隧道施工中的风险预测管理与安全技术

　　摘要：对隧道施工中存在地质灾害，惯性事故等进行了探讨和分析，提出了各种潜在施工隐患的预测预报方法，以及规避这些潜在风险的安全技术。将施工中的风险预测与规避风险的技术相结合，用安全技术保障隧道的施工安全，俱同行参考。

　　关键词： 隧道,风险,预测管理安全技术

　　1 引言

　　由于不确定因素给隧道施工带来很多的不安全因素，一方面需要搞好安全管理，如加强安全教育，强化安全意识，落实安全责任制等，另一方面要切实强化隧道施工中的安全技术，加强风险预测与规避机制，而这方面又常常是隧道施工组设置管理的薄弱环节。

　　2 常见不良地质条件的风险预测及规避对策

　　2.1 浅埋隧道

　　地表覆盖层活度小于隧道跨度时，即覆跨化比小于1时，为浅埋隧道。浅埋躲在隧道洞口位置，但也有在洞身位置和全隧为浅埋隧道。

　　2.1.1 风险预测

　　隧道施工易引起地面下沉、开裂，造成地面建筑物变形、破坏等。

　　2.1.2 规避对策

　　(1)采用分部开挖方法。单线隧道微台阶或短台阶，双线隧道采用眼镜法。CD法或CRD法施工。

　　(2)开挖前先施工超前锚杆或超前管棚。当地质情况较差。围岩破碎时应先进行地表注浆。

　　(3)采用控制爆破技术，将爆破振动速度控制在规定的允许值之内。

　　(4)加强隧道开挖后得支护，视隧道围岩情况，采用系统锚杆。挂钢筋网然后喷混凝土。或采用钢格栅支护，围岩强度较差时，施做10-15cm厚的混凝土支护。

　　(5)加强施工监测。①地表沉降量的监测;②地表建筑物情况监测;③爆破震动监测;④围岩收敛变形量测;⑤施工支护应力监测。

　　2.2 洞口顺层滑坡

　　2.2.1 风险预测

　　(1)滑坡上缘裂缝或错落距增大，不连续的裂缝贯通。

　　(2)地面变形速度明显加快。

　　(3)地面构筑物或建筑物等移位、变形，树木歪斜，池塘、水田泄漏。

　　(4)渗出水变浑浊，开挖面岩层出水冒泥。

　　(5)裂缝处有响声。

　　2.2.25 规避对策

　　(1)顺层滑坡施工宜安排在旱季施工。在滑坡体上设置桩点，观测滑体变化动态。

　　(2)做好滑坡体内、外的排水工程。

　　(3)对滑坡体进行预加固，设置抗滑桩、锚索桩或桩间挡土墙等。

　　(4)开挖前，先施做30-50m的超前长管棚，并进行注浆，填塞滑坡体内的裂缝。

　　(5)施工中密切检测拱顶、边墙和支护的变形情况，发现新的裂纹或异状时，要及时加强临时支护。

　　2.3 断层破碎带

　　2.3.1 风险预测

　　(1)采用地质雷达超前预测、预报。

　　(2)当隧道设平行导坑时，平导掘进超前隧洞一定距离，以了解掌握断层破碎带地质情况。

　　(3)洞内超前钻探预报。即在开挖工作面采用水平钻机向隧道前方打超前钻孔探测。

　　2.3.2 规避对策

　　(1)开挖前先施工超前锚杆或超前管棚等对围岩进行预加固。围岩破碎时应先经行预注浆，改良围岩。

　　(2)开挖后的施工支护应加强，视断层的围岩破碎情况，采用系统锚杆、挂钢筋网然后喷混凝土，或采用钢架(或格栅钢架)支护。

　　(3)按设计进行永久性混凝土衬砌支护;或采用钢筋混凝土衬砌支护;以及增加衬砌混凝土厚度，提高衬砌混凝土强度等级。

　　(4)衬砌后及早压浆。

　　2.4 洞外危崖落石

　　2.4.1 风险预测

　　(1)地形地貌多为深切的V形或U形河谷山坡，上部徒崖或倒悬危崖。

　　(2)地形陡峻，山坡凹凸不平，裂缝节理发育，岩石破碎，易形成落石。

　　(3)地表水及地下水活动，使岩层裂缝充水，破坏岩体节构。

　　2.4.2 规避对策

　　(1)施工前，检查洞顶坡面，有无松动岩石，自上而下，分段清除松浮易动的石块。

　　(2)做好防排水，地表水截水引排。填塞岩石缝隙，以防地表水渗入岩层内部，引起落石。

　　(3)拦截危石，在洞顶上方修建拦石网、拦石墙。

　　(4)将洞顶边坡刷方，并改造地形，不使坡面有危石出现。

　　(5)密切观察山坡裂缝，当危崖上有脱缝或裂缝发展时，要立即停工，待检查、处理后再施工。

　　3 常见地质灾害的风险预测及规避对策

　　3.1 岩爆

　　3.1.1 风险预测

　　3.1.1风险预测

　　(1)岩体准强度评价法

　　σt =σc(Vpm/Vpd)2

　　式中：σt——岩体准抗拉强度，Mpa;

　　σc——岩体单轴抗压强度，MPa;

　　Vpm—岩体(现场)纵波传播速度，m/s;

　　Vpd——岩石(室内)纵波传播速度，m/s。

　　当σt≥80Mpa时，可能发生严重岩爆。

　　(2)地应力测试法

　　以周边最大切向应力σ0与岩体抗压强度σc推断，即用两者比来推断。当d=σc/σ0﹤2.5时发生强岩爆。

　　(3)山体自重应力推算岩爆的临界深度

　　自重应力σ1=γΗ

　　临界深度Ηc=ΚjσC[3 - µ/(1 - µ)] γ

　　σh=µγΗ/(1 - µ)

　　µ为泊松比：Kj为系数，据围岩表面应力状态而定，Kj =0.19,0.29,0.38,0.40……(4)挪威分类

　　①当σc/σ1=5 ~ 2.5 或σt/σ1 = 0.33 ~ 0.16时，为轻微岩爆;

　　②σc/σ1<2.5 或σt/σ1 <0.16时，为强烈岩爆。其中σt、σc、σ1分别为岩体准抗拉强度、岩体单轴抗压强度、最大主应力。

　　3.1.2 规避对策

　　(1)岩爆多发生在埋藏很深、整体、干燥和地质坚硬的岩层中，当设计文件有该类地质时，应提前防卫。

　　(2)岩爆多发生在新开挖工作面及其附近，以顶部以供腰部位为多，这些地方是防范岩爆伤人的重点部位。

　　(3)超前释放孔。在掌子面自供部质变强大超前释放孔。

　　(4)超前周边预裂爆破松弛。采用松动爆破、超前钻孔预爆法，先期将岩层的原始应力释放一些，以减少岩爆发生的可能性或避免大的危险。

　　(5)岩面喷洒水湿润。即向开挖的岩石表面喷射高压水冲洗，预先释放部分能量。

　　(6)锚杆挂网，爆破开挖后及时向拱顶及边墙喷射混凝土，假设锚杆和钢筋网，减少岩层暴露时间和岩爆发生的次数。

　　(7)即使清撬。岩爆发生时，有的石块暂不落地，呈摇摇欲坠之势，要即时清撬。

　　(8)增加防护刚棚。岩爆发生范围内的机械设备要增加防护钢棚，工作人员要佩戴钢盔即防弹背心。

　　(9)岩爆高发期，即有片石弹射状。爆炸抛掷状的强烈岩爆发生时，机械设备及人员要撤出岩爆区域，躲避岩爆。

　　3.2 岩溶

　　3.2.1 风险预测

　　当隧道穿越可溶性的岩层时，则可能与有岩溶。

　　(1) 洞内超前预报。采用TSP202地质雷达预测预报系统。

　　(2) 隧道为浅埋时，可进行地表钻孔，探测随到前方是否有溶洞。

　　(3) 当隧道设平行导坑时，平行导坑掘进超前隧洞一定距离，以了解掌握地质情况，分析岩溶存在的可能性。

　　(4) 洞内超前钻探预报。即在开挖工作面采用水平钻机向隧道前方打超前钻孔。

　　3.2.2 规避对策

　　(1)小型溶洞的处理

　　①堵塞。位于隧道底部位置的小溶洞，采用换填片石、干砌片石。浆砌片石回填压实，或采用隧道底板梁通过。

　　②位于隧道边墙位置的小溶洞，采用浆砌片石封堵，加强混凝土衬砌封闭。

　　③供部以上溶洞，视溶洞的岩石破碎程度，采用喷锚支护加固，加设护供防护，拱顶回填浆砌片石或干砌片石压浆固结。

　　(2)规模较大溶洞处理

　　①跨越。简支梁跨越;栈桥跨越;拱桥跨越;边墙拱跨越;整体浮放支托跨越。

　　②支顶加固。支撑墙加固;支承柱加固;拱桥支顶加固;挖孔桩支顶加固。

　　(3)岩溶隧道施工。岩溶隧道开挖同软弱围岩相似，管棚注浆综合预加固，微震爆破，强化初期支护。单线隧道微台阶或短台阶，双线隧道眼镜法、CD法或CRD法施工。

　　3.3 突涌水

　　3.3.1 风险预测

　　(1)超前探孔。用风枪或钻孔太车进行钻孔，钻孔长度为5m以上。

　　(2)采用地质雷达监测。

　　3.3.2 规避对策

　　(1)引排水。查明溶洞或暗河水源流向及其与隧道位置关系，用涵洞、暗管、暗沟、泄水洞、开凿引水槽、铺砌排水沟等。

　　(2)堵水。溶洞或暗河的流水量不大，有其他出口或有分支，采用注浆堵水。

　　(3)隧道反坡排水。利用抽水机配以管道排水，分段设置固定泵站和集水井。固定泵站与开挖面之间设制临时移动泵站，用潜水泵抽水质固定泵站的集水井。

　　4 常见有害气体、高温的风险预测及规避对策

　　隧道施工中常见的有害气体多为无毒但可以燃烧核爆炸的瓦斯及天然气，有毒的硫化氢气体等。隧道高温则是隧道较长、埋深较深的产生的比正常高的温度。

　　4.1 瓦斯及可燃气体

　　4.1.1 风险预测

　　(1)用仪器快速检测是否含有瓦斯及瓦斯浓度。

　　(2)瓦斯突出危险性预测 通常用钻屑指标法，即通过钻粉量的变化判定突出危险性，用煤粉倍率表示：

　　(3)作业环境瓦斯容许浓度

　　①携带式测量仪表使用地点为<1.0%;

　　②普通光电测距仪工作范围为<1.0%;

　　③钻眼作业处20m以内风流中为<1.0%;

　　④焊接防水板作业过程中为<0.5%;

　　⑤电动机及开关附近10m内为≤0.5%;

　　⑥洞内局扇吸入端风流中为≤0.5%;

　　⑦放炮后15min开挖工作面为<1.0%;

　　⑧停风区为≤1.0%;

　　4.1.2 规避对策

　　(1)隧道内所有的固定、移动设备、电气开关、照明装置均采用防爆型。

　　(2)瓦斯隧道内，不得有明火作业，洞内、洞口严禁吸烟，进洞人员穿棉制品。

　　(3)瓦斯突出防止。①钻孔排放;②水利冲孔;③震动性放炮渗出;④深孔松动爆破;⑤岩层或煤层注水。

　　(4)瓦斯排放。①瓦斯引排;②抽放瓦斯;③自然排放。

　　(5)封堵瓦斯。①注水泥浆和其它材料，堵塞岩层或煤层裂隙，组织瓦斯渗入。②及时对开挖面进行混凝土封闭。③尽快进行封闭衬砌。衬砌宜采用气密性混凝土。

　　(6)揭煤施工。当煤层厚度大于0.3m，有瓦斯突出危险性时，必须进行揭煤施工。①揭媒前先进行超前钻孔，探测煤层的层位、倾角、厚度、岩性，地质构造等情况;②预测孔。在掘进工作面距煤层适当距离时，至少打两个穿透煤层全厚的预测孔，预测有无瓦斯突出危险性;③检查孔。瓦斯排放后，打两个与预测孔相同的检验孔，检查瓦斯排放情况。④揭煤施工采用震动放炮一次揭开煤层。不能一次揭开煤层全厚时，对剩余部分，采取防突措施。⑤揭煤后，及时施做金属骨架支护，防止冒顶。

　　(7)加强通风和瓦斯检测。

　　4.2 硫化氢气体

　　4.2.1风险预测

　　(1)嗅觉判别。硫化氢气体有难闻的腐卵臭位(俗称臭鸡蛋味)。

　　(2)仪器检测法。可快速检测是否含有硫化氢气体及浓度。

　　(3)空气中硫化氢气体的容许浓度：

　　我国国家标准规定为10mg/m3;美国为22.510mg/m3。

　　4.2.2规避对策

　　(1)隧道内施工人员配戴防毒面具，防毒剂由干木炭、碳酸氢钠组成。

　　(2)隧道内喷洒碳酸氢钠溶液，使有毒气体分解为无毒气体。

　　(3)及时对开挖面进行喷混凝土封闭，减少或堵塞硫化氢气体的渗入。

　　(4)加强隧道的通风，稀释硫化氢气体的含量。

　　(5)加强硫化氢气体的检测。

　　(6)对硫化氢气体涌入大量较大的地段，尽快进行封闭衬砌，衬砌宜采用气密性混凝土。

　　4.3 高温

　　4.3.1风险预测

　　(1)超前钻孔测温。

　　(2)洞内温度跟踪监测。

　　4.3.2规避对策

　　(1)加强隧道内的通风。

　　(2)洞内爆破作业。①装药前测定工作面和孔底温度;②距离工作面10m内要洒水降温;③炸药与孔壁不直接接触，须用石棉织物或其它绝热材料严密包装;④装药至起爆时间不超过1h。⑤岩体温度达到60℃以上时，采用耐高温的爆破器材。

　　(3)洞内设置降温的冷却站。采用喷雾洒水降温。

　　5 隧道施工中常见惯性事故的风险预测及规避对策

　　隧道施工中常见的惯性事故多为隧道坍塌、爆破作业、施工用电安全以及爆破后危石伤人等。

　　5.1隧道塌方

　　5.1.1风险预测

　　(1)在碎裂结构地层中，岩块间相互挤压，开挖后失稳，局部块石坍塌。

　　(2)喷层大量开裂，喷混凝土质量、厚度未达到设计要求。

　　(3)薄层岩体在构造运动作用下，形成小褶曲、错动，岩层层状劈裂，层理、节理缝或裂隙变大、张开。

　　(4)岩层软弱相间或有软弱夹层，有地下水作用，软弱面强度降低或软弱层泥质充填物较多。

　　(5)隧道穿越断层或各种堆积体，开挖后，容易引起坍塌。

　　(6)由于地下水的浸泡、软化等作用，加剧岩体的失稳而坍塌。

　　(7)洞内围岩变形异常，变形速度加大。

　　5.1.2规避对策

　　(1)采用围岩“预加固”技术，即通过打超前管棚，预注浆加固围岩，提高围岩的性能指标。或者采用旋喷拱或预切槽，减少围岩变形。

　　(2)做好排水。在施工前或施工中，均应采取可行的防排水措施，尽可能将地表水引排，不渗入隧道中。

　　(3)选择正确的开挖方法。采用台阶法、短台阶法、中壁法、眼镜法等技术进行隧道开挖。

　　(4)加强初期支护。①增加喷射混凝土的厚度;②加密加长锚杆;③增设钢筋网或使用喷射钢纤维混凝土;④采用或者加密钢架。

　　(5)加强围岩量测。发现围岩变形或异常情况，及时采取紧急措施处理。①按设计进行永久性混凝土衬砌支护;②采用钢筋混凝土衬砌;③增加衬砌混凝土厚度;④改变衬砌断面形式(如直墙变曲墙等);⑤提高衬砌混凝土强度等级。

　　5.2爆破事故

　　5.2.1风险预测

　　(1)爆破器材受潮或失效。

　　(2)起爆方法不正确。

　　(3)爆破网络联接不正确。

　　(4)瓦斯隧道采用常规爆破作业方法。

　　5.2.2规避对策

　　(1)选用安全的爆破器材。

　　(2)采用微差爆破。

　　(3)在瓦斯隧道内采用电力起爆，使用防爆型起爆器作为起爆电源。微差爆破的总延时控制在130ms内。使瓦斯不及泄出即爆破完毕。

　　(4)盲炮处理。①距盲炮炮口间距不小于30cm处，另打平行炮眼重新装药爆破;②用木制或竹制工具，将盲炮炮眼的大部分填塞物掏出，用聚能药包起爆;③若起爆网路哟未受破坏，导爆索活导爆管正常，仍能起爆者，可连线起爆;④所用炸药为非抗水内炸药，向孔内灌水，是炸药失效;⑤当电力起爆发生盲炮时，须立即切断电源，将爆破网路短路。

　　5.3施工用电事故

　　5.3.1风险预测

　　(1)电压突然降低。

　　(2)电压忽高忽低，不稳定。

　　(3)电气设备不能正常工作。

　　(4)用电常见的事故为漏电、短路、触电等，发生率较高，危害较严重。

　　5.3.2规避对策

　　(1)编制零时用电方案，确定变压器容量、导线截面和电器开关类型等。

　　(2)采用“三相五线制”线路及两级保护系统，或将动力线路与照明线路分设。

　　(3)电力线路与建筑物的距离要符合最小安全距离规定。

　　(4)变配电场所及自备发电机要按规范要求做好安全防护及接地、防雷防护。

　　(5)机电设备安装漏电保护器，或接零保护。

　　(6)施工用电安装、维修和拆除等由专业电工完成，并与用电技术复杂程度相适应。

　　5.4危石

　　5.4.1风险预测

　　(1)隧道穿越断层或破碎带，开挖后，易形成危石。

　　(2)爆破作业不当，装药量过大。

　　(3)处理危石不当，引起坠落，可牵动岩层坍塌。

　　5.4.2规避对策

　　(1)每次炮后清撬岩层表面局部松动的块石。

　　(2)施作径向锚杆，进行围岩岩层加固。

　　(3)及时喷射混凝土封闭。避免岩层暴露时间过久，引起围岩松动、风化。

　　6结束语

　　切实提高隧道施工安全水平，既要靠管理，又要靠科技，安全技术能为隧道施工顺利进行保驾护航。针对不同条件的隧道施工，应建立施工安全风险预测机制，做到心中有数，与问题预案，一旦发生，即可迅速采取相应措施。我们在隧道施工中，就是根据不同施工阶段，不同隧道特点，及时提出可能发生的问题即应采取的措施，使管理干部、施工人员能够提前警醒，引起重视，有效地保证了隧道施工安全。

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文章名称： 隧道施工中的风险预测管理与安全技术

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