隧道施工中易发安全质量问题及其预防治理

隧道施工中易发安全质量问题及其预防治理——中铁隧道集团二处有限公司：何毅引言

隧道作为地下工程建设的重要组成部分，它虽然建设周期较长，工程投资较大，不可预见性因素较多，但随着科技的进步，机械化程度的提高，以及经过长期从事地下工程建设单位的探讨和总结，得出了大量而成功的施工工法和先进的管理经验。它不仅在铁路、公路、城市地铁等建设中广泛采用，而且在穿江过海建设中也取得了成功经验。隧道建设不但可以缩短城市之间的距离，提高行车速度，而且在土地资源日趋紧张时期，还具有节约土地资源，开发地下空间，不破坏环境等优点，越来越受到工程建设的欢迎。但隧道施工属于高危作业，安全风险高，出现安全事故的概率相对其它工程建设施工较高，同时隧道质量是否可控、施工方法是否合理对结构的耐久性、安全的可控性、运营时期的维护量大小等具有重要意义，下面我就隧道施工中也发生质量、安全环节及预防、控制的办法与各位领导、同人进行探讨，不足之处请大家指教！一、隧道洞口工程做好隧道口的防护，是确保隧道施工安全的必要条件。1、遵循的原则是少对隧道进行扰动以及“早进洞、晚出洞”，尽可能做到零开挖进洞，切忌对隧道口的边坡、仰坡进行大开挖。采取的措施：将隧道适当延长；增设明洞（可适当加长初期支护）；加快洞门施工并及时回填反压2、隧道洞口的防护内容：边坡、仰坡按设计刷坡并进行防护；做好边坡、仰坡的排水；做好隧道口施工场地的排水系统；根据设计做好隧道口的长管棚、短管棚、地表加固等措施。1、新奥法

二、隧道施工方法的选择隧道施工中，开挖方法影响围岩稳定、确保隧道施工安全的关键，因此必须合理选择隧道开挖方法。目前我国隧道施工的基本理念是采用新奥法，隧道的开挖方法的选择依据是：根据地质情况、隧道断面大小及形状、支护条件、工期要求、工程量、机械设备能力、经济性等因素进行综合分析可选择全段面、台阶法、CD法、CRD法。目的是控制围岩的变形，使隧道开挖少扰动、快封闭，安全成形。关键是利用监控量测进行信息反馈，调整支护强度和施工方法2、隧道开挖方法

⑴、Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面法开挖。⑵、Ⅳ级围岩深埋地段采用台阶法开挖，Ⅳ级围岩浅埋或洞口地段采用CRD工法或CD工法。⑶、Ⅴ级围岩浅埋或洞口地段采用双侧壁导坑法，深埋地段采用环形开挖留核心土法或CD法、CRD工法。全断面开挖采用光面爆破一次成形；台阶法采用短台阶，上下台阶距离控制在5~8米，反对长台阶；

CD、CRD分部开挖，各部控制在一倍到一倍半洞泾范围内。3、开挖、支护、仰拱、二次衬砌等工序的合理布置初期支护要求紧跟开挖面(Ⅱ、Ⅲ围岩视围岩的完整性和爆破效果，可滞后支付，但控制在5米以为）；仰拱距开挖面：Ⅴ控制在40米，Ⅳ控制在50米，Ⅲ、Ⅱ控制在90米；二衬：Ⅴ控制在90米，Ⅳ、Ⅲ其它控制在120米；Ⅱ、Ⅰ控制在200米各种通道开挖支护在正洞开挖过去以后尽快施工。三、隧道道初期支支护的质质量控制制方法初期支护护：初期支护护是为了了及时封封闭围岩岩，充分分发挥围围岩自身身承载力力，控制制围岩变变形。它它主要由由喷射混混凝土、、钢筋网网、钢拱拱架（工工字钢、、网构钢钢拱架））锚杆组组成，并并承受全全部地层层荷载。。其施工工方法：：①开挖后后，立即即检查围围岩面和和初喷砼砼，及时时施作锚锚杆。从从安全出出发，必必须先喷喷后锚②在初喷喷砼后及及时安装装钢架，，钢架的的下端设设在稳固固的地层层上。钢钢架与围围岩之间间的间隙隙用U形和楔形形砼预制制块填塞塞。③及时复复喷砼，，喷射作作业分段段、分片片、分层层，由下下而上顺顺序进行行。1、锚杆施施工控制制要点（1）、类型型（2）、作用用（3）、控制制要点（1）类型1）端头锚固固式（内内锚头））机械式楔楔缝式式楔头式胀壳式粘结式内内锚头锚锚杆水水泥泥砂浆内内锚头快硬水泥泥卷内锚锚头树脂内锚锚头锚杆杆2）粘结式式水水泥泥砂浆锚锚杆树脂锚杆杆3）摩擦式式缝缝管式锚锚杆楔管式锚锚杆4）弱应力式式先先拉拉后灌先灌后拉（2）作用1）联结作用用，将不稳稳定的各部部和岩层用用之串起来来，伸入到到稳定岩体体中；2）组合作用用，将一定定厚度的岩岩层组合在在一起，形形成组合拱拱，通过错错杆提供抗抗剪。由于于错杆间的的锚固力使使岩层间的的摩擦力增增加，阻止止岩层的滑滑移，互相相错动，提提高岩石梁梁（拱）的的整体抗弯弯、抗剪能能力。3）整体加固固作用，通通过有规律律布置的锚锚杆群将隧隧道四周一一定深度的的围岩进行行挤压、粘粘结加固，，组成一个个承载环加加固带。（3）锚杆施工工控制要点点a.在初喷后及及时进行b.按设计制作作锚杆c.钻孔注意孔孔值方向向d.水泥砂浆锚锚杆应大于于杆体直径径15mme.砂浆配合合比f.灌浆符合合规范，，保证砂砂浆饱满满，粘结结牢固g.安装后不不准敲击击h.拉拔力试试验i.砂浆锚杆杆砂浆注注满度检检测2、钢架格格栅的控控制要点点3、超前小小导管及及注浆的的控制要要点4、钢筋网网施工的的控制要要点5、喷射砼砼控制的的要点四、二次次衬砌的的质量控控制二次衬砌砌主要作作用：美美观、应应力储备备、承受受部分荷荷载、防防水。要求及时时施作二二次衬砌砌，根据据不同的的围岩级级别控制制与开挖挖面的距距离。整整个工序序包含仰仰拱填充充砼、墙墙脚砼、、防水层层、盲沟沟、预埋埋管线、、预埋件件安设、、预留洞洞室套模模固定，，拱墙砼砼浇注等等工序。。二次衬衬砌采用用长整体体式钢模模衬砌台台车，砼砼输送车车运送砼砼，砼输输送泵泵泵送入模模，进行行全断面面机械化化配套作作业。二次衬砌砌控制的的要点：：外观质量量砼的强度度拱顶砼的的密实度度防排水质质量各种预留留洞室、、管线的的准确性性1、外观质质量控制制要点：：模板台车车的加工工质量要要高支模的加加固要强强、要细细模板外表表的及时时清理砼的塌落落度控制制砼捣固质质量控制制2、砼的的质量控控制要点点：施工配合合比的及及时调整整原材料的的质量控控制过程旁站站，严格格按照配配合比施施工仰拱砼要要在无水水状态下下实施3、拱顶砼砼的密实实度控制制防水板的的铺设要要有合适适的松弛弛度砼分窗灌灌注，按按照靠先先旧砼一一侧顺序序入窗。。4、防排水的的质量控控制完善排水水体系，，确保排排水畅通通确保防水水材料的的质量严格按照照防水板板的无钉钉铺设原原则，进进行施工工和检验验防水层铺铺设的控控制要点点衬砌台车车暗洞明洞五、隧道通风的方方法为了确保保施工工工作面的的工作环环境，隧隧道施工工时必须须加强通通风。按按照风道道的类型型和通风风安装位位置有如如下几种种通风方方式：⑴、风管管式通风风：风流流经由管管道输送送，分为为压力式式、抽出出式、混混合式三三种方式式。此种种方法设设备简单单、布置置灵活，，故为一一般隧道道施工采采用。⑵、巷道道式通风风：适用用于平行行坑道的的长隧道道，这种种通风方方式断面面大、阻阻力小，，可提供供较大的的风量，，是目前前解决长长隧道施施工通风风比较有有效的方方法。⑶、风墙墙式通风风：适用用于较长长隧道。。当管道道式通风风难以解解决又无无平行导导坑可以以利用的的话，可可以利用用隧道成成洞部分分较大的的断面，，用砖砌砌或木板板隔出一一条2～3m2的风道，，以减少少风管长长度，增增大风量量满足通通风要求求。六双连拱拱隧道施施工按照导洞洞设置的的不同可可分为：：

方案案一：单单导洞（（中导洞洞）施工工，中隔隔墙衬砌砌完毕及及回填后后，结构构其他部部分均采采取正台台阶开挖挖，衬砌砌采用全全断面衬衬砌；方案二：：三导洞洞施工，，中隔墙墙衬砌完完成后回回填，正正洞台阶阶开挖，，根据情情况留设设核心土土，同双双港桥隧隧道部分分段落施施工方案案；方方案三：：三导洞洞开挖，，中隔墙墙衬砌完完成并回回填后，，侧导边边墙衬砌砌完成后后，再进进行正洞洞开挖，，同出口口段方案案；方方案四：：双导洞洞开挖，，即开挖挖中导、、一侧导导洞，在在一侧正正洞衬砌砌完成后后，再开开挖另一一侧正洞洞，台阶阶开挖；；II类围岩施施工方案案步骤三导洞开开挖纵断断面正洞开挖挖方案附图1附图2附表1附表2附表2附表3七、隧道道安全控控制重点点1、一般安安全措施施（1）、隧道道工程施施工的一一般安全全措施①隧道施工工前做好好施工前前期准备备工作，，正确选选用施工工方法，，并结合合地形、、地质等等实际情情况，编编制施工工组织设设计。②隧道施工工各班组组间，建建立完善善的交接接班制度度。③在软岩或或不良地地质的隧隧道中，，施工前前必须制制定切实实可行的的施工安安全措施施。④施工中中加强强对围围岩及及支护护的检检测和和量测测，掌掌握围围岩及及支护护的变变形位位移情情况。。⑤所有进进入隧隧道工工地的的人员员，必必须按按规定定配带带好安安全防防护用用品，，遵章章守纪纪，听听从指指挥。。⑥进洞前前应做做好边边仰坡坡防护护和排排水设设施。（2）、临临时及及辅助助设施施安全全要求求①临时设设施平平面布布置应应科学学、间间距合合理，，满足足消防防安全全要求求。②临时道道路的的弃渣渣应运运至指指定地地点。。③临时供供电设设施及及线路路满足足用电电规范范要求求。④锅炉等等压力力容器器的安安装和和适用用应符符合国国家有有关规规定。。（3）、洞洞口工工程①洞口路路基及及边、、仰坡坡断面面应自自上而而下开开挖，，一次次做完完，上上下不不得重重叠作作业。。②边、仰仰坡以以上山山坡危危石应应在开开工前前清楚楚干净净。③爆破后后应清清楚边边、仰仰坡松松动石石块后后，方方可继继续施施工。。④端墙处处的土土石方方开挖挖后，，对松松动岩岩层进进行支支护。。⑤隧道门门及端端墙工工程施施工应应符合合相关关规定定。洞口施施工2、开挖挖、凿凿孔及及爆破破作业业安全全控制制要点点（1）、开开挖、、凿孔孔（2）、爆爆破（3）、洞洞内运运输中中的安安全控控制要要点3、支护护与衬衬砌安安全控控制要要点（1）、支支护的的安全全控制制要点点（2）、衬衬砌的的安全全控制制要点点704、特特殊地地质施施工安安全控控制措措施（（重点点介绍绍沉降降、坍坍方对对安全全的影影响））。坍方隧道开开挖时时，在在土压压、地地下水水等作作用下下，随随着地地层出出现临临空面面后的的应力力调整整，在在软弱弱围岩岩内产产生裂裂缝或或破坏坏，或或者是是由于于围岩岩内已已有的的层理理和节节理等等松弛弛、剥剥离，，使土土体、、岩石石或泥泥砂等等发生生大量量坍落落的现现象，，称为为坍方方。坍方过过程一一般为为：开开挖→→围岩岩塑性性变形形→支支护过过大变变形→→支护护局部部破坏坏→支支护与与围岩岩破坏坏失稳稳→坍坍方。。隧道道开开挖挖时时、、开开挖挖后后、、施施工工支支护护后后，，甚甚至至在在衬衬砌砌之之后后，，都都可可能能发发生生隧隧道道坍坍方方。。71沉降降在地地下下工工程程施施工工中中，，随随着着土土石石方方的的开开挖挖移移除除、、地地下下水水的的排排出出，，地地层层中中原原有有的的应应力力平平衡衡状状态态被被打打破破，，使使之之处处于于非非平平衡衡状状态态。。这这种种非非平平衡衡状状态态需需要要一一定定时时间间（（短短时时间间或或较较长长时时间间））进进行行调调整整，，调调整整过过程程中中造造成成的的地地层层损损失失或或支支护护变变形形（（沉沉降降或或收收敛敛）），，表表现现出出地地面面或或支支护护空空间间位位置置向向下下改改变变，，称称为为沉沉降降。。原因因分分类类引起起坍坍方方及及沉沉降降的的原原因因有有多多种种，，概概括括起起来来可可归归纳纳为为：：自然然因因素素：：工工程程地地质质水水文文地地质质条条件件及及其其它它不不可可抗抗力力原原因因；；工程程因因素素：：在在原原始始地地层层中中进进行行隧隧道道施施工工，，引引起起地地层层平平衡衡状状态态的的变变化化；；人为为因因素素：：不不适适宜宜的的合合同同环环境境、、设设计计疏疏忽忽、、不不规规范范的的施施工工管管理理等等。。73不利利的的地地形形、、地地貌貌因因素素如如隧隧道道穿穿过过地地面面建建筑筑物物，，而而且且埋埋深深浅浅；；不良良的的地地质质条条件件如如隧隧道道穿穿过过断断层层及及其其破破碎碎带带，，或或在在薄薄层层岩岩体体的的小小曲曲褶褶、、错错动动发发育育地地段段，，一一经经开开挖挖，，潜潜在在应应力力释释放放快快、、围围岩岩失失稳稳，，小小则则引引起起围围岩岩掉掉块块、、坍坍落落，，大大则则引引起起坍坍方方。。富富水水砂砂层层中中也也易易引引起起坍坍方方。。当通通过过各各种种堆堆积积体体时时，，由由于于结结构构松松散散，，颗颗粒粒间间无无胶胶结结或或胶胶结结差差，，开开挖挖后后多多引引起起坍坍塌塌。。大量量的的工工程程实实践践表表明明，，自自然然的的因因素素在在设设计计施施工工阶阶段段都都是是可可以以搞搞清清楚楚的的，，而而且且目目前前的的施施工工手手段段是是可可以以应应对对自自然然条条件件带带来来的的威威胁胁。。自然然因因素素74Ⅲ级围围岩岩拱拱部部无无支支护护时时，，可可产产生生小小坍坍方方，，爆爆破破振振动动过过大大易易坍坍方方；；Ⅳ级围围岩岩拱拱部部无无支支护护时时，，可可产产生生较较大大的的坍坍方方，，侧侧壁壁有有时时失失稳稳；；Ⅴ级围围岩岩围围岩岩易易坍坍方方，，处处理理不不当当会会出出现现大大坍坍方方，，侧侧壁壁常常小小坍坍方方；；浅埋埋时时易易出出现现地地表表下下沉沉和和坍坍方方至至地地表表；；Ⅵ级围围岩岩极极易易坍坍方方，，极极易易变变形形，，有有水水时时会会发发生生流流泥泥流流砂砂，，浅浅埋埋时时易易坍坍方方至至地地表表。。地下下水水的的软软化化、、浸浸泡泡、、冲冲蚀蚀、、溶溶解解等等作作用用加加剧剧岩岩土土体体的的失失稳稳。。岩层软硬硬相间或或有软弱弱夹层的的岩体，，在地下下水的作作用下，，软弱面面的强度度大为降降低，因因而发生生滑坍。。工程因素素75地层失水水引起的的沉降：：地层失水水引起土土层固结结而压密密，导致致地层收收缩沉降降；地层失水水使得地地层中颗颗粒的浮浮力减小小，引起起颗粒位位置的改改变而形形成沉降降；地层失水水后改变变了地层层中的渗渗透压力力，渗透透压力表表现为一一种体积积力，具具有方向向性和地地层压密密的作用用。失水引起起的沉降降表现为为非弹性性永久性性变形。。客观地讲讲，沉降降是不可可避免的的，但是是可以抑抑制的。。工程因素素不适宜的的合同环环境总包合同同方面：：招标办办法中蕴蕴含的恶恶性竞争争、挂靠靠围标、、总包合合同条款款不恰当当的转嫁嫁工程风风险等。。分包合同同方面：：挂靠围围标导致致履约主主体错位位、恶性性竞争导导致低价价中标超超低价分分包等。。事实上，，国内有有的地方方（象重重庆）已已经彻底底改变了了这种局局面。认认真研究究招投标标办法才才能解决决这一问问题。人为因素素77设计疏忽忽地质工作作不细或或不能做做细，引引起施工工指导或或施工方方案的失失误。支护设计计强度、、刚度不不够。设计与施施工脱节节，没有有根据围围岩实际际及时调调整参数数。设计时仅仅考虑初初期支护护或临时时支护完完成成环环闭合后后是安全全可靠，，但是忽忽视不管管哪种支支护型式式都不可可能一次次完成，，而是逐逐渐完成成。在未未成环闭闭合前总总是处在在不稳定定与不安安全状态态。当然设计计疏忽的的原因有有很多，，但总体体来讲，，这些因因素通过过人的工工作是可可以避免免的。人为因素素78人为因素素施工管理理不当工法选择择不当工作面封封闭不及及时支护加工工安装不不规范对地下水水的预处处理不到到位超长开挖挖导致预预支护失失效工序安排不当当，导致支护护成环时间太太长施工中地质工工作缺失，对对地质变化预预见性不强监测不及时不不系统，或对对监测资料反反应不敏感。。施工管理不当当导致沉降过过大或坍方的的例子很多，，而且表现形形式各异。79从该表中可以以看出：a、人的因素在在沉降坍方事事故中占绝大大部分；b、有些因素是是综合的，同同时有人的因因素也有物的的因素；c、不可抗力往往往在事故的的直接原因仅仅占很小的比比例。正所谓“三份天灾、七七份人祸”超前地质预报报三岔口的处理理溶蚀状况八、监控量测测规范规定11种量测项目位移量测的时时间频率结束量测时间间隧道周边允许许的相对位移移值①规范规定11种量测项目前4种必测后7种选测:地表下沉等地质和支护状状况观察周边位移拱顶下沉锚杆内力及抗抗拔力②位移量测的的时间频率1－15天16天－1月1月－3月＞3月1－2次/天1次/2天1－2次/周1－3次/月10mm以上/天10mm以上/天10mm以上/天10mm以上/天1－2次/天1次/天1次/2天1次/周0－1B1B－2B2B－5B5B规范规定方式式：位移速率控制制方式：按工作面距离离控制方式：：③结束量测时时间当围岩达到基基本稳定后,按3天1次的频率测两两周，无明显显变形，结束束。对膨胀性围岩岩，位移长期期不能收敛，，量测至速率率＜1mm/月时结束。量测时间取决决于变形收敛敛的时间（有有长有短）④隧道周边允允许的相对位位移值隧道周边任意意一点的实测测相对位移值值（或用回归归分析推算的的最终位移值值）均应小于于表列数值，，否则应调整整施工方法或或设计参数。。隧道周边允许许相对位移值值%允许相对位移移值％

＜5050—300＞300Ⅳ0.10-0.300.20-0.500.40-1.20Ⅲ0.15-0.50.40-1.200.80-2.00Ⅱ0.20-0.80.60-1.601.00-3.00注:1.相对位移值是是指实测的位位移值与两测测点间距离之之比，或拱顶顶位移与隧宽宽之比。2．脆性围岩取取小指，塑性性围岩取较大大值。3．此表可通过过资料积累进进行修正。覆盖层厚度（（m）围岩类别九、TBM和盾构机的认认识盾构机盾构法以其具具有较高的可可靠性及对周周边环境适应应性强的特点点而在国内外外地铁建设中中得到了广泛泛应用，盾构构法涉及多门门学科，专业业性强，尤其其是其施工过过程完全是工工厂化的流水水作业，机械械化、自动化化程度高，其其施工效率较较其他方法非非常明显的优优势。在国内内地铁工程中中，我国上海海市六十年代代开始