隧道施工技术与安全管理PPT版（共62页）

1、 隧道施工技术与安全管理中铁五局二公司工程管理部 2015年11月前言 随着我国铁路、公路、水利等基础设施建设快速发展,隧道工程建设呈现规模快速增长, 结构更加大型化、多样化，工程地质与水文地质条件更加复杂化的新特点，随之而来还有工程技术难度的加大，建设工期、质量标准要求不断提高。隧道施工安全风险和管理难度急剧加大，隧道施工一旦发生安全事故,必将带来的工期延误、人身伤亡和巨大的经济损失，安全事故已成为施工企业不能承受之重。 面对隧道施工安全管理中的种种难题，一方面我们要克服不能为力的消极情绪，要研究隧道施工安全规律，尊重规律，利用规律，不断提高认识问题和解决问题的能力；另一方面要跳出安全看安全

2、，必须把隧道安全管理放在隧道建设项目管理、企业管理，甚至行业管理大环境去思考和谋划，不断创新安全管理的方法和手段，适应新常态下隧道安全管理的新要求。 章节内容第一节：隧道施工安全九条规定第二节：隧道工程特征与安全管理基本原则第三节：开挖方法及施工安全第一 节 隧道施工安全九条规定 2014年9月19日，国家安全监管总局、交通运输部、国务院国资委、国家铁路局四部门联合印发了隧道施工安全九条规定。这是继煤矿矿长保护矿工生命安全七条规定、化工（危险化学品）企业保障生产安全十条规定、烟花爆竹企业保障生产安全十条规定、非煤矿山企业安全生产十条规定和严防企业粉尘爆炸五条规定之后，安全生产制度建设的又一重大

3、举措，对于进一步加强隧道施工安全生产工作、有效防范和坚决遏制重特大事故具有十分重大的现实意义。 第一 节 隧道施工安全九条规定 隧道施工安全九条规定是在系统总结了国内各类隧道施工安全事故发生的原因，从作业人员应该具有的专业素质，所要遵从的技术规范，加大安全应急设备设施的投入、强化隧道施工的作业规范要求以及对可能引发各类隧道施工安全施工隐患的预防监控所提出的刚性的制度要求。 第一 节 隧道施工安全九条规定国家安全监管总局 交通运输部 国务院国资委 国家铁路局关于印发隧道施工安全九条规定的通知 安监总管二2014104号）一、必须证照齐全，严禁无资质施工、转包、违法分包和人员不经教育培训上岗作业。

4、二、必须按照标准规范和设计要求编制专项施工方案，确保按方案组织实施，严禁擅自改变施工方法。三、必须强化施工工序和现场管理，确保支（防）护到位，严禁支护滞后和安全步距超标。四、必须落实超前水文地质探测预报各项规定，监控量（探）测数据超标立即停工撤人，严禁冒险施工作业。第一 节 隧道施工安全九条规定五、必须对有毒有害气体进行监测监控，加强通风管理，严禁浓度超标施工作业。六、必须严格控制现场作业人数，掘进作业面应实施机械化作业，严禁超员组织施工作业。七、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施工作业。八、必须按照规定严格民用爆炸物品管理，严禁在施工现场违规运输、存放和使用民用爆炸物品

5、。九、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。第二节 隧道工程特征与安全管理基本原则隧道工程特征和施工特点决定隧道安全管理的基本特点。（一）、隧道工程地质与水文地质的隐蔽性、复杂性、工程地质勘察手段的局限性决定了隧道施工管理要道循“石变我变”的动态管理原则。通过对围岩的判释，不断修正设计，不断改变施工工艺。（二）、隧道施工不断改变着隧道结构的应力状态和稳定状态，决定了隧道施工安全措施要道循“时变我变，及时有效”管理原则。（三）、隧道施工管理的最优结果是有限的空间和时间内实现安全、进度、成本等目标的有机统一，科学工期及进度安排，合理的成本计划是安全管理的保障。第

6、二节 隧道工程特征与安全管理基本原则把安全管理纳入项目整个管理和平衡管理中去统筹考虑。（四）、隧道工程的单件性和多样性的特征，决定了隧道安全管理既要重视标准化的管理也要重视针对性的管理。（五）、隧道施工的高风险性特征决定了对安全措施的严密性和严格性.隧道安全管理特征要求我们了解设计，精通施工！一个对象：围岩分级两种理论：松弛荷载理论、岩承理论三种方法：新奥法、矿山法、浅埋暗挖法围岩级别：项目整合管理和平衡管理针对性的管理岩石分级的基本思路两个理论“松弛荷载理论”。其核心内容是：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载：不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。这样，作用在支护结构上的荷载就是

7、围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。这是一种传统的理论，它类似于地面工程考虑问题的思想，至今仍被广泛的应用。 现代支护理论，或称“岩承理论”。其核心内容是：围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力：不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。这是一种比较现代的理论，它已经脱离了地面工程考虑问题的思路，而更接近于地下工程实际，近半个世纪以来已被广泛接受和推广应用，并且表现出了广阔的发展前景。三种方法：新奥法、矿山法、浅埋暗挖法 矿山法:是一种传统的施工力法，是人们在长期的施工实践中发展起来的。它是以木或钢构件作为临时文撑，待隧道开挖成

8、型后逐步将临时文撑撤换下来，而代之以整体式厚衬砌作为永久性支护的施工方法。 典型的有：先拱后墙法及先墙后拱法、漏斗棚架法、台阶法、上下导坑先墙后拱法新奥法 新奥法(NATM)是新奥地利隧道施工方法的简称, 在我国常把新奥法称为“锚喷构筑法”。 工法原理：（1）边挖边支护，约束围岩变位，使围岩和支护结构共同形成支护环、实施稳定的人工掘进作业。（2）对于岩石地层，采用分步或全断面一次开挖，锚喷支护和锚喷支护复合衬砌，必要时可做二次衬砌; （3）对于土质地层，一般需对地层进行加固后再开挖支护、衬砌，在有地下水的条件下必须降水后方可施工。 浅埋暗挖法 浅埋暗挖法是中国人自己创造一种隧道修建方法。是在距

9、离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法。 特点：造价低、拆迁少、灵活多变、无须太多专用设备及不干扰地面交通和周围环境。在全国类似地层和各种地下工程中得到广泛应用。具有重大的社会效益和环境效益，该方法在总体上到国际领先水平。铁路隧道：单线或双线，拱顶埋深小于：级围岩3540m、级围岩1825m、级围岩1014m、级围岩57m为浅埋隧道；也可按实测压力P/垂直土柱重量h来确定，当P/h0.40.6为浅埋隧道。地铁暗挖隧道：由于环境要求高，断面变化大，仅用拱顶埋深是不妥的，按拱顶覆土厚度（H）与结构跨度（D）之比来考虑，即当0.6H/D1.5时，称为浅埋，当H/D0.6时称为超浅埋。

10、浅埋隧道的确定原则矿山法与新奥法的区别矿山法有它的理论基础、工程原理、技术方法和指导原则。矿山法是建立在经典的岩土力学基础之上的。经典岩土力学的理论精髓,库仑一莫尔及太沙基的理论和朗金的定律、用于深埋隧道的坍落拱普氏理论和用于浅埋隧道的沉降漏斗压力理论及全土柱压力理论成为隧道矿山法设计、施工的技术指导原则。“新奥法施工的基本思想是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道和地下工程设计施工。 浅埋暗挖法与新奥法的关系 浅埋暗挖法是在借鉴新奥法的某些理论基础上，针对中国的具体

11、工程条件开发出来的一整套完善的隧道修建理论和操作方法。 与新奥法的不同之处在于，它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下，隧道埋深小于或等于隧道直径，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。 工艺原理： 浅埋暗挖法沿用新奥法基本原理 （1）利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力，采取适当的支护措施，使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构； （2）初次支护按承担全部基本荷载设计； （3）二次模筑衬砌作为安全储备； （4）初次支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。 开挖是隧道施工的关键工序，不仅是隧道安全风险最大的工序，也直接决定着后续工序的施工安全。开挖施工技术和安全管理的基本原则是认知地质，掌握围岩的地质特

12、征，释判围岩级别，选择合适的开挖方法，爆破手段，其目的是保护围岩，充分发挥围岩自稳能力与承载功能。第三节 开挖施工技术和安全管理一、隧道开挖方法 开挖方法是指隧道开挖成型的方法，关系到坑道稳定、掘进速度。选择开挖方法时应考虑以下方面：1）隧道断面大小、形状；2）围岩的工程地质条件；3）支护类型4）机械配备能力；5）工期要求；6）隧道长度；7）施工成本。主要方法全断面台阶CDCRD双侧壁导坑中洞法侧洞法洞柱法复合法全断面法 Full face excavation method下导洞超前法Bottom drift excavation method 台阶法Bench cut method 环形开

13、挖预留核心土法Ring cut method 双侧壁导坑法Two side drift method 中隔壁法Center Diaphragm method交叉中隔壁法CRoss Diaphragm method 3台阶7步开挖法Seven Step-Bench Cut method 3台阶7步开挖法透视图Seven Step-Bench Cut method 3台阶7步开挖法Seven Step-Bench Cut method 双侧壁导坑法（眼镜法）第一步第二步第三步第四步第五步第六步侧洞法第一步第二步第三步第四步第五步第六步第七步第八步中洞法中洞法施工工艺流程图几种方法的比较 ：CD与C

14、RD中隔壁法（CD法）可适用于级围岩的浅埋双线隧道；交叉中隔壁法（CRD）可适用于级围岩浅埋的双线隧道或多线隧道。 CD法与CRD法的区别： 1、开挖顺序：CD法先开挖隧道的一侧，并施作中隔壁墙，然后再开挖另一侧的施工方法；CRD法先开挖隧道一侧的一或二部分，施作部分中隔壁和横隔板，再开挖隧道另一侧的一或二部分，完成横隔板施工，然后再开挖最先施工一侧的最后部分，并延长中隔壁，最后开挖剩余部分的施工方法2、临时支护：CD法是用钢支撑和喷射混凝土的隔壁分割开进行开挖的方法，一般临时仰拱没有横撑；CRD法用隔壁和仰拱把断面上下、左右分割进行开挖的方法，是在地质条件要求分部开挖及时封闭的条件下采用的，

15、一般临时仰拱有横撑CRD和CD法的主要区别是在施工过程的每一步，都要求用临时仰拱（横撑）闭合。 CRD法的临时支护较CD法要求高。侧洞法施工在处理中洞顶部荷载转移时，相对于中洞法要困难一些两侧洞施工时，中洞上方土体经受多次扰动，形成危及中洞的上小下大的梯形、三角形或楔形土体，该土体直接压在中洞上，中洞施工若不够谨慎就可能发生坍塌。中洞法施工工序复杂，但两侧洞对称施工，比较容易解决侧压力从中洞初期支护转移到梁柱上时的不平衡侧压力问题，施工引起的地面沉降较易控制。柱洞法施工的关键是如何确保两侧开挖后初期支护同步作用在顶纵梁上，而且柱子左右水平力要同时加上且保持相等。洞桩法就是先挖洞，在洞内制作挖孔

16、桩，梁柱完成后，再施作顶部结构，然后在其保护下施工，实际上就是将盖挖法施工的挖孔桩梁柱等转地下进行。二、各开挖方法安全事项1、全断面法开挖：采用全断面法开挖隧道时，应控制一次同时起爆的炸药量，减少爆破振动对围岩的影响； 在地质条件较差地段采用全断面法开挖隧道时，必须对围岩进行超前支护或预加固，并控制循环进尺。隧道开挖爆破后应先采用机械进行找顶，然后用人工找顶。隧道开挖使用的作业台架应进行强度、刚度和稳定性检算，经验收合格后方可使用，台架四周必须设置安全防护栏杆。2、台阶法开挖采用台阶法开挖隧道时，应根据围岩条件，合理确定台阶长度和高度。围岩稳定性较差时，台阶长度应控制在一倍洞径。台阶下部断面一

17、次开挖长度应与上部断面相同，不得超过1.5m。 当围岩地质较差、开挖工作面不稳定时，应采用短进尺或上下台阶错开开挖或预留核心土措施，必要时采用喷射混凝土或玻璃纤维锚杆对开挖工作面进行加固。台阶上部开挖循环进尺应根据围岩地质条件和初期支护钢架间距合理确定，并不得超过1.5m。当围岩地质较差、变形较大时，上部断面开挖后应立即施作锁脚锚管（杆）、扩大拱脚、临时仰拱等措施，控制围岩及初期支护变形量。台阶下部开挖后，必须及时喷射混凝土进行封闭；当设有钢架时，必须及时安装下部钢架并喷射混凝土，严禁拱脚长时间悬空。仰拱开挖应控制一次开挖长度，开挖后应立即施作初期支护，封闭成环。软弱围岩隧道采用台阶法开挖时，

18、、级围岩中上台阶每循环开挖进尺不应大于1榀钢架间距，级围岩中不应大于2榀钢架间距。、级围岩边墙每循环开挖进尺不得大于2榀钢架间距，仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆(管)，每循环开挖进尺不得大于3m。3、三台阶七步开挖法 施工应尽量缩短台阶长度，确保初期支护尽快闭合成环，仰拱和拱墙衬砌及时跟进，尽早形成稳定的支护体系。 三台阶七步开挖法规避了侧壁导坑法、中隔壁法及交叉中隔壁法等需要拆除临时支护及受力转换造成不安全的因素，及时调整闭合时间，方便机械施工，利于施工工序转换。 三台阶七步开挖法施工应做好工序衔接。工序安排应紧凑，尽量减少围岩暴露时间，避免因长时间暴露引起围岩失稳。初期支护应及时封闭成环，

19、全断面初期支护闭合时间宜控制在15d左右；仰拱应超前施作铺设防水板、二次衬砌等后续工作应时进行，对于土质隧道，衬砌应紧跟仰拱施工，一般为1520m，对于岩石爆破隧道，衬砌距开挖掌子面距离须满足爆破距离要求；在满足作业空间和台阶稳定的前提下，应尽量缩短台阶长度，核心土长度应控制在35m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/31/2。三台阶七步开挖法施工应严格控制开挖长度，根据围岩地质情况，合理确定循环进尺，每次开挖长度不得超过1.5m；开挖后立即初喷35cm混凝土，以减少围岩暴露时间。隧道周边部位应预留30cm人工开挖，其余部位宜采用机械开挖，局部需要爆破时，必须采用弱爆破，不得超挖。施工时应严格控制装药

20、量，减少对围岩的扰动。中、下台阶左、右侧开挖应错开，严禁对开，左右侧错开距离宜为23m。4、分部法开挖（1）、采用分部法开挖隧道时，应根据地质条件、隧道断面等情况合理进行分部，开挖进尺应控制在1.0 m以内。 分部开挖的各部，开挖后应及时进行初期支护及临时支护，并尽早封闭成环。 采用分部法开挖，各部钢架基脚处应施做锁脚锚管（杆）或采用扩大拱脚等措施，减少拱脚下沉量。（2）、采用中隔壁法、交叉中隔壁法开挖隧道时，同层左、右两侧沿纵向应错开一定距离，错开距离应控制在1015m范围内，同侧上、下层开挖工作面相距应保持35m。（3）、采用双侧壁导坑法开挖隧道时，应符合下列规定： 侧壁导坑形状应近似椭圆

21、形，导坑宽度不应大于0.3倍隧道宽度； 侧壁导坑、中槽部位开挖应采用短台阶，台阶长度35m，必要时应预留核心土； 侧壁导坑开挖应超前中槽部位1015m。采用分部法开挖的临时支护应根据监控量测结果逐段拆除，每段拆除长度不得大于15m。CRD和CD工法中的关键技术是中壁的拆除工艺。在中壁拆除作业的施工管理中，最重要的问题是判断中壁拆除时间和中壁拆除后的安全性。一般在隧道施工中维护断面的稳定基本上是通过拱顶下沉核净空收敛来判断的。因此，在中壁法中，中壁的拆除时间的确定和作业的安全性基准，也是以这种方法为依据。基准值基准值：拆除中壁时一般参考“一周的位移增量在1mm以下”基准，基于实测数据决定管理基准

22、。考虑前后台阶的进度，以拱顶下沉7d的增量在2mm以下，作为拆除中壁的基准，即：拱顶下沉量：7d的增量小于2mm；净空收敛值：7d增量小于4mm；管理水平管理阶段中壁拆除中（）中壁拆除后（）安全36注意612危险1224三、开挖工艺研究与爆破安全管理1、隧道施工要采用光面爆破、预裂爆破、微震爆破，形成规则的、较圆顺的轮廓，其结构受力好，应力集中少，有利于围岩稳定，维护自稳能力，提高了围岩的承载能力；同时对围岩的扰动范围小，有力保护围岩原有结构，有效地减少应力集中所引起的塌坍现象；2、隧道开挖质量控制是隧道施工的难点，从工艺设计、工艺人才、工装设备、工艺纪律等方面入手，按照严格管理、严格工艺、严

23、格纪律“三严”的要求，抓好隧道开挖质量3、要严格做好隧道爆破设计，采取理论计算、爆破成缝试验及工程类比的方法。爆破设计的主要控制指标：比钻眼量、比装药量、总装药量、单段最大起爆药量、周边眼装药参数、爆破允许最大震速。 光面爆破爆破效果检查的四个考核指标：炮眼利用率，炮眼痕迹保存率，超、欠挖量和岩碴块度。4、钻孔、装药作业应符合下列规定：钻孔要准、直、平、齐；装药时应使用木质炮棍装药，严禁火种；无关人员与机具等应撤至安全地点，作业人员禁止穿戴化纤衣物；装药作业完成后，必须及时清理现场、清点火工产品数量，剩余的炸药和雷管必须由领取炸药、雷管的人员退回库房；使用电雷管时，装药前电灯及电线路应撤离开挖

24、工作面，装药时应用投光灯、矿灯照明，开挖工作面不得有杂散电流；5、安全警戒与防护：爆破作业除应符合现行国家标准爆破安全规程GB6722有关规定外，还应符合下列规定： 洞内爆破作业前，施工单位必须确定指挥人员、警戒人员、起爆人员，并确保统一指挥。安全警戒： a、独头坑道内不小于200米；b、相邻的平行坑道内不小于100米；c、相邻的平行坑道、横通道及横洞间距不小于50米；d、双线上半断面开挖时不少于400米；e、双线全断面开挖时不少于500米。 洞内爆破作业时，指挥人员应指挥所有人员、设备撤离至安全地点；警戒人员负责警戒工作，设置警示标志；爆破时，爆破工应随身携带带有绝缘装置的手电筒； 洞内爆破

25、后必须经充分通风排烟，15min后安全检查人员方可进入开挖工作面，主要检查有无盲炮、有无残余炸药及雷管、顶板及两帮有无松动的岩块、支护有无变形或开裂等；当发现盲炮、残余炸药及雷管时，必须由原爆破人员按规定处理。6、贯通安全管理。隧道双向开挖接近贯通面时，两端施工应加强联系与统一指挥，当隧道两个开挖工作面距离接近15m时，必须采取一端掘进另一端停止作业并撤走人员和机具的措施，同时在安全距离处设置禁止入内的警示标志。7、瞎炮的处理。处理拒爆时，必须遵守下列规定：由于连线不良造成的拒爆，可重新连线起爆；在距拒爆炮眼0.3m以外另打与拒爆炮眼平行的新炮眼，重新装药起爆；严禁用镐刨或从炮眼中取出原放置的

26、起爆药卷或从起爆药卷中 拉出电雷管。不论有无残余炸药严禁将炮眼残底继续加深；严禁用打眼的方法往外掏药；严禁用压风吹拒爆（残爆）炮眼；处理拒爆的炮眼爆炸后，爆破工必须详细检查炸落的煤、矸，收集未爆的电雷管；在拒爆处理完毕以前，严禁在该地点进行与处理拒爆无关的工作。 8、火工品的管理要符合相关管理规定。 四、交叉施工管理。 1、不同工区的交叉施工管理。两座平行的隧道开挖时，其两个同向开挖工作面应保持合理的纵向距离；间距小的隧道，必须采取措施防止后行洞开挖对先行洞产生不良影响2、隧道开挖台架多层同时施工时，掌子面要保持平齐，清理掉掌子面及两帮危石。3、严禁钻孔与装药的平行交叉作业。4、隧道同时存在掌

27、子面开挖、仰拱开挖、支护、衬砌及各辅助工序等平行作业、交叉作业时，必须建立严密的组织管理体系，加强统一指挥和调度。五、隧道安全施工步距要求隧道安全施工步距是按照“以人为本，确保安全为基本理念，在对研究隧道坍塌事故和隧道变形力学分析基础上，对大范围、大规模隧道建设采取的一种强制性安全管理规定。1、根据建技【2010】352号及铁建设【2010】120号文规定：铁路隧道应采用下述规定：（1）、级围岩封闭位置距离掌子面不得大于35m。、级围岩地段仰拱距离掌子面不宜大于90m； （2）二衬距离掌子面的距离要求：二次衬砌级围岩不得大于90m，V、级围岩不得大于70m。2、公路隧道执行以下标准：（1）、公

28、路隧道施工时应优先采用项目所在地交通建设管理部门执行的标准，如当地交通建设管理部门无标准或标准低于本细则的，按照本细则执行。（2）、黄土和含水量较大、易风化的千枚岩隧道：洞口段：仰拱距掌子面距离不大于1/2大管棚长度；级围岩地段：仰拱距掌子面距离不大于30m（二车道）、20m（三车道），级围岩地段：仰拱距掌子面距离不大于50m（二车道）、40m（三车道），。级围岩地段：二次衬砌距掌子面距离不大于50m（二车道）、35m（三车道）；级围岩地段：二次衬砌距掌子面距离不大于80m（二车道）、70m（三车道）（3）、石质隧道：级围岩地段：仰拱距掌子面距离不大于50m，二次衬砌距掌子面距离不大于80m；

29、级围岩地段：仰拱距掌子面距离不大于70m；二次衬砌距掌子面距离不大于120m。 六、 新奥法施工三要素 光面爆破（工艺设计、工艺人才、工艺装备、工艺纪律） 喷锚支护（原理、时机与极限平衡） 监控量测（周边收敛，拱顶下沉与地表下陷）光面爆破 七、隧道塌方的原因及处理 隧道发生塌方除地质原因外，主要还是由于施工方法或措施不当造成的，针对隧道塌方形成的主要原因，提前做好预防方案和措施，有效预防塌方的发生。 近年隧道重大事故统计分析各种灾害事故所占比例（隧道施工主要安全风险）塌方 64%突水突泥 12%洞内火灾 8%火工品爆炸 8%其他1、地质因素隧道开挖过程中应尤其加强对以下不良地质因素的观察，当这

30、些因素出现时，应做好防坍塌的各项预案。（1）隧道穿过断层及其破碎带，一经开挖，潜在应力释放，承压快、围岩失稳而坍塌；（2）当通过堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后引起坍塌；（3）在挤压破碎带、岩脉穿插带、节理密集带等碎裂结构地层中，岩块间互相挤压牵制，一经开挖则失稳，出现围岩掉块、坍落。在软弱结构面发育的情况下，或泥质充填物过多，均易产生较大坍塌；（4）薄弱岩体在构造运动的作用下形成的小褶曲、错动发育地段，施工中常常发生坍塌；（5）岩层软硬相间或有软弱夹层的岩体，在地下水的作用下，软弱面的强度大大降低，因而发生滑塌；（6）地下水的软化、浸泡、冲蚀、溶解等作用加剧岩体的失稳和坍落；（7）多年冻土层受开挖扰动后上限发生改变，如果没有及时采取措施进行封堵，容易因冻土溶