隧道施工中應注意哪些安全問題

2021-03-05 21:00:31 字數 5040 閱讀 2339

1樓:匿名使用者

隧道施工中應注意的安全問題包括:

一、開挖是隧道施工的關鍵環節

開挖工作是隧道施工的第一流程,開挖工作的優越與否直接影響隧道施工的安全、質量和效益。提高光面爆破,可以減少對圍巖的擾動,減少應力集中,有利於自然拱的形成,便於噴砼工藝,因此,隧道施工安全的關鍵是開挖。

良好的光面爆破可以減少超欠挖,這樣減少了欠挖處理及超挖石碴的外運量,減少襯砌時砼的回填量,而且砼襯砌厚度均勻減少了應力集中。因此,開挖也是影響隧道襯砌工作的關鍵。

開挖是關鍵,還在於開挖決定了隧道的初始幾何尺寸,表明了隧道的貫通及誤差,一旦開挖出了問題,其它後續工序也就失去了意義,再次施工安全就很可能得不到保障。

爆破引數設計是光爆控制的重要環節,在綜合考慮圍巖狀況、岩石整體性好壞、節理裂隙發育規律等多方面因素後,精確合理地設計爆破引數,降低工料消耗,提高光面爆破效果。

鑽孔裝置的選擇對光面爆破的效果起重要作用,目前隧道開挖絕大多數採用人工開挖的方式,因此,操作手的經驗及熟練程度至關重要。很多專案在施工隧道前對操作人員進行了崗前培訓,操作人員在施鑽時抓住了「準、平、齊、直」的要點,同時對風槍進行了適當改進,改造了部分風槍油壺的位置,減少了鑽爆形成的臺階,拱頂和邊牆光面爆破均達到了很高的水準。

二、防坍是保證隧道施工安全的最重要環節

開挖中最重要的一點就是防塌。山嶺隧道施工絕大部分採用傳統的施工方法——鑽爆法施工。鑽爆法施工的山嶺隧道由於受炸藥爆破震動的影響,破壞了原有巖體內部受力平衡,當施工方法不當或支護不力時,圍巖就會因失穩而發生坍塌。

因此,採用鑽爆法施工的山嶺隧道如何防止坍方是確保隧道施工安全和工程質量的關鍵。

1.易發生坍方的地形和部位

在山區修建隧道,由於隧道穿越地區工程地質和水文地質的複雜多變,決定了山嶺隧道的施工難度。下面列舉容易發生塌方的地段和部位,以便遇到類似情況時能引起高度重視。

(1)容易發生塌方的地段

a.埋深較淺地段:山嶺隧道埋深在200米以下時,圍巖由於受到地表水侵蝕,岩層風化嚴重,如施工不當易發生塌方。

b.斷層破碎帶及斷層影響帶:因其圍巖破碎,自穩能力差,並含有大量的填充物和地下水,如施工不當易發生塌方。

c.岩層接觸帶:因其岩層不同,且大多伴有小構造,如重視不夠可能會發生塌方。

d.高應力地段:在軟質圍巖中,由於受到高地應力的影響,圍巖變形較大,若支護不力極易發生坍方。

e.在高水位富水地段:岩溶呈不規律性分佈,隨時遇到意想不到的溶洞,若防備不及,溶洞內的填充物湧出或坍塌,也會給工程造成不利的影響。

(2)容易發生坍方的部位

a.隧道洞口:隧道洞口集埋深淺、石質較差、受力結構複雜等不利因素於一體,處理不當極易發生坍方。

b.隧道拱腳:當採用臺階法施工開挖下半斷面時,若拱腳支護不力,極易造成坍方。

c.隧道牆腳:當進行檢底施工時,措施不當牆腳懸空時,致使邊牆失穩而發生偏幫。

d.隧道拱部:地質條件較差,拱部變形較大,支護強度不足時,易發生拱部坍塌。

e.隧道與隧道的交叉部位,即主洞與支洞交叉的部位,也就是通常所說的交叉三角區,如果處理不當,支護不力,極易發生坍方。

f.在水平岩層或近似水平岩層中,拱部易發生掉頂;在垂直岩層或近似垂直岩層中,邊牆易發生偏幫。

2.防止出現坍方的預防措施

在山嶺隧道施工中,如果施工方法及支護手段使用不當,不僅不能加快施工進度,而且也不能保證工程質量和施工安全,易造成坍方。為此,特別強調:

(1)選擇合適的施工方法

隧道施工過程和方法是多種多樣的,目前在我們經常採用的礦山法中大致有全斷面法、臺階法和分部開挖法三大類。

在當前的施工實踐中,採用最多的方法是臺階法(含環形開挖預留核心土法),其次是全斷面法。在大斷面隧道中,中隔壁法(cd法)、交叉中隔壁法(crd法)和雙側壁導坑法採用較多。選擇施工方法,並不完全決定於地質條件。

地質條件僅僅是選擇施工方法的一個因素,而更應強調的是:施工方法必須符合快速、安全、質量及環境的要求。其中環境因素有時成為選擇施工方法的決定性因素。

選擇施工方法時需考慮的基本因素大體上可歸納為:

a.施工條件:實踐證實,施工條件是決定施工方法的最基本因素,它包括一個施工隊伍所具備的施工能力、素質以及管理水平。

目前我集團隧道施工隊伍的素質和施工裝備水平,有高有低,參差不齊,因此,在選擇施工方法時,不能不考慮這個因素的影響。

b.圍巖條件:也就是地質條件,其中包括圍巖級別、地下水及不良地質現象等。圍巖級別是對圍巖工程性質的綜合判定,對施工方法的選擇起著重要的甚至決定性的作用。

c.隧道斷面積:隧道尺寸和形狀,對施工方法選擇也有一定的影響。

目前隧道斷面有向大斷面方向發展的趨勢,如公路隧道已開始修建3車道甚至4車道的大斷面,水電工程中的大斷面洞室,更是屢見不鮮。在這種情況下,施工方法必須適應其發展。在單線和雙線的鐵路隧道中,越來越多地採用了全斷面法及臺階法;而在更大斷面的隧道工程中,先採用各種方法修小斷面的導坑,再擴大形成全斷面的施工方法極為盛行。

d.埋深:隧道埋深與圍巖的初始應力場及多種因素有關,通常將埋深分為淺埋和深埋兩類,有時將淺埋又分為超淺埋和淺埋兩類。在同樣地質條件下,由於埋深的不同,施工方法也將有很大差異。

f.工期:作為設計條件之一的施工工期,在一定程度上會影響基本施工方法的選擇。

因為工期決定了在均衡生產的條件下,對開挖、運輸等綜合生產能力的基本要求,即對施工均衡速度、機械化水平和管理模式的要求。

g.環境條件:當隧道施工對周圍環境產生如爆破振動、地表下沉、噪聲、地下水條件的變化等不良影響時,環境條件也應成為選擇隧道施工方法的重要因素之一,在城市條件下,甚至會成為選擇施工方法的決定性因素。

(2)各種施工方法在不同圍巖和隧道中適用情況

a.全斷面法

適用於單線鐵路隧道ⅰ~ⅲ級圍巖、鐵路雙線隧道及公路隧道ⅰ~ⅱ級圍巖地段。通常採用全斷面鑽孔一次起爆方法。為控制好開挖輪廓,減少超欠挖,提高光面爆破效果,可推廣預留光爆層的開挖方法。

b.臺階法

適用於單線鐵路隧道ⅲ、ⅳ級圍巖、鐵路雙線隧道及公路隧道ⅲ級圍巖地段。臺階數量和長度,要根據圍巖條件而定。ⅲ級圍巖一般採用兩臺階法;ⅳ級圍巖及ⅲ級偏弱圍巖,可改用三臺階法。

臺階法施工的迴圈進尺,要根據開挖跨度和圍巖類別、自穩時間嚴格控制,並與初期支護鋼架設計間距相對應。每次以架立1~2榀鋼架為宜。

上部斷面開挖視圍巖自穩條件,可採用一次開挖成形和環形導坑預留核心土開挖法,該法適用於單線鐵路隧道ⅳ、ⅴ級圍巖、鐵路雙線隧道及公路隧道ⅲ、ⅳ級圍巖地段。當圍巖自穩性很差時,必須採用小導管或錨杆(注漿)等超前支護措施;土質隧道還可採用人工預切槽,槽內嵌設鋼架,噴混凝土預支護後再開挖的方法。

下部斷面(中、下層臺階)是開挖作業的重要環節。近年來,在下部開挖中,因方法欠妥,作業不慎引起初期支護失穩造成的重大坍方事故已有多起,必須引起高度重視。在開挖順序上,宜採用先挖側槽、左右錯開向前推進的做法,不宜採用拉中槽挖馬口的方法。

側槽開挖長度,靠近邊牆範圍應採用風鑽、風鎬手工開挖,人工清壁扒碴,嚴禁使用重型機械開挖和裝碴,以免對圍巖過大擾動、破壞圍巖和初期支護系統的整體穩定性。

c.分部開挖法

分部開挖法主要有雙側壁導坑法(適用於單線鐵路隧道ⅴ、ⅵ級圍巖、鐵路雙線隧道及公路隧道ⅳ~ⅵ級圍巖)、中隔法(適用於單、雙線鐵路隧道ⅴ級圍巖、淺埋隧道及三線隧道)或交叉中壁法(適用於雙線、三線隧道ⅴ、ⅵ級圍巖及淺埋隧道)。這些施工方法也適用於對地表沉降有嚴格限制的城市公路隧道。

雙側壁導坑法在控制地中和地表下沉方面,優於其它施工方法。此外,由於兩側導坑先行,能提前排放隧道拱部和中部土體中的部分地下水。為後續施工創造條件。

因此城市淺埋、軟弱、大跨公路隧道和山嶺軟弱破碎、地下水發育的大跨隧道可優先選用雙側壁導坑法。

d.進洞方法

進洞施工方法要根據洞口段地形、地貌和圍巖條件而定。

洞口段為整體性好的ⅰ、ⅱ級硬巖時,路塹成型後,即可按全斷面法直接進洞。

洞口段為淺埋、坡積、軟弱的ⅳ、ⅴ級圍巖時,宜採用臺階法進洞。一般應結合洞口路塹施工分層開挖,到達暗洞進口裡程前4m左右,沿設計開挖廓線外0.1m施作管棚(常用¢42mm小鋼管,有條件的也可用¢89mm鋼管)超前支護,而後按臺階法施工。

拱部要採用環形開挖留核心土法,下部視情況分一層或兩層開挖。為確保安全順利進洞,暗洞前4m的初期支護通常做成套拱。當暗洞掘進20米左右後,要及時施作仰拱和二次襯砌。

(3)採用正確的支護手段和方法

除了施工方法安全合理實用外,採用合理、經濟的施工支護手段也是防止隧道坍方的關鍵。隧道支護應根據不同的圍巖級別及地質狀況進行施作,對洞口存在堆積體、滑坡體、淺埋及軟弱地層等不良地質隧道,可採用大管棚、小導管注漿超前支護,地表注漿加固及地面旋噴樁加固等措施。部分隧道洞口設定抗滑樁保證坡體的整體穩定,進洞後儘快施做洞門,確保進洞洞口安全;洞內軟弱地層地段以錨、噴、網為主要支護手段,必要時加格柵鋼架,強化支護措施,同時減少對巖體的擾動,抑制圍巖過度鬆弛變形,確保洞內施工安全。

一次支護是主要受力結構,應按永久結構沒計,且必須在其基本穩定後開始進行防水層和二次模築襯砌,尚未穩定情況下,企圖用模築襯砌進行支護是不安全的,襯砌會產生開裂。若採用鋪底超前、仰拱超前的模築襯砌的方法,是有利於地層穩定的。一次支護由鋼筋網、鋼拱架、噴混凝上組成,鋼拱架接頭聯結處設鎖腳錨管(灌漿)。

二次襯砌為安全儲備和承受部分流變荷載、**力等。二次襯砌由模築混凝土、鋼筋混凝土兩種型式組成。

3.施工中應注意以下問題

(1)淺埋或軟弱圍巖隧道正臺階施工不允許分長、中、微臺階,臺階長度為一倍洞徑,第一個上臺階高度定為2.5m,有利於快速將頂部一次支護、網構鋼架安裝定位,有利於安全。小導管長度應為臺階高度加1m.

所以,初期設定小導管長度3.5m是指臺階高度2.5m時的情況。

(2)大斷面硬巖隧道宜採用小導洞超前爆破,可減震30%,取消預裂爆破。也可採用小tbm超前,鑽爆法擴大。其優點為:

可以超前預報;爆破減振30%,炸藥比全斷而爆破減少5%~10%;擴大爆破,炮眼利用率為100%,所以提高開挖速度2~3倍:炮眼半孔保仃率80%,線形超挖<10cm;爆破碴堆、碴塊均勻、集中,便於快速出碴;縱向爆破衝擊波小,對後部工序影響小。

(3)在任何情況下,使隧道斷面能在較短時間內閉合是極為重要的。

(4)支護結構施工必須是一次支護從上向下施作,二次模築襯砌必須從下向上施作。

(5)在軟弱地層段隧道襯砌施工採取緊跟的原則:即襯砌施工以距掌子面不超過150米為限。仰拱超前、襯砌緊跟能在洞內迅速形成閉合環,防止圍巖過度鬆弛變形,保證施工安全的作用更為顯著。

(6)實施性施工組織設計必須把安全方案作為重要內容,從技術工藝、裝置器材、作業流程、風險應對等各個方面做好預控措施。

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