隧道关门塌方救援方法.pdf

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·管 理·收稿日期:20160304隧道关门塌方救援方法李鹏辉(中国铁路总公司隧道抢险救援十七局太原队 山西太原 030006)摘 要 本文主要阐述隧道发生关门塌方时,打通给养通道和救援通道的各种方法及其适用性,针对不同的塌方事故,为决策者制定救援方案提供参考。关键词 隧道关门塌方 给养通道 救援通道 救援方法中图分类号   U458.3文献标识码   C文章编号 10094539 (2016)增 1048803        MethodAboutRelieffromClosedTunnelDuetoCollapseLiPenghui(    ChinaRailwayCorporationRescueTunnel17th  BureauTaiyuanTeam, TaiyuanShanxi030006,China)Abstract                 Thisthesismainlyexpoundswaysandapplicabilityongettingthroughfeedingchannelwhilethetunnelclosedcol管         lapsedandrescuechannel.Basedonthevariousdifferentcollapseaccidents,       itcouldprovideareferenceforpolicymakers. Keywords  closedtunnelcollapsing; feedingchannel; reliefchannel; rescuemethod  1引言近年来在隧道施工安全管理方面虽然有严格的管理措施和制度规定,比如 2014 年国家安监总局联合下发的《隧道施工安全九条规定》[1]“中第七条必须按照规定设置逃生通道,严禁在安全设施不到位的”情况下作业。但在实际施工中执行时仍有管理疏漏之处,尤其是在隧道台阶法开挖中间地段的仰拱或边墙时,因开挖长度超标、围岩软弱、支护不及时、监控量测不准确等等处置措施不当时,易引起中间塌方(俗称关门塌方),又不按规定在开挖处设置逃生通道,就极有可能将施工人员封堵在塌体和前方掌子面之间,自救无门、生命受困,只有靠洞外人员实施营救。本文就此种关门塌方情况下的各种救援方法及其适用性做一综述,为隧道塌方救援预案的制定提供参考。 2塌方事故抢险救援预案  2.1设置逃生通道隧道施工时应在Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩地段开挖前预先设置逃生管道[2]。其位置在衬砌工作面至开挖面之间边墙一侧合理设置,管道采用理 630~此 820mm 的承插钢管,管内预留工作绳,方便逃生、抢险、联络和传送物品。承插钢管间还要链条连接,以防坍塌时将钢管冲脱[3]。 2.2抢险救援预案“《隧道施工安全九条规定》中第九条必须按照规定制定应急预案,配备救援装备,严禁事故发生”后违章指挥,冒险施救。抢险救援预案[4]应有下列内容:工程概况;可能发生的事故类型及后果的严重程度;组织机构及职责;预警与预防;信息报告程序;分级响应程序;救援方案及措施;救援物资和装备等保障。预案应与地方相关部门的预案相衔接;应经建设和监理单位审查并落实人员、物资和装备;预案应采用多种形式对相关人员教育培训,提高其安全意识和应急处置技能;预案应定期演练[5]、修改完善。 3救援方法综述隧道发生坍塌事故,应根据坍塌情况、地形地貌、水文地质、救援条件等不同特点,选择合适的救884铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )·管 理·援方案实施营救。救援时应利用预设的逃生管道迅速与被困人员取得联系。当逃生管道失效或未设置时,应立即钻设为被困人员通风供氧、输送食物的小孔径的给养通道,并尽快打通救援通道,使脱离险境[6]。洞外人员不能盲目清方,应依据坍塌前的监控量测资料和设计资料及施工资料分析判断救援环境是否安全,必要时进行应急加固[2]。救援应根据坍塌的基本信息(坍塌起点、方向、支护情况、地质情况)、坍塌规模、未贯通段长度、地形地貌、坍体的物理力学性质及坍体内障碍物等综合分析,确定具体的给养通道和救援通道实施方法。  3.1打通给养通道的方法救援的关键是迅速为被困人员提供氧气和营养及沟通联络,这可以在塌体上合适位置(比如塌体中上部长度较短、障碍物较少处),用打通给养通道来实现。方法有二种:一种是用具有水平钻进功能的地质钻机或多功能快速钻机[7]实施钻孔,钻进工艺是专用地质套管跟进,内外管相对旋转,边钻进边排渣,钻通后要超出坍体   1~2m,内管退出,由外管就形成了给养通道。通道管径一般在   65~108mm,钻进速度 10 ~15m/h。另一种是气压顶进小钢管:在坍体坡面上垂直堆筑一个长  14m 的作业平台,吊装  14m 长16a槽钢做为滑道,以 BH190S 型气压顶管机[8]为顶管设备,将顶管机和理 159× 6×  12000mm 前端安插锥头管靴的无缝钢管,连接后用隧道内的高压风为动力将钢管逐节冲击顶入渣体,钢管间用三段式双锥度钢管连接套连接。顶穿渣体后管端悬空 1 ~2m,管靴在冲击下脱落,再卸掉管尾的顶管机,直径此 159mm 的给养通道就形成了。顶进速度:在含块石土堆渣中的顶进速度为   4.0~6.5m/h,在堆积黄土中的顶进速度为   10~13m/h。图 1 为组装后的理 159mm 钢管顶进系统,图 2 为理 159mm 钢管顶头管靴脱落情况。图   1组装后的理  159mm   钢管顶进系统    图  2理  159mm 钢管顶头管靴脱落情况  3.2打通救援通道的方法国内目前打通救援通道的方法[2]主要有竖井法、明挖法、小导坑法、简易液压顶管法及大口径水平钻机成孔法等。还有一种由中铁建股份公司组织、中铁十七局集团公司研发的气压和液压顶管法[6]。  3.2.1竖井法在隧道埋深较浅、且坍体和掌子面之间初支完整的段落的地表,开挖竖井到达遇险区的方法。竖井的开挖、支护需要弱爆破和网喷砼,且开挖到隧道初支时要凿除砼和切割钢拱架。 3.2.2明挖法当坍塌出现在洞口且埋深不大时,直接用明挖法开挖救援通道。开挖前要对已坍塌的边、仰坡清理加固,机械开挖至拱顶后再人工开挖救援通道。 3.2.3小导坑法在坍体上沿着隧道轮廓线初期支护保留较好的一侧或在隧道另一端或在隧道侧面,开挖梯形或三角形断面的小导坑,利用木排架或型钢支撑做支护,形成救援通道的方法。三角形导坑一般采用高  1.8m、底宽 15m收 的等腰三角形;梯形导坑一般采用高  1.6m,顶宽 1.0m,底宽  1.2m。小导坑救援法见图3。 3.2.4简易液压顶管法以隧道内的大型挖掘机等重型设备做顶力后背,用液压千斤顶将钢管顶推到塌体内形成救援通道的方法。简易液压顶管法见图 4。 图  3小导坑救援法     图  4简易液压顶管法  3.2.5大口径水平钻机成孔法使用 FS120CZ 型水平套管钻机直接钻进成孔,套管内径为 620mm,套管壁厚 45mm,每节长度 2m,重约 2t。管节间用锁紧螺栓连接;整机重量约  40t,柴电双动力,履带行走。 3.2.6气压顶管法使用 BH510 型气压顶管机[8]提供动力,将理 1020mm 敞口式螺旋焊管[9]或  630mm 封头式螺旋焊管夯击顶穿塌体,然后人工爬进管内顶推封头使其984铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )·管 理·脱落,救援通道形成。气压顶进此 630mm 钢管见图 ”,理 630mm 钢管管靴顶推脱落,形成救援通道见图6。 图  5气压顶进此 630mm 钢管     图  6理 630mm 钢管管靴顶推脱落,形成救援通道  3.2.7液压顶管法利用集后靠背、顶进机构、导向于一体的步进式 DG440BJ 型液压顶管机,将前端安装特制式敞口管靴的理 1020mm 螺旋焊管敞口顶穿塌体,可以边 图  7液压顶管法全貌顶进边出土,直至顶穿塌体形成救援通道。敞口顶进时对于钢管前端的大孤石、钢构件等障碍物可以在管内进行裂解、切割处理。液压顶管法全貌见图 7。 4各种救援方法的适用性及救援案例  4.1给养通道的主要方法给养通道的钻机法和理 159mm 钢管气压顶进法都具有准备工作简单、成孔速度平均在   6~12m/h、遇钢构件或大孤石必须换位开孔的特点,适用于所有坍塌体。区别在于前者钻机易出故障,套管必须配套,钻机可能要从别处调用;后者成本低廉、实用可靠,救援人员可以携带(自重仅  160kg)。二者可同时施作,互为补充,都有成功的案例。 4.2救援通道的各种方法  4.2.1竖井法竖井法的井孔可以在地表隧道轮廓范围内,也可以稍远离轮廓,主要以挖井距离短、地质稳定、防排水便利、施救安全为据。此法人工开挖由于工序繁杂,成井时间长,应用很少。但有条件时可用大口径钻机直接钻孔进行营救。例如 2016 年 1 月 29日山东平邑石膏矿难就是用大口径钻机在地表垂直钻孔  215m,将被困  36d 的 4 名矿工成功升井。 4.2.2明挖法明挖法仅适用于洞口。2014 年 8 月 16 日宝兰客专洪亮营隧道洞口塌方,用明挖法经过  10h 左右救援使被困的 ” 人成功脱险。 4.2.3小导坑法小导坑法虽然目前是比较成功的救援法,但存在以下不足:一是耗费时间长,塌体比较松散时往往进深  1m 需要   3~4h,遇到大石头时用风镐或人工打钎破碎,极易造成支护棚架垮塌,危及救援人员;二是需要大量人力、物力资源,支撑木、扒钉、背柴板都要随时具备且现量现锯,且受条件限制,施作精度低,棚架稳定性差;三是开挖人员因没有超前支护的条件和时间,安全风险大[10]。总体上掘进速度慢、救援人员安全风险大。对于渣体极度松散的塌方,施救难度很大。 4.2.4简易液压顶管法简易液压顶管法是临时设法应对的措施。由于后背提供的顶管反力有限及钢管方向没有约束,没有顶管后背墙的科学设计和方向控制[11],仅能勉强顶进一节(定尺  12m)钢管,后续顶进难以为继,成功率极低。 4.2.5大口径水平钻机钻孔法大口径水平钻机钻孔法因受钻机本身性能所限,在成分较复杂的塌方体内钻孔过程中,由于渣体松散造成钻机和套管不同幅度的下沉,从而极易出现钻杆和套管卡紧、无法旋转现象,如果钻进中遇到钢结构,一是难以旋切,二是退钻、套管从塌体取不出来,更是应对无措。该钻机造价昂贵(人民币 3 千多万元),体积庞大(整个体系长  30m,重达 40t),运输不便,操作人员多。例如在 2014 年云桂“铁路7·14”隧道坍塌救援中钻进  20m 后卡钻严重,致使功败垂成[12]。 4.2.6封头式气压顶管法由于封头式气压顶进此 630mm 钢管,既不需要出渣,又不需要施作反力后背。顶进速度快,可达  3~ 6m/h;准备工作简单,仅需堆筑  2.0m 宽、长度  16m的顶管平台就可以。气压顶管机是用高压空气驱动封闭的钢质管腔内的砧子,反复击打机头缸体从而推动钢管向渣堆内顶进,所以会产生振动和噪声,但其振动经监测[9]传播速度在孔隙较多的块石渣体中衰减很快,对隧道洞壁稳定没有大的影响[13]。所以它具有简单、实用、快速的特点。其中的尖锥式(下转第 ”ⅣⅤ 页)094铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )·其 他·和隧道内粉尘明显降低,大大降低粉尘对环境的污染,有利于隧道清洁和人体健康。同时降低隧道超挖量,节约施工成本加快施工进度,不考虑节约工期创造的效益,仅仅施工成本本标段可节省费用约为五百万元,提高经济效益。水压爆破施工技术在城市轨道交通大断面暗挖车站及区间隧道施工中使用与优化取得了良好经济效益与社会效益,也为以后城市轨道交通大断面暗挖车站及区间隧道钻爆法施工积累了经验。参考文献[1] 吴立强,历天数,徐列航.市政工程施工中的环境问题与保护措施探讨[J].中国水运月刊,2010(5): 91-92.[2] 何良波.复合式 TBM绿色施工技术在城市轨道交通施工中的应用[J].国防交通工程与技术,2015(1): 72-74.[3] 何广沂,徐凤奎.节能环保工程爆破.北京:中国铁道出版社,2007.[4] 何广沂.工程爆破新技术[M].北京:中国铁道出版社,2000.[5] 欧阳艳,付杨果.隧道掘进中水压爆破技术[J].北方交通,2011(8): 59-60.[6] 郭德禧.深孔水压爆破技术在含水岩体中的应用[J].铁道建筑技术,2013(4): 50-52.[7] 刘友平.水压爆破新技术在黔桂铁路定水坝隧道掘进中的应用[J].铁道建筑技术,2009(4): 91-95.[8] 张志毅,王中黔.交通土建工程爆破[M].人民交通出版社,2002: 254-258.[9] 刘殿中,杨仕春.工程爆破使用手册[M].冶金工业出版社,1999: 528-538.[10]聂武丁.隧道掘进水压爆破技术的实际应用[J].工程爆破,2012(4): 38-41.[11]李庆斌.隧道掘进水压爆破技术及应用分析[J].铁道建筑技术,2013(4): 99-103.[12]张卫国.水压爆破技术在隧道掘进施工中的应用[J].石家庄铁道大学学报:自然科学版,2013(6):檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 47-50.  (上接第 490 页)顶头管靴 2014 年获国家实用新型专利。此法适用于空隙率较大的块石类土。在 2014 年 8 月贵州沪蓉高速公路隧道塌方抢险救援中得到应用。 4.2.7液压顶管法此技术使用中铁 17 局集团公司自行研发的DG440BJ 型液压顶管机,将理 1020mm 螺旋焊接钢管安装敞口式管靴后逐节顶入隧道塌体,采用边顶进边出渣方式,顶穿塌体贯通后形成钢管救援通道。液压顶管机采用步进式理念设计,具有结构紧凑、工作性能可靠、安装运输方便、操作简单、无振动和噪声、绿色环保等特点, 2h 内即可完成安装调试,平均综合顶进速度   1~2m/h。2014 年获国家实用新型专利。它适用于含大块(孤)石较少、粒径较均匀的塌体顶进,像砂砾和黄土渣体以及坍塌后对振动特别敏感的隧道。在石质渣体中顶管遇到较大块石时,如果处理不及时易造成顶进方向偏差,所以顶进时要加强观察,及时调整,降低累积量,减少更多的异常出现。在2014 年4月吉图珲铁路隧道塌方抢险救援中得到应用。 5结束语隧道关门塌方救援打通给养通道和救援通道的方法虽然有多种,但主要以钻孔法、小导坑法和顶管法三种基本方法为主。它们各有所长,各有其适用条件。在制定救援方案时,应互为补充、配合使用,以期提高救援的成功率。参考文献[1]  安监总管二[2014]104 号 隧道施工安全九条规定[S].[2]   TB10304-2009;   J947-2009铁路隧道工程施工安 全技术规程[S].[3]  铁建设[2010]88  号铁路隧道抢险救援指导意见[S].[4]    GB/T29639-2013生产经营单位生产安全事故应急救援预案编制导则[S].[5]    AQ/T9007-2011生产安全事故应急演练指南[S].[6] (2015)中铁建科评字 129 号 科技成果评审证书[R].[7] 和万春.快速钻机在隧道施工地质预报中的应用研究[J].铁道建筑技术,2010(2): 9-11.[8] 周升风.H 系列气动夯管锤及其应用研究[J].非开挖技术,2000(3).[9] 王峰,高维权,李全,等.¢1020 敞口式钢管夯击顶进救援试验研究[J].铁道建筑技术,2014(S1): 185-187.[10]闫东.隧道塌方分析及其整治[J].铁道建筑,2007(1).[11]顶管施工技术及验收规范[S].[12“]云桂铁路富宁隧道7·14”垮塌救援纪实[N].云南日报,  2014-7-21.[13]   GB6722-2011爆破安全规程[S].63稿铁道建筑技术     RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2016 (增1 )
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