隧道施工的危险源分析及防范措施

隧道施工的危险源分析及防范措施

（一)不安全因素（危险源）分析

隧道施工一般可能遇到的不良地段和特殊地段有：滑坡、坍塌、岩堆、偏压地层、岩溶、高应力高强度地层、松散地层、软土地段，膨胀地层、软弱黄土地层、含水未固结围岩、溶洞、断层、岩爆、流沙、瓦斯溢出地层等.

根据“两阶段设计图”说明，本合同段米家寨1＃、2＃隧道属：“隧址区地表均为第四系中更新统风积老黄土，下伏晚第三系半固结砂砾岩”；“隧址区主要为半固结砂砾岩及半固结粘土岩”；“本次钻孔中未见地下水,隧址区水文地质条件简单\"；“隧道洞身稳定性分析评价：隧道洞身穿越晚第三系半固结砂砾岩，未发现断层等不良地质作用,场地整体稳定,适宜修建隧道”。

半固结砂砾岩的特点是：围岩稳定性差，侧壁处理不当会产生较大的坍塌，地表水极易下渗，属强～中透水层（弱透水层），雨季时有滴水现象。

分析设计单位提供的工程地质与水文地质报告，L2合同段米家寨1#、2＃隧道在施工中可能发生地事故主要危险源是“坍塌”。坍塌对隧道施工会造成严重的安全生产事故，对工程安全、施工人员安全、设备安全受到极大地安全。

另外其他的危险因素还有:民爆物品爆炸、触电、火灾、运输事故、机械物体打击、高处作业坠落等。后附《危险源辨识、评价和控制措施一览表》.

（二）隧道施工坍塌防范及处理措施

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1、隧道坍塌预防措施

（1）发生坍塌的原因

1）地质因素

①当通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后引起坍塌。工程地质灾害所引发的事故也非常多，这是在不清楚前方不良地质情况下，仍沿用不变的施工手段，没有及时采取有针对性的处理措施造成的。掌子面前方围岩破碎、节理发育、岩石走向垂直、岩石间有渗透水、岩层间有泥夹层、前方出现断层带等，这些不良地质极易引发塌方事故。

②地下水、渗透水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍塌。

2）施工方法和措施不当

①施工方法选择不当，或工序间距安排不合理,各工序间距拉的过长，地层暴露时间过久,引起围岩松动、风化，导致坍塌的发生；

②喷锚不及时，或喷混凝土质量、厚度不符合要求;

③采用钢支撑时，支撑架质量欠佳，支撑与围岩不密贴,两者间的空隙填塞不密实，或连接不够牢固,不能满足围岩压力所需要的强度要求；

④有时抽换支撑不当,或当支撑已出现受力过大的现象前未及时加固；

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⑤爆破作业不当，用药量过多；

⑥处理危石措施不当,引起危石坠落,牵动岩层坍塌.

3）支护材料用料不足、施工缺乏规范、引起支护强度降低造成的隧道塌方。隧道围岩压力由围岩、超前支护、初期支护、仰拱和二衬所围成的拱圈多重承载。隧道支护设计参数是依据围岩压力计算确定的，施工中钻爆控制不佳，围岩承载能力降低;超前支护、初期支护施工中材料用量缩水，施工不规范，降低了支护的强度，削弱了承支护的承载力。当支护不足以承载上部围岩压力时,即引发隧道坍塌事故。

4）施工中不遵循施工原则也会引起塌方事故.新奥法施工原则包括：少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭.如果违背新奥法施工原则，如强爆破导致围岩松驰；长进尺导致循环作业时间拉长,喷锚滞后，围岩变形加剧；不及时施作仰拱和二衬，封闭不及时；这些都会增加隧道塌方的可能性。

5）其他原因不及时衬砌,围岩暴露过久，片帮与掉块，坑壁无支护等。

（2）坍塌前兆

1)量测信息所反映的围岩变形速度或数值超过允许值；

2）喷射混凝土产生纵横裂纹和龟裂；

3）在隧道顶部或侧壁发现不断掉下土块、小石块或构件支撑间隙不断漏出砂、石屑；

4）岩层层理、节理缝隙变大、张开；

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5）支撑梁、柱变形或折断、楔子压扁亚劈，支撑发生破裂声；

6）隧道内渗水、滴水突然加剧或变浑.

（3）容易坍塌的位置

1）洞口10m以内;

2）正洞与人行横洞交叉处；

3）隧道顶覆盖极薄处（如2＃隧道盖挖处）;

4）小范围的地质突变，如沙层、特松散层、透水层、小段的断层等。

(4）预防坍塌的施工措施

1）先排水。在施工前和施工中均应采取相应的防排水措施，尽可能将隧道外之水截于隧道之外。

2）短开挖。各部开挖工序间的距离要尽量缩短，以减少围岩暴露时间.

3)弱爆破。在爆破时,要用浅眼、密眼，并严格控制用药量和用微差毫秒雷管爆破.

4）强支护。针对地压情况,确保支护结构有足够的强度。

5）快衬砌.衬砌工作必须紧跟开挖工作面进行,力求衬砌尽快成胚。

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6)勤检查，勤量测。对围岩发现有变形或异状，要立即采取有效措施及时处理隐患.

(5）发生坍塌前兆的紧急处理措施

1）拱顶掉小石块，节理缝隙变大,往往发生在未进行初期支护的掌子面，这时应将大部分施工人员撤出工作面,留少部分混凝土喷射工，站在已初支的地方，加大速凝剂用量，迅速喷射混凝土，将曲墙、拱顶、掌子面全部封闭，待喷射混凝土凝固4小时后，检查混凝土喷射面有无裂缝,如没有裂缝可继续施工，在一定长范围内可加密拱架距离。如裂缝继续发展，预示有大的坍塌发生，应立即密支拱架，缓缓向前推进。速支拱架速喷混凝土,稳定后再打锚杆。

2）水加大或变深,也是发生在施工掌子面，预示前方有流沙层，这时不能引水，否则会将流沙引出，前方形成空洞，而应以堵沙为主，地下钻孔,插入钢管，挡上木板、填充编织袋，将沙堵住，不要继续外流,然后速注水泥—水玻璃双桨液，将前方流砂层固结后再施工。

3）喷射砼出现裂纹,支撑量变形,预示拱顶有大面积的下沉，并且在监控量测结果也反映出沉陷值超过允许值，或继续下沉而不稳定。

这种情况都发生在已经初支的隧道某一段，此时隧道内应停止一切正常的施工,撤出施工人和设备，如发生前兆的区段较短且收敛和下沉缓慢，先采用木柱立即垂直和平行支护,工字钢拱架随密度的沉降大小而增加或减少，支护好后，观察其下沉速度，如果稳定,可在每两榀拱架间用风镐凿开,加设比原型号大一号的工字钢拱架,再喷混凝土稳固即可。

如果下沉速度较快,或采用木支撑加固后仍继续下沉，可采用翻斗车运土混石填充该段

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隧道。由下向上填至拱顶，一边填一边注浆,将预视坍塌的这段隧道全部填满注实，待稳定和凝固之后,一榀一榀的重新开挖，凿出工字钢拱架,换上更大号的工字钢拱架,并加密间距，边开挖、边支撑,边观察、边量测，稳固前进。

2、隧道发生坍塌后的应急措施

(1）小型坍塌(小于50m3）

小型坍塌一般发生在未支护的掌子面,有拱顶坍塌，侧壁坍塌，掌子面坍塌,坍塌量较小，有时可能只掉几块危石,对施工人员造成的威胁范围小。

此时不急于清渣,先将危石清除,迅速喷射混凝土，可适量多掺一点速凝剂，封闭坍塌面,待稳定后再清渣，也可采用喷射混凝土直接补平.

（2）中型坍塌（50m3-300m3)

中型坍塌可能发生在掌子面与初期支护的结合部，可能是由于未支护的裸露面坍塌引起的连锁反应，由于塌方体积较大，对工程的修复、人员的伤亡、设备的损害都较大.

事故发生后应迅速汇报项目部,并由项目部第一责任人转告有关部门进行人员抢救.

工程抢修不要先清渣，先喷射混凝土封闭坍塌裸露面，然后用工字钢拱架（弯曲半径接近于坍塌半径)立即支护，并按正洞施工一样，打锚杆,挂网片，从上至下全裸露面支护，最后清渣。

坍塌处理后不再补修,待二衬过后采用混凝土泵直接灌混凝土，注满即可.

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（3）大型塌方（300m3-1000m3)

大型塌方的位置一般可能在局部透水地段、沙层地段、正洞与人行横洞交叉地段。这样的坍塌可能将隧道堵塞数十米长，使坍塌段以内工作面的施工人员、施工机械全部封闭，危害极大。

1）抢险的原则是先救人。隧道施工时，在拱脚处都有两根钢管,一根是直径Φ100-200mm的高压通风管，一根时直径Φ50mm的输水管。一般大型坍塌都是松散的地质，不会有巨石落下，所以地处拱脚处的风管和水管不会压扁或压断,这就是隧道营救施工人员的两条生命线。将空压机送风压力降低，能保证洞内人员呼吸即可，将供水也减小，通知洞内的施工人员安静的等待，时间长时可从输水管中插入一根塑料管，提供牛奶等软饮料。这时开始向坍塌体注浆，使坍塌体在一定厚度内固结，然后象掘进连拱隧道的中导坑一样,打通坍塌体，先将施工人员救出.

2）塌方处理。在坍塌体上架立多层（视坍塌洞室大小而定)支撑钢模架，从上至下开始喷射混凝土,封闭所有裸露面，并且进行钢拱架支撑，打锚杆，挂网片，第一次初期支护完成后，开始清渣，最后再进行第二次架支撑架,进行第二次强支护,以后二衬不再充填.也可进行一次初期支护，二衬后预留孔洞，2m以内填浆砌石,2m以上填干砌片石.

(4）特大型坍塌（大于1000m3以上）

特大型塌方可能发生在浅埋段，或特浅地段（如2＃隧道的盖挖段)，从拱顶直到山顶一次性贯通垮塌。

1）人员抢救。特大型塌方人员救援与大型坍塌相同.

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2)塌方处理。如果发生特大型塌方，先将所有裸露面喷一层5cm厚的混凝土，使它不要在短时间内掉危石.然后开始漫长的清渣，清渣过半后将塌方边缘与正洞结合部加固、修整,迅速在此进行二次衬砌，衬砌厚度、混凝土标号、衬砌钢筋要经过计算，以足够支撑塌方回填后的压力。待二衬结束，强度达到设计值后，开始从顶部向下逐层回填夯实,顶部筑围墙防止雨水浸入。

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