山岭隧道施工安全技术(培训)

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1、 山岭隧道施工安全技术 培 训二O一七年三月一、隧道施工过程中易发生的事故类别：1、坍塌（冒顶片帮）：洞口、掌子面、掌子面后 方 2、突泥涌水：掌子面、掌子面后方（岩溶、断层 ） 3、爆炸：瓦斯、炸药 4、火灾 以上4类可能造成灾害性后果 5、机械伤害：有轨（电机车、矿车）、无轨（汽 车、装载机、挖掘机） 6、触电 7、其他伤害22010年3月19日16时许，由集包线新旗下营隧道发生塌方事故，至30日抢险救援宣告结束，10名被困作业人员已没有生还希望。3宜万铁路马鹿菁隧道“1.21”涌水事故：（2006年1月21日，11局，长7879米， 2480米处施工时，平导洞发生透水事故并通过联络巷灌入

2、正洞，平导洞内8人和正洞内3人安全撤出，正洞内其余11人被困，最大涌水量达每小时30万立方米）4董家山隧道“12.22”特别重大瓦斯爆炸事故2005/12/22，四川都汶高速公路董家山隧道发生特别重大瓦 斯爆炸事故，造成44死11伤，直接经济损失2035万元。52006年10月1日18时10分，石太客运专线太行山隧道8号斜井，因钢筋焊接引燃泄水管及防水板、通风管，致使该斜井正洞左线石家庄方向DK89+534处发生火灾，造成4人死亡、多人受伤。62006年12月10日23时，洛湛二线大桂山隧道进口洞内发生 爆炸，当场死亡3人，伤3人（其中2人送医院抢救无效死 亡），失踪1人。7二、隧道防坍技术

3、(一)隧道坍塌的主要原因 蒙西华中铁路公司董事长张梅2001年下半年讲课时谈到: 目前在建隧道6600公里，已规划建设隧道7600 公里，隧道呈现“三多”特点（隧道数量多、长大 隧道多、风险隧道多）。其中软弱围岩隧道占有 相当大的比例。 软弱围岩隧道施工，除地质条件差，还会遇 到断面大、埋深浅、下穿公路或建筑物等情况， 从而使施工更加复杂，难度更大。目前，由于技 术措施不合理、施工方法不当、施工工艺不到位 、现场管理薄弱等环节的诸多问题，造成了大量 的隧道变形和坍方事故，损失巨大，教训深刻。8据不完全统计，从2006年到2010年目前为 止，4年多时间内，软弱围岩隧道发生事故28 起，死亡71

4、人，事故发生之频繁，死亡人数之 多，令人心痛。隧道坍塌统计数据进行分析，软弱围岩隧 道事故主要表现在三个方面：一是洞口坍方，占20%。 二是掌子面变形坍方，占33%。 三是掌子面后方坍方“关门”，占47%。 9（二）新奥法的基本原理1、新奥法基本原则22 条新奥法的创始人之一，奥地利的L 米勒（LMuller）教授根据多年来 新奥法设计、施工与实践的经验教训 、存在的问题与对策，于1978年总结 出新奥法基本原则22 条10（1）隧道是以其自身的围岩来支护的，衬砌与围岩应 紧密地贴合在一起，使围岩与衬砌形成整体性结构。 （2）在隧道的开挖过程中，应最大限度的保持围岩的 原始强度。 （3）尽可能

5、地防止围岩松动，因围岩松动必将导致其 强度降低。以往惯用的木支架、石材支架及钢拱支架 不能与围岩紧密贴合，故不可避免的出现围岩松动。 而采用喷射混凝土可以及时封闭围岩，因此可以防止 围岩松动（图1）。 尽可能保持围岩的本身的稳定开挖工序与爆破1112（4）应尽量避免围岩出现单向或双向应力状态。隧 道开挖后，岩体由三向应力状态转变为双向应力状态 ，岩体强度大大下降。若能及时锚喷，可提供足够大 的径向支护抗力，使围岩从最不利的双向应力向三向 应力状态转化。 （5）恰当地控制围岩变形，即一方面要允许围岩向 隧道空间收缩变位，以便形成岩石支撑环，而另一方 面，又要限制其产生过大变形造成围岩强度降低。其

6、 措施是在围岩壁面施以支护结构来阻止围岩发生松动 破坏（图2）。 控制围岩变形喷锚支护时机1314（6）应适时地进行支护。既不能过早 ，也不能太晚。支护结构的刚度不宜太 大，也不要过柔，以便充分发挥围岩自 身的承载能力。 （7）应该正确地确定岩体或岩体支护 系统的特定的时间因素。是以隧道开挖 后围岩能保持稳定的时间为基础，对围 岩进行分类。 适时进行支护围岩分级15（8）如果预计在隧道开挖时围岩产生较大变形或松动 ，则所采用的支护应能覆盖全部开挖岩面并能与围岩 紧密贴合。使用喷射混凝土能够达到这两点要求，而 木支架或钢拱支架与围岩为点支撑，它只能有效地阻 止围岩变形或松动。 （9）第一次支护应

7、该是薄壁柔性结构，以便最大限度 地限制弯矩和由弯矩而引起的拉裂破坏。一般采用的 支护厚度为150mm250mm。 （10）如果第一次支护的喷层的承载能力确实不能保 证围岩的稳定性时，应通过打锚杆、挂金属网或增设 钢拱架联合支护来解决（图4）。 薄壁柔性结构喷射混凝土全部覆盖岩面并密贴1617（11）从力学角度上看，新奥法构筑的隧道可以认为是由围岩支承环与第一次支护、第二次支护构成的厚壁圆筒。围岩支承环和支护结构是在形变协调条件下共同工作的结构物。而传统的观点则是把隧道看成是双墩拱，认为该拱是承担围岩荷载的结构物。新奥法把围岩从加载的因素（或把支护从支撑概念）转变成承载的因素（或把支护变为加固概

8、念）是个飞跃（图5）。1819（12）当隧道为双层支护时，内圈支护不宜太厚，且内外两层支护要紧密贴合，粘结为一个整体，不要成为摩擦结合，要使两层支护之间仅能传递径向力。（13）若采用二次支护时，第一次支护所形成的围岩支护系统就应该是稳定的。第二次支护（内衬砌）的作用在于进一步提高工程的安全性。但在有大量涌水时，或在围岩变形尚未稳定前就构筑第二次支护时，则一次支护与二次支护都需要考虑结构的稳定性问题。当渗水具有侵蚀性时，只有采取了防腐蚀措施时才能把锚杆看成是永久性支护的一个组分。观念支护稳定 20（14）从力学上看，圆筒只有在全圆周上没有 任何缝隙时才能起到圆筒的作用，因此隧道要 封底（围岩非常

9、坚硬除外），形成闭合圆筒， 且封底要及时，一般为仰拱（图6）。（15）围岩的性态受封底时间的影响较大，若 掘进工作面推进过快而延长了封底时间则使上 拱圈承受不利的纵向弯矩，而下拱圈的岩石承 受很高的应力。圆筒的作用涉及到开挖方法及封底时机。2122（16）隧道开挖后，破坏了原岩应力状态，围岩应力重新分布。为了不使应力重新分布过程复杂化并损坏岩体，应该采用全断面一次开挖。（17）隧道的施工方法影响着围岩的时间效应。因此，正确的施工方法对保证隧道的稳定性起着决定性作用。例如，一次掘进的长度、第一次支护的时间、封底时间、顶板上拱圈长度以及支护的反力等，均应系统地调整，以便控制围岩与支护系统的稳定过程

10、。（18）为了避免隧道断面上尖角处的应力集中现象，应采用光滑的圆形断面。施工方法不同段面及光面爆破。23（19）正确确定围岩自承时间的手段是室内实验、现场实验、围岩变形量测等。此外，围岩的裸露时间、变形速度和岩石分类也可以为确定岩体或岩体支护系统的特定的时间因素（第（7）条）提供重要数据。自1952年以来对围岩的变位量测工作就已成为新奥法施工不可缺少的工作了。（20）第一次支护的形式及其设置的时间应根据所测得的岩体变形来确定（图7）。（21）混凝土应力测定、支护与围岩接触面应力测定及施工期间进行的收敛变形量测等测得的数据反馈到设计与施工中，是指导设计与施工的重要依据。数据反馈施工监控量测242

11、5（22）围岩的渗流压力以及作用于支护上的静 水压力可通过各种排水设施或手段使之消除。 必要时，要在第一次支护和第二次支护之间， 设置专门的防水层来解决防水问题。上述的22 条基本原理表明：不能把新奥法单 纯地看成是一种施工方法或支护方法，而是一 系列思想的综合和系统化，是一个具体应用岩 体动态性质的完整的力学概念。根据以上22 条原理，新奥法的核心思想可归 纳为以下三个方面：26一、支护要充分发挥围岩的承载能力 新奥法根据现代岩石力学支护围岩共同作用原理，明 确指出围岩是承载的主体，初次支护和最终衬砌的目 的，是为了保证和调动围岩的强度，帮助围岩实现自 撑，使隧道尽快形成一个能自撑的土壤或岩

12、石承载环 。 围岩一旦风化松动，岩体强度会大幅度降低，要发挥 围岩的承载能力，首先一点就是尽可能不损害围岩原 有的强度。贯用的钢拱支架不能避免围岩出现松动， 采用喷混凝土或锚喷支护封闭围岩壁面可以防止围岩 风化和松动，减少围岩强度的降低。因此，喷锚或锚 喷支护是新奥法的重要特征。27从力学角度讲，新奥法构筑的隧道可以认为是由围岩 支承环与一次被覆、二次被覆构成的厚壁圆筒（图5） 。支承环厚壁圆筒只有在全圆周上没有任何缝隙时才 能起到圆筒的作用，形成闭合环非常重要。围岩的工 作特性取决于衬砌的封闭时间，因此，除非确认底板 围岩是非常坚硬而无需设置底拱外，一般都要设仰拱 ，并且在施工过程中要尽快对

13、底板进行支护以形成闭 合环。 同时，充分发挥围岩的承载能力的应使隧道自然成拱 并保护围岩，即周边轮廓应尽量圆顺，防止局部应力 集中；减轻爆破对围岩的松动破坏，维护围岩强度和 自承能力，使其受力良好。28二、建立二次支护概念巷道开挖初期的应力调整过程中，围岩变形量大、速度快。为 适应这一特点，新奥法要求支护既能抑制围岩变形、防止围岩 开裂松动，又要具有一定的可缩性，适度允许围岩变形，只有 这样才能最大限度地减少支护受力，充分发挥围岩的支承能力 。锚杆支护是一种可缩性支护，但是喷层、混凝土衬砌却是刚度 较大的脆性支护；喷层厚度大则刚度大，在变形压力作用下很 快就会破坏。为提高喷层和衬砌的柔性，初次

14、支护要采用厚度 较薄的薄壁结构，以减少弯矩，提高其变形适应能力。当初次 支护强度需要增强时，可以使用锚杆、钢筋网及钢拱架，而不 是增加喷层或衬砌的厚度。初次支护在于有控制地允许围岩变形，充分发挥围岩的支护能 力，以较低的成本获得较好的支护效果。二次支护的作用是提 高支护的安全度，根据新奥法原则，二次支护也应采用薄壁结 构，当围岩变形稳定后适时地完成。29三、建立隧道施工监控量测体系 新奥法强调在隧道施工过程中进行系统的现场监测工作， 以掌握围岩活动规律和隧道安全程度。新奥法的初次支护 参数设计，是在岩石力学基本理论基础之上，按照围岩分 类及工程类比方法确定的，只有通过现场实测，才能对设 计参数

15、进行进一步的优化，达到最佳支护效果。因此，量 测工作是评价初次支护是否合理、施工方法与工艺是否正 确、围岩状态是否稳定和确定二次支护时机的科学依据。 监测工作伴随着隧道施工的全过程，量测工作的好坏，是 按新奥法施工能否成功的重要前提。30新奥法施工基本原则概括：少挠动开挖方法面圆顺爆破方法 早喷锚时间控制 勤量测量测及时 紧封闭封闭成环31 2、喷锚支护机理及技术特点锚喷支护是喷射混凝土、锚杆、钢筋网喷射混 凝土等结构组合起来的支护形式，可以根据不 同围岩的稳定状况，采用锚喷支护中的一种或 几种结构的组合。锚喷支护包括锚杆支护、喷射混凝土支护、喷 射混凝土锚杆联合支护、喷射混凝土钢筋网联 合支

16、护、喷射混凝土与锚杆及钢筋网联合支护 、喷钢纤维混凝土支护、喷钢纤维混凝土锚杆 联合支护，以及上述几种类型加设钢格栅、型 钢（或钢拱架）发展为一种复合支护形式。321）喷射混凝土支护机理：1、封闭岩面、防止风化松动2、 填充坑凹及裂隙、维护和提高围岩的整体性、帮助围岩发挥自身的结构作用3、调整围岩应力分布、防止应力集中4、 控制围岩变形、防止掉块、防止坍塌332）锚杆对围岩 所起的力学效 应 （1）吊悬作用 ：将不稳定岩 层悬吊在坚固 岩层上，阻止 围岩移动滑落 。34（2）减跨作用： 在隧道顶板岩层 中大入锚杆，相 当于在顶板上增 加了支点，使隧 道跨度减小，从 而使顶板岩体应 力减小。35（3）组合作用： 在岩层中大入锚 杆，将若干薄弱 岩层锚固在一起 ，类似将叠合