧道內(nèi)構(gòu)建足夠大的積水區(qū)，按最大涌水量設計泵站，另外設計兩條排水線路，保障泵站可以連續(xù)作業(yè)；涌水涌泥的應急處置是在隧道的重要部位和關鍵路口設置可移動的擋水墻，阻攔水和泥等；人員撤離是在施工前設計撤離路線和撤離方案，施工人員安全培訓合格后上崗，并且在施工期間定期開展撤離演習；應急救援是在施工前制定應急處理方案，在事故發(fā)生后，施工人員按照撤離方案撤離或者進入救護通道，在應急人員施救并且安全離開后，關閉擋水墻，避免事故的進一步蔓延。

4 實例分析

4.1 工程概況

為了驗證本文分析的關鍵措施是否具有實用價值，本文以X 工程為例，使用本文設計的安全管理措施，進行管理效果分析。X 工程是高速鐵路修建的重要路段，鐵路主線全長約180.423km，共存在16 座隧道，單洞總長約26532m。X 工程所處區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較為復雜，地層以灰?guī)r為主，是典型的巖溶地段。該地區(qū)大部分巖溶發(fā)育完善，路旁隨處可見各種天然溶洞。本次工程在巖溶地段進行隧道施工，全長約900m。施工從隧道出口端進洞，出口段地形坡度較緩，地層產(chǎn)狀170°∠42°，巖層裂隙發(fā)育完善。在施工之前，本工程對隧道下方情況進行雷達測試，判斷施工區(qū)域的溶洞發(fā)育情況，測點測線布置情況如圖2 所示。

如圖2 所示，工程主要使用掌子面測試，配備天線為50MHz 與250MHz，采樣頻率為5～8 倍的天線頻率，疊加次數(shù)為512。由于掌子面不夠平整，本文將測線的間隔布置為2m，每條測線上存在5 個測點，測點之間的間距為40cm，以此保證測點與測線之間的穩(wěn)定測試關系。測試回傳的反射頻譜如圖3 所示。

如圖3 所示，反射波頻譜圖特性，判定溶洞內(nèi)填充物的含水量。其中，深度波動范圍較大的區(qū)域，說明此段溶洞的填充物分布不均勻，可能為可塑～軟塑粘性土，溶腔較大。本文在進行隧道施工之前，針對溶洞段的實際地質(zhì)特征，進行注漿加固處理。開挖至YK47+463 時，進行了鉆探作業(yè)，發(fā)現(xiàn)在YK47+452 處存在粘性土，將注漿材料放在小導管中進行注漿，小導管的長度為：

式（1）中，L 為小導管長度；h 為圍巖高度；?x為圍巖的坍塌角度。施工過程中，小導管的長度控制在3.0m～5.5m 之間，根據(jù)圍巖實際情況進行增加或刪減，保證小導管起到應用的支撐作用。漿液注入速度為5L/min ～10L/min，注漿壓力控制在1.5MPa 左右，注漿壓力超出1.5MPa 時，立即停止注漿，穩(wěn)定10min 之后重新注漿，如果注漿壓力仍然超過1.5MPa，則結(jié)束本次注漿。在整個隧道施工過程中，施工安全質(zhì)量指標計算公式如下：

式（2）中，δk為施工安全質(zhì)量指標；S 為出現(xiàn)施工事故的次數(shù)；V 為施工周期；t 為施工事故排除時間。施工過程中，安全質(zhì)量指標越高，施工安全管理水平越高，超過90%，即可保證施工安全。

在隧道施工的關鍵部分安裝擋水墻，擋水墻安裝如圖4 所示。

4.2 應用結(jié)果

在上述施工條件下，本文隨機選取出多個施工段，編號為YK47+452～YK47+366。一般情況下，施工段的安全質(zhì)量指標在90%以上，施工安全管理水平更佳。本次工程在支護間距、支護沉降情況等條件均一致的情況下，對施工段的安全質(zhì)量進行分析。應用結(jié)果如表2 所示。

如表2 所示，本文隨機選取了8 個隧道施工段，編號為YK47+452～YK47+366，每個施工段的地質(zhì)條件不同，超前支護的布置間距在30cm～65cm 的范圍內(nèi)變化。支護沉降量要求在2.0mm～5.5mm 的范圍內(nèi)變化，而施工結(jié)束之后，支護的沉降量在1.2mm～3.5mm 的范圍內(nèi)變化。也就是說，隧道施工的整體質(zhì)量較高。在本文隨機選取出的幾段施工段中，安裝質(zhì)量指標始終在98%以上，出現(xiàn)安全事故較少，安全管理水平較高。類似機械故障等小事故也能夠快速排除，在有效的工期內(nèi)完成施工，安全效果更佳，符合本文研究目的。

表2 應用結(jié)果

5 結(jié)束語

近些年來，隧道工程增多，受到環(huán)境條件復雜等因素的影響，使隧道工程施工安全性難以保障。因此，本文研究了巖溶地段隧道施工安全管理關鍵措施這一課題。從施工安全管理存在的問題、管理要點等方面，提出相應的安全管理措施。在施工之前，做好地下空間的判定，對溶洞進行注漿加固處理，對地質(zhì)條件進行充分分析，把控整個施工階段可能產(chǎn)生的安全事故，并在施工之前做好事故處理準備，真正意義上實現(xiàn)隧道工程的安全施工。