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1、 隧道施工安全监控要点 杨卓2015年4月 编制依据及思路 编制依据 隧道施工规范 隧道工程施工安全技术规程 隧道施工技术手册及相关文件电报等 编制思路 结合隧道施工特点 从现场施工安全管理 安全技术管理的角度出发 简单介绍隧道的施工方法 重点突出讲解隧道常规施工的过程控制 结合部分事故案例 提出关键控制工序的主要危险源 危害因素 监控要点 控制方法等 力求方法手段科学 易于运用和操作 一 洞口开挖及防护安全监控要点1 土石方开挖前须做好边坡 仰坡顶的截排水沟及天沟 防止雨水冲刷边坡 洞外排水系统应避开不良 不稳定的地质体 2 隧道洞口边仰坡工程须自上而下逐级开挖支护 及时完成洞口边仰坡加固
2、防护及防排水工程 3 边仰坡上可能滑塌的地表土 危石须全部清除 一 洞口工程 4 洞口石方开挖宜采用浅孔小台阶爆破 严禁采用洞室爆破 边 仰坡开挖要采用松动控制爆破并预留光爆层 光面爆破成型 土方开挖严禁掏底开挖 5 当洞口段可能出现地层滑坡 崩塌时 要采取相要的工程措施 并要适当放缓坡率 保证施工人员的安全和边 仰坡的稳定 当洞口位于软弱 松散地层或堆积层时 要按 先加固 预支护 后开挖 的原则施工 对永久性防护要按照设计在隧道施工的初期及早完成 6 洞口段处于偏压地段时 应按设计要求先完成洞门结构及回填土 7 隧道洞口应按设计完成超前支护后 方可开始正洞的施工 洞口段应及时形成封闭结构 严
3、禁采用长台阶施工 隧道进洞前必须完成洞口段支护 软弱围岩隧道宜采用超前管棚进洞 并对洞口临时开挖坡面采取锚杆 索 压浆 钢筋网 喷射混凝土等支护措施 同时 在开挖进洞之前 还应做好地表防排水系统 以确保隧道进洞安全 软弱围岩隧道进洞实例 三 明洞及洞门安全监控要点 1 明洞及洞门应避开雨天施工 当确需在雨天施工时 应制定严密的施工方案和防护措施 同时须加强对山体稳定情况的监测和检查 2 洞门及洞门基础必须置于稳固的地基上 当地基承载力不能满足要求时 必须结合具体条件采取加固措施 3 明洞及洞门完工后 边 仰坡受破坏处应及时处理 洞口工程成功实例洞口工程失败实例 1 隧道及地下工程超前地质预报实
4、行分级管理 根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度 分为A B C D四个等级 采取不同的地质预报方法 A级 存在重大地质灾害隐患的地段 如大型暗河系统 可溶岩与非可溶岩接触带 软弱 破碎 富水 导水性良好的断层破碎带 特殊地质地段 重大物探异常地段 可能产生大型 特大型突水突泥地段 诱发重大环境地质灾害的地段以及高地应力 瓦斯 天然气问题严重的地段以及人为坑洞等 B级 中 小型突水突泥地段 较大物探异常地段 断裂带等 C级 水文地质条件较好的碳酸盐岩及碎屑岩地段 小型断层破碎带 发生突水突泥的可能性较小 D级 非可溶岩地段 发生突水突泥的可能性极小 二 超前地质预报 一 超前地质预报分级 分类
5、 2 隧道及地下工程超前地质预报分为 短期 中期 长期三类 短期超前地质预报为开挖作业 30m范围的地质预报 中期为开挖作业面起30m 100m范围 100m以上为长期地质预报 分级预报方法如下 A级 应采用地质调查法 物探法 地质素描相结合进行中长期预报 采用超前钻探法和物探法进行短期预报 必要时采用超前导坑法 B级 应采用地质调查法 物探法相结合 进行中长期预报 应采用物探法 地质素描等方法进行短期地质预报 必要时采用超前钻探法进行短期预报 C级 应以地质调查法为主 物探法为辅进行中长期预报 必要时以物探法和地址素描进行短期预报 辅以加长炮孔探测 D级 应采用地质调查法 物探法进行中长期预
6、报 必要时以加长炮孔探测 超前地质预报主要方法有 地质调查法 物探法 超前钻探法 超前导坑法等 1 地质分析法地质分析法是利用地质基本理论和地质作图法 根据隧道已有勘察资料 地表补充地质调查资料 洞内开挖揭示地质资料等 通过地层层序对比 地层分界线及构造线地下和地表相关性分析 断层要素与隧道几何参数的相关性分析等 推测开挖工作面前方可能揭示的地质情况 如地层岩性 地质构造 不良地质类型 规模等 二 超前地质预报主要方法 大型溶洞水体或暗河出现时的前兆 岩体裂隙 溶隙间出现较多的铁染锈或粘土 岩层明显湿化 软化 或出现淋水现象 小溶洞出现的频率增加且多有水流 河沙或水流痕迹 钻孔中的涌水量剧增
7、且夹有泥沙或小砾石 有哗哗的流水声 钻孔中有凉风冒出 断层破碎带出现时的前兆 岩体节理组数急剧增加 岩层产状变化大 出现揉皱等 岩石强度明显降低 压碎岩 碎裂岩 断层角砾岩等的出现 泥岩 页岩等明显湿化 软化 或出现淋水和其他涌突水现象 大规模塌方的前兆 拱顶岩石开裂 裂缝旁有岩粉喷出或洞内无故尘土飞扬 支撑拱架变形或发生声响 拱顶岩石掉快或裂缝逐渐扩大 干燥围岩突然涌水等 煤与瓦斯突出的前兆 开挖工作面岩层发生鼓裂 瓦斯含量突然增大或忽高忽低 工作面有移动感 工作面发出瓦斯强涌出的嘶嘶声 同时带有粉尘 工作面附近 时常听到沉雷声或闷雷声 2 物探法物探法包括弹性波法 电磁波法 电法 红外探测
8、法等 弹性波法包括TSP TST TRT HSP等 其中目前应用比较广 大家公认效果比较好的有TSP法 弹性波法 与地质雷达法 电磁波法 TSP超前预报系统是利用地震波在不均匀地质体中产生的反射波特性来预报隧洞掌子面前方及周围临近区域的地质情况 该法属多波多分量探测技术 可以检测出掌子面前方岩性的变化 如不连续面 断层和破碎带等 优点 探测距离长 可达100 200m 施工干扰小 一般仅需2个小时 探测精度高 对规则的不连续面 如软硬岩分界面 断层面等探测准确 缺点 对岩溶等不规则体探测效果差 地质雷达法利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式 由掌子面 或在钻孔内 通过发射天线向前 四周 发射 当
9、遇到异常地质体或介质分界面时发生反射并返回 被接收天线接收 并由主机记录下来 形成雷达剖面图 优点 与其他探测方法相比较 雷达法对岩溶 空洞等反应灵敏 探测精度高 缺点 采用掌子面探测时 因掌子面凹凸不平等因素影响探测效果 探测距离短 一般在10 15m 频繁的探测对施工干扰大 超前钻探法超前钻探法包括超前地质钻探法与加深炮孔法 其中超前钻探地质法分为取芯钻与冲击钻 取芯钻具有直观 准确的优点 通过岩芯鉴定即可判断前方的地质条件 但也有速度慢 费用高的缺点 冲击钻 加深炮孔具有速度快 效率高 费用低的优点 但直观性要差一些 冲击钻与加深炮孔需要根据钻进过程中钻进情况的变化分析推断前方的地质条件
10、 如钻速及其变化 冲洗液的颜色及流量变化 岩粉 钻杆震动 冲击器响声 卡钻跳钻等情况 钻杆震动等情况 三 超前地质预报安全监控要点 1 超前地质预报工作必须纳入现场施工组织统一管理 并纳入工序中 并应编制超前地质预报的安全保障措施 超前地质预报人员必须经过隧道施工安全教育培训 并掌握安全操作技术和安全生产的基本知识 2 超前地质预报作业时必须在隧道找顶作业结束后 高地应力区隧道应待工作面支护完成后 进行 开始工作前应观察操作空间上方 周围有无安全隐患 特别是钻探开挖工作面附近是否还有危石存在 确保预报人员的安全 3 超前地质预报当使用作业台架 高空升降车等设备时 设备应安设牢固 操作人员应遵守
11、高处作业的有关规定 4 进行隧道地质预报时 必须先监测有害气体浓度 超标时应加强通风 浓度符合卫生标准要求后方可进入工作面 5 岩溶及富水破碎断层隧道 应采用以水平钻探为主 结合物探法 地质分析法的多种不同原理的综合预测预报方法 达到相互补充 相互印证 提高预报准确率 6 隧道通过煤系地层 金属和非金属矿区中的采空区时 应查明废弃矿巷与隧道的空间关系 分析评价其危险程度及对隧道的影响程度 7 采用钻探法预报时 严禁在残孔内加深炮孔进行探测 8 采用地震波反射法预报时 应使用小药量炸药激发产生地震波 2011年10月19日18时零9分 X局广西岑水高速公路项目岭脚隧道右洞EK18 215掌子面爆
12、破后发生大规模突泥 泥浆方量在1万立方米以上 将衬砌台车推行190m并掀翻在地 隧道出口工作场地泥浆淤积厚度约1米 并顺着出口路基边坡淹没了部分农田 19时30分 隧道内再次出现大量突水 历时17分钟 现场施工人员及周边村民由于转移及时 未造成人员伤亡 突泥突水发生后次日上午察看洞顶地表 隧道左线FK18 185线左21m处的山坡上出现一直径约36m的漏斗状陷坑 平均深度约22m 事故案例图片 四 做好超前地质预报工作的两点建议 1 正确认识超前地质预报与施工进度 工程成本之间的关系 2 充分认识连续地质预报的重要性 重视地质条件较好时的地质预报工作 三 隧道开挖 一 隧道洞身开挖作业主要危险
13、源 危害因素1 围岩坍塌 突泥 突水 2 开挖方法不当 3 开挖循环进尺过大 初支不及时 支护强度不够 4 找顶不彻底 5 开挖作业台架防护措施不到位 6 爆破作业时无安全防护 爆破作业违章操作业 二 施工机械的要求 1 隧道施工机械应根据隧道长度 断面大小 地质条件 施工方法等因素合理配置 并做到安全可靠 节能环保 2 施工机械作业场所应有必要的照明 3 混凝土拌合设备 运输设备 混凝土喷射机等施工机械设备应有备用设备并应始终处于良好状态 4 严禁汽油机械进洞 图严禁汽油机械进洞 三 施工方法 隧道施工主要采用钻爆法 沉管法 盾构法及掘进机 TBM 法施工 通常采用钻爆法 喷锚构筑法 施工
14、通过江河时 采用沉管法 对于淤泥质黏土 含水土及砂层等土质隧道可采用盾构法 对于一般石质条件的长隧道 可采用掘进机法施工 在此 主要讲钻爆法施工 钻爆法施工主要包括全断面开挖法 台阶开挖法及分部开挖法 1 全断面法施工 采用全断面一次开挖成形的施工方法 全断面法适用于双线隧道 级围岩 单线隧道的I III级围岩及采取措施的 级围岩 优点 开挖断面大 作业净空大 施工干扰少 能充分发挥机械的使用效率 是隧道施工的发展方向 缺点 每掘进一次 石渣数量多 钻爆和出渣必须顺序作业 需配置钻孔台车和高效率的装运机械 才能提高开挖速度 1 全断面法施工示意图 2 全断面法施工安全监控要点 采用全断面法开挖
15、隧道时 应控制一次同时起爆的炸药量 减少爆破振动对围岩的影响 同时循环进尺宜控制在3 4 0m 在地质条件较差地段采用全断面法开挖隧道时 必须对围岩进行超前支护或预加固 并控制循环进尺 当隧道地质条件发生变化时 必须根据情况及时变换适宜的开挖方法 隧道开挖爆破后应先采用机械进行找顶 然后用人工找顶 2 台阶法施工 先开挖上半断面 待开挖至一定长度后同时开挖下半断面 上 下半断面同时并进的施工方法 台阶法适用于 V级围岩的隧道施工 单线隧道VI级围岩采取有效的措施后 亦可采用台阶法施工 台阶法是目前隧道最常见的施工方法之一 台阶法有微台阶法 短台阶法和长台阶法三种方式 微台阶法 适用于双线隧道
16、级以上围岩 也可用在单线隧道 级以上围岩地段 台阶长度一般为3 5m 短台阶法 适用于地质条件差的 V级围岩 台阶长度一般为10 5m 长台阶法 适用于地质条件较差的 V级围岩 推荐台阶长度一般50 80m 目前已经演变有上 下两部或上 中 下三部三台阶七步开挖法 三台阶临时仰拱法 弧形导坑预留核心土法等 可根据地层条件 断面大小和机械配备情况合理选用 1 台阶法施工示意图 台阶法 该工法一般适合于 级围岩 要求台阶长度不大于1倍洞径 仰拱距掌子面距离不大于2倍洞径 2 台阶法施工安全监控要点 采用台阶法开挖隧道时 应根据围岩条件 合理确定台阶长和高度 其各部形状要有利于保持围岩稳定的前提下尽量便于机械作业 当围岩自稳能力较好 隧道开挖跨度不大时 为方便作业 台阶长度宜控制在10 50m以内 围岩稳定性较差时 台阶长度宜控制在一倍洞径 当围岩地质较差 开挖工作面不稳定时 应采用短进尺或上下台阶错开开挖或预留核心土措施 必要时采用喷射混凝土或玻璃纤维锚杆对开挖工作面进行加固 台阶上部开挖循环进尺应根据围岩地质条件和初期支护钢架间距合理确定 并不得超过1 5m 当围岩地质较差 变形较大时
