湘桂铁路莲藕塘隧道施工安全风险控制研究.pdf

・隧道／地下工程・湘桂铁路莲藕塘隧道施工安全风险控制研究朱勇（中铁十一局集团有限公司武汉４３００６１）摘要结合湘桂铁路莲藕塘隧道施工，以安全风险控制为出发点，对塌方、有害气体、突水突泥、边坡失稳等典型风险进行相应评估，得出隧道的边坡失稳和塌方属于高度安全风险因素，突水突泥和有害气体属于中度的安全风险因素。通过对安全风险源的监测，提出了修改完善施工工艺和施工参数建议，使湘桂铁路莲藕塘隧道施工安全风险得到有效的控制。关键词隧道施工安全风险控制安全监测中图分类号Ｕ４５８文献标识码Ａ———文章编号１００９４５３９（２０１３）１２００５７０４ＳｔｕｄｙｏｎＳａｆｅｔｙＲｉｓｋＣｏｎｔｒｏｌｏｆ’ＬｉａｎｏｕｔａｎｇＴｕｎｎｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｎＸｉａｎｇ－ＧｕｉＲａｉｌｗａｙＺｈｕＹｏｎｇ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１“１ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ４３００６１，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴａｋｉｎｇｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆ’ＬｉａｎｏｕｔａｎｇＴｕｎｎｅｌｏｎＸｉａｎｇ－ＧｕｉＲａｉｌｗａｙａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｗｉｔｈｉｔｓｓａｆｅｔｙｃｏｎｔｒｏｌａｓｔｈｅｍａｉｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｃａｒｒｉｅｓｏｕｔｔｈｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｒｉｓｋｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｌａｎｄｓｌｉｄｅｓ，ｈａｍｒｆｕｌｇａｓ，ｗａｔｅｒａｎｄｍｕｄｂｕｒｓｔｉｎｇ，ａｎｄｏｔｈｅｒｔｙｐｉｃａｌｒｉｓｋａｎｄｃｌａｓｓｉｆｉｅｓｒｉｓｋｓｌｉｋｅｓｌｏｐｅｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｌａｎｄｓｌｉｄｅｓａｓｈｉｇｈｓｅｃｕｒｉｔｙｒｉｓｋ；ｗａｔｅｒａｎｄｍｕｄｂｕｒｓｔｉｎｇａｎｄｈａｒｍｆｕｌｇａｓｅｓａｓｍｏｄｅｒａｔｅｓａｆｅｔｙｒｉｓｋ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｓｅｃｕｒｉｔｙｒｉｓｋｓｏｕｒｃｅｓ．ｔｈｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｆｏｒｔｈｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｕｓ．ｔｈｅｓａｆｅｔｙｒｉｓｋｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆ’ＬｉａｆｌｏｕｔａｎｇＴｕｎｎｅｌｉｓｗｅｌｌｐｕｔｕｎｄｅｒｃｏｎｔｒ０１．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｔｕｎｎｅｌ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓａｆｅｔｙ；ｒｉｓｋｃｏｎｔｒｏｌ；ｓａｆｅｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ１引言隧道的发展是我国国民经济发展、国家西部大…开发战略、开边通海战略的迫切需要。隧道工程的技术进步为现代交通建设创造了基础条件。由于线路运行标准的提高和施工技术水平的进步，加之隧道与地下工程在山岭地区和城市交通系统中特有的优越性，使得隧道在整个线路当中所占的比率越来越高，所遇到的特长、特大及复杂地质条件下的隧道也越来越多，随之而来的隧道施工安全风险问题自然也愈加突出旧Ｊ。隧道不良地质条件分——收稿日期：２０１３０７２２布广泛，不安全因素多，安全风险大，隧道施工安全技术管理和风险控制措施值得进一步研究。对隧道的预定施工方案进行合理的安全风险分析与判断是及时、适当地采取应对措施降低风险安全的关‘‘键３９３，这具有极大的工程意义。２工程概况湘桂铁路永州至柳州段扩建改造工程ＸＧ－６标莲藕塘隧道进口里程ＤＩＩＫ４８９＋８９５，出口里程ＤＩ．ＩＫ４９０＋６４０，全长７４５ｍ。该隧道虽然不长，但不良地质问题突出，且其中Ｖ级围岩所占比例在８５％以上（见表１）。隧道进口采用斜切式洞门，出口采用铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３１１２）５７万方数据・隧道／地下工程・耳墙式洞门。隧道处３．５％。的上坡和５．８％的下坡的直线上。隧道区属丘陵剥蚀地貌，地面绝对高—程１１０１８０ｍ，相对高差小于７０ｍ，地面横坡１００～３００。该段地层砂岩节理发育，为ｘ节理，岩层全风—化及强风化层总厚度３５ｍ。该隧道埋深较浅，隧道进口顶板完整基岩厚度较薄，浅埋段和软质岩段易发生隧道洞顶坍塌、冒顶。表１隧道围岩分级表序号里程长度／ｍ围岩等级ｌＤＩＩＫ４８９，４－８９５～ＤＩＩＫ４８９＋９１０１５ＩＶ级２ＤＩＩＫ４８９＋９１０～ＤＩＩＫ４８９＋９２５１５Ｉｖ级３ＤＩＩＫ４８９＋９２５一ＤＩＩＫ４９０＋ＯＯＯ７５ＩＩＩ级４ＤＩＩＫ４９０＋ｏ（）ｏ～ＤＩＩＫ４９０＋６４０６４０Ｖ级及生命安全；隧道出口浅埋，洞身页岩，炭质页岩为软岩石，遇水易软化，施工时易发生边坡失稳，突水突泥，危及生命安全。（２）隧道洞身穿越可溶岩地段，逆断层、软硬岩相交，岩体较破碎，局部层间挤压破碎，产状凌乱，施工时易发生坍塌，突水突泥，危及生命安全。（３）隧道炭质页岩段，可能含有瓦斯气体，危及生命安全。经本次风险评估，隧道的边坡失稳和塌方属于高度安全风险因素，突水突泥和有害气体属于中度的安全风险因素。４隧道安全风险控制对策针对隧道存在的塌方风险，制定了相应的安全’该地区地表水为水龇主要分布在隧道进出４风．险１髫策同时制定了紧急救援预案。口端，水量受大气降水补给，水量弱，地下水主要为“针对隧道的塌方风险，制定了短进尺、弱爆基岩裂隙水，水量微弱，地表水和地下水对混凝土破、强支护、早封闭、早衬砌，，的施工原则。首先调有酸性侵蚀。隧道开挖后，局部基岩裂隙水的排泄整开挖方法，优化爆破设计，强调光面爆破或预留将造成地下水位下降，地下水径流将发生改变。该光爆层爆破，严格控制单响的药量，减小爆破震动，地区气候属亚热带季风型气候，年均降水量１６００～爆破排烟后，视围岩稳定情况，决定喷砼封闭与出２２００ｍｍ。全年多南风和东北风，春季风速最大。碴的先后顺序；同时加强监测，留足沉降量，保证施雨季时间来得早，降水量大，持续时间长，对隧道进工时的安全和二次衬砌的设计厚度；加强超前地质洞施工将产生严重影响，其他气候条件对隧道施工预报，并结合监控量测分析，及时调整设计参数；对影响相对较小。于有仰拱地段，须考虑超前施作开挖掌子面与仰３隧道安全风险评估拱，严格控制仰拱、回填及二次衬砌各工序间的步距，严格按规范作业，尽早完成二次衬砌浇筑。在国内外已统计的隧道安全事故中，掘进过程４．２边坡失稳占５０％，运输过程占２５％，其他占２５％¨１，本文重针对隧道的边坡失稳风险，制定的措施是：边点就掘进过程中风险因素进行识别。按照《铁路隧坡开挖前，先在洞顶边、仰坡开挖线外做好临时排道风险评估与管理暂行规定》¨驯（铁建设［２００７］水沟，减少雨水对边坡冲刷；结合现场地形，洞口２００号）要求，在对施工图阶段的风险评估结果基础边、仰坡及时做好坡面防护，确保洞口稳定，防止仰上，结合实施性施工组织设计，对塌方、有害气体、坡范围内地表水下渗和减少对坡面的冲刷；洞口石突水突泥、边坡失稳等典型风险进行评估。方严禁采用洞室爆破开挖，宜采用浅ＴＬｄ，台阶爆评估时，较多地结合了以往的施工经验，并根破，边、仰坡开挖时采用预留光爆层法或预裂爆破据隧道施工设计图纸，结合施工现场实际调查情法；开挖过程中对地表进行监测，随时掌握地表状况，参照《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》、《铁态，发现异常情况时，立即停止开挖，及时进行支路隧道风险评估指南》。目前，莲藕塘隧道施工阶护，待地表变形稳定后再进行施工；强化隧道组织段可能有如下安全风险：管理，科学合理编制施工组织和技术方案，制定并（Ｉ）隧道进口红黏土层较厚、且仰坡顺层，洞１：Ｉ落实安全保证措施，强化监测监控和巡查工作，隧附近存在古滑坡，施工时易出现边坡失稳，塌方，危道工作作业人员必须经过岗前培训，特种作业人员５８铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３ｔ１２）万方数据・隧道／地下工程・必须持证上岗。４．３有害气体针对隧道存在的有害气体风险，制定的措施主要有：采用瓦斯探测仪进行探测，发现存在瓦斯等有害气体时应按瓦斯隧道的要求组织施工；建立专门机构进行通风、防突、防爆及瓦斯监测工作，设置消防设施，制定紧急预案，高瓦斯工区及瓦斯突出工区应配备救护队；加强通风与监测，将有害气体浓度降低至安全范围内方可进行施工；加强隧道施工应急管理工作。对该隧道可能发生的瓦斯爆炸事故，有针对性的制定应急救援预案，配备必要的逃生和自救设施及装备。要加强应急救援培训和演练，提高作业人员避险、逃灾，自救和互救能力。４．４突水突泥防突控制技术措施主要从基础地质条件着手认识突出的风险¨１。。首先要分析地质，判断突出基础条件；同时通过超前预报技术，对可能发生突水突泥的不良隧道地段加强超前地质预报。另外，可利用炮眼钻孔判断掌子面前方５ｍ的安全范围，孔位的布置应根据断面大小及掌子面节理发育情况合理布置。选择合理的开挖方法，并预留安全厚度来规避风险，确保安全岩墙厚度，当岩墙整体性较差时，还应调整岩墙安全厚度。５高风险因素的监测５．１边坡监测边坡的安全监测以边坡岩体整体稳定性监测为主，兼顾局部滑动砌体稳定性监测。由于过大变形是岩体破坏的主要形式，因此地表和深部变形监测是安全监测的重点。边坡中存在的不利结构面常常是引起边破破坏的主要因素，故监测的重点对象是岩体中的这些结构面，监测测点应放在这些对象上或测孔应穿过这些对象等。５．１．１测点布置隧道监控量测的项目应根据工程特点、规模和设计要求综合选定。以隧道出口边坡为例，根据本工程的特性，采用位移沉降桩观测，埋设距离为２０一５０ｍ。桩体选择＋２０不锈钢棒，顶部磨圆，底部焊接弯钩，在山体开挖前开始埋设，通过测量埋置在监测断面位置，埋置深度０．３ｍ，桩周０．１５ｍ用铁道建麓技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＣ２０混凝土浇筑固定，如图１所示，完成埋设后按四等水准标准测量桩顶标高作为初始读数。吲图１边坡观测桩埋设布置采用现场观测和全站仪观测采集观测数据，现场观测时要用数码相机留取影像，全站仪实施量测数据。现场监测应根据设计文件的要求进行测点埋设、日常量测和数据处理，及时反馈信息，并根据地质条件的变化和施工异常情况，及时调整监控量测计划。开挖工作面观察应在每次开挖后进行，及时观测岩体有无裂缝，并拍摄影像资料，及时记录地表开裂、地表塌陷、边坡及仰坡稳定状态、地表水渗漏情况等。５．１．２观测数据隧道出口边坡各位移沉降桩测点累计位移如表２所示。表２隧道出口边坡各测点累计位移ｍｍ测点累计位移值变化趋势测点累计位移值变化趋势ｌ６．５变化缓慢６３．３变化缓慢２３．１变化缓慢７８．４变化缓慢３１５．３变化缓慢８９．５变化缓慢４４．２变化缓慢９４．４变化缓慢５６．９变化缓慢１０４．４变化缓慢５．１．３施工建议从现场监测数据和有关资料分析的结果显示边坡稳定性良好，各测点位移变化缓慢，但为防止突发状况发生，还是对边坡进行加固处理。进口边仰坡采用骨架护坡，出口线路左侧永久边坡及仰坡采用锚杆框架梁防护，线路预测永久边坡采用锚索框架梁防护。５．２超前地质的预报施工前的地质工作由于技术手段和投入经费的限制，加之地质体的复杂性，所取得地质资料往２０１３¨２ｌ囤万方数据・隧道／地下工程・往是十分粗略和有限，难以完全满足施工的要求。在隧道施工过程中，对掌子面前方的地质条件和可能的地质灾害展开超前地质预报，将对隧道的正常施工和顺利贯通发挥举足轻重的作用。采用超前地质预报可进一步查清因前期地质勘察工作的局限而难以探查的、隐伏的重大地质问题，能够提前了解开挖面前方围岩的地质情况，提前对软弱岩层进行预加固，合理变更施工参数，因此，能够有效地控制突泥、涌水、涌砂、塌方等地质灾害的发生，从而达到控制隧道施工风险和快速施工的目的。５．２．１超前地质预报流程采用超前地质预报施工工艺流程：布置钻孔＿接收器套管埋置一爆破孔装药一现场测试一预报结果分析＿与实际开挖情况对比一支护参数‘调整６｜。５．２．２超前地质预报测线布置莲藕塘隧道进口掌子面里程位于ＤＩＩＫ４８９＋８９５里程处，在ＤＩＩＫ４８９＋８４０里程处左右两侧的洞壁风钻孔中布置预报接收检波器，接收孔距离掌子面５５ｍ，激发炮孑Ｌ在左壁的里程为ＤＩＩＫ４８９＋８８５～ＤＩＩＫ８５０。在隧道左壁的同一水平线上从里到外布置２４个炮孔，炮孑Ｌ间距为２．０ｍ，炮孔高度为１．１ｍ，与接收孔的最近距离为１０ｍ，如图２所示。图２超前地质预报测线布置５．２．３测试结果分析采集的ＴＳＰ数据，通过ＴＣＰＷｉｎ２．１软件进行处理，获得Ｐ波、ＳＨ波、ｓｖ波的时间剖面、相关偏移归位剖面等成果。综合分析隧道左右壁的原始记录，分离后的纵横波（Ｐ、ＳＨ、ＳＶ）记录，以及Ｐ波、ＳＨ波、ｓＶ波的相关偏移归位剖面图得知：隧道检测段围岩在ＤＩ．ＩＫ４８９＋８４０～ＤＩＩＫ４８９＋８９５段，纵波Ｋ＝２０３６ｍ／ｓ；横波Ｋ＝１０１４ｍ／ｓ；动泊松比ｙ＝０．２４９，弹性模量Ｅ＝１０１１４ＭＰａ，剪切模量Ｇ＝４０８６ＭＰａ。根据对莲藕塘隧道进、出口里程桩号ＤＩＩＫ４８９＋８９５一ＤＩＩＫ４９０＋６４０地质的超前预报，对该段的地质情况解释成果如表３所示。表３莲藕塘隧道Ｄ¨Ｋ４８９＋８９５～Ｄ¨Ｋ４９０＋６４０地质预报结果序号里程长度／ｍ推断结果该段围岩岩体岩性与掌子面岩体基本一致，隧道围岩的级别与激发炮孑Ｌ段至掌子面的岩体等ｌＤＩＩＫ４８９＋８９５～ＤＩＩＫ４８９＋９１０１５Ⅳ级基本相同，节理裂隙较发育，弱富水，开挖时注意塌方。建议采取级围岩的施工工艺进行施工该段围岩岩体岩性较掌子面渐好，围岩级别与掌子面岩体基本一致，岩体节理裂隙不发育，２ＤＩＩＫ４８９＋９１０一ＤＩＩＫ４８９＋９２５１５Ⅳ围岩岩性稳定性较差，富水，开挖时注意防排水。建议采取级围岩的施工工艺进行施工，同时加强初期衬砌该段围岩岩体岩性较掌子面岩体逐渐转好，节理裂隙不发育一发育，该段围岩岩性整体性３ＤＩＩＫ４８９＋９２５～ＤＩＩＫ４９０＋０００７５Ⅲ相对稳定，无大的地质突变，无水体富集，拱顶无支护易掉块，建议采取级围岩的施工工艺进行施工，同时开挖后及时支护该段围岩岩体岩性较掌子面渐好，围岩级别与掌子面岩体基本一致，岩石完整性较差，抗风４ＤＩＩＫ４９０＋ＯＯＯ～ＤＩＩＫ４９０＋６４０６４０化能力一般，风化程度中等，自稳性较差，岩体节理裂隙较发育。建议采取Ｖ级围岩的施工工艺进行施工，同时加强初期衬砌６结论与建议哑幽茬；从边坡现场监测数据以及进行有关分析在莲藕塘隧道施工过程中，通过对隧道施工重的结果显示：边坡稳定性良好，各测点位移变化缓大安全危险的评估得出以下结论，并提出有关建议：慢。但为防止突发状况发生，还是对边坡进行加（１）隧道的边坡失稳和塌方属于高度安全风险固处理。因素，突水突泥和有害气体属于中度的安全风（下转第１２２页）俩铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３¨２｝万方数据・房建工程・将影响墙体混凝土外观成型质量。另外在柱筋顶端增设钢筋定位卡，如图８所示。在浇筑混凝土前将将柱筋点焊在定位卡上，以控制钢筋间距，墙纵向筋定位卡设置在墙中位置，并取代该位置的墙体水平筋。图８柱主筋、墙体纵向钢筋定位示意４．４混凝土的浇筑质量混凝土分层浇筑，分层厚度不大于４００ｍｍ，混凝土下料点分散布置，间距控制在２ｍ左右。独立柱应在柱四角进行插棒振捣，如图９所示。混凝土浇筑过程中应设专人检查到场混凝土的质量，严格控制混凝土配合比，安排质检员全程混凝土旁站，试验员现场对每罐混凝土的质量进行检查，一旦发现坍落度有异常情况，立即停止该批次混凝土浇筑。浇筑混凝土期间，设专人对钢筋、模板支撑和预埋件等进行监控，当发现有松动、变形、移位时，应及时调整浇筑顺序，并及时处理整改。“————“——一＋一＋・＋－．－１．－＊－卜一＋一＋－＋＊＋－－卜－卜一・卜卜一卜一（上接第６０页）（３）对隧道进、出口里程桩号ＤＩＩＫ４８９＋８９５一ＤＩＩＫ４９０＋６４０进行超前地质预报，其成果分析如Ⅲ下：ＤＩＩＫ４８９＋９２５～ＤＩＩＫ４９０＋０００段围岩属于级围岩；ＤＩＩＫ４８９＋８９５～ＤＩＩＫ４８９＋９１０、ＤＩＩＫ４８９＋Ⅳ９１０～ＤＩＩＫ４８９＋９２５段围岩属于级围岩；ＤＩＩＫ４９０＋０００一ＤＩＩＫ４９０＋６４０段围岩属于Ｖ级围岩。各级围岩采取相应围岩施工工艺进行施工，并做好相应的防护措施。参考文献［１］赵勇，王效良我国２０００－－２００５年建成的铁路隧道［Ｊ］．铁路标准设计，２００６（１１）：９７．［２］欧尔峰，严松宏，梁庆国．岩体隧道施工安全风险模糊综合评判研究［Ｊ］．兰州交通大学学报，２０１１，３０—（４）：３８４２．［３］周诚，李勇军，王承山．越江地铁盾构隧道始发安全风—险控制研究［Ｊ］．铁道工程学报，２０１２（１１）：８７９３．１２２睾户年盟严ｈ鼍图９十字柱振捣点示意５结束语通过对目前施工情况进行分析，劲性混凝土柱施工质量控制主要在以下几个方面：一是对钢构件几何尺寸的加工精度；二是钢柱预留孔加工精确；三是对接焊缝的施工工艺；四是钢柱吊装的垂直度；五是钢筋绑扎质量；六是劲性柱混凝土的浇筑质量。燕翔改扩建项目目前已经施工至地上８层，从目前完成的效果来看，本工程的劲性混凝土柱施工取得了较为满意的结果，过程创优、内实外美，确保本工程获得钢结构金奖及鲁班奖。钐｝道建筑技术［４］刘辉，孙世梅，张喜明．公路隧道施工安全模糊评价方—法研究及应用［Ｊ］．现代隧道技术，２００８，４５（１）：５９．［５］刘辉，孙世海．公路隧道施工安全综合评价研究［ｃ］∥东北大学安全工程研究中心．２００６（沈阳）国际安全科学与技术学术研讨会论文集．沈阳：东北大学安全工程研究中心，２００６．［６］杨峰．嘉华隧道施工安全风险控制应用［Ｊ］．现代隧—道技术，２００９，４６（３）：６０６５．［７］宋平．铁路隧道施工安全风险管理研究［Ｄ］．长沙：中南大学，２００９．［８］欧志坚．公路山岭隧道施工安全风险辨识研究［Ｄ］．重庆：重庆交通大学，２１３０８．［９］李春波．铁路长大隧道风险控制研究［Ｄ］．北京：中国地质大学，２０１０．［１０］中华人民共和国行业标准．铁建设［２００７］２００号铁路隧道风险评估与管理暂行规定［ｓ］．北京：中国铁道出版社，２０１０．［１１］孙胜考．新倮那隧道施工风险分析［Ｊ］，铁道建筑技—术，２０１２（Ｓ１）：４６４７．ＲＡｌＬＷＡＹＣｏＮＳＴＲＵＣＴｌＯＮＴＥｃＨＮＯＬＯＧＹ２０１３ｔ１２ｌ万方数据