隧道工程施工及突发事故处理措施研究

隧道工程施工及突发事故处理措施研究　　中交第四公路工程局有限公司　　【摘要】以川西某隧道施工为实例，阐述了隧道施工的施工过程及施工中的注意事项。在实际施工经验的基础上，总结了隧道施工中的工程质量通病和包括隧道坍塌、突水、突泥和岩爆等突发事故的特点及其应对措施。　　【关键词】隧道；工程施工；工程质量通病；突?l事故　　1.工程概况　　四川省雅安至康定高速公路项目起于雅安市草坝，接乐山至雅安高速公路，设对岩枢纽互通式立交与雅安至泸沽高速公路相接后，经天全、新沟，设隧道穿越二郎山后，经泸定，瓦斯沟止于康定县城东菜园子。路线全长134km。　　本标段工程主要包括桥梁、涵洞、隧道及路基等工程，其中隧道主洞建筑限界：净宽10.25m×2。标段共有隧道9338m/6座，为分离式隧道，隧道分布特征见表1。　　2.地质背景 　　研究区位于四川盆地西缘山地，为盆地到青藏高原的过渡地带。由海拔平均4000多米的世界屋脊向东倾斜，降至500多米的四川盆地西角。区内山脉绝大多数为背斜山，与地质构造带走向一致。沿线山脉纵横，地表崎岖，地貌类型复杂多样。形态上，以山地为主，高山、中山、低山、平坝等地貌形态齐全。本标段线路海拔1315m～1420m。　　沿线地层分布主要受构造控制，低山丘陵河谷区主要地层为第三系砾岩，白垩系砾岩、砂岩，泥盆系大理岩、片岩，中元古界石英片岩、片麻岩。南阳盆地主要地层为第四系膨胀土和第三系泥岩、砂砾岩。此外发育少量构造岩类和花岗质侵入体。　　工程标段属亚热带季风山地气候，年平均气温15.1℃，降水量由东向西随高度递增，年平均降水量达1660毫米，雨季长达半年。区内地表河流为天全河，水量丰富，河内流量主要来自雨水补给，其次是地下水补给和冰雪融水补给。　　标段沿线发育滑坡、错落、崩塌、岩堆及危岩落石、溜坍、泥石流、岩溶、地震液化等不良地质现象。基本地震动峰值加速度为0.20g，相应的地震基本烈度为Ⅷ度。　　3.隧道施工过程　　3.1施工设计方案　　隧道施工主要重点关注下述方面：（1）洞门开挖，在修通施工便道后，开始洞口土石方的挖运。开挖之前，注意边、仰坡受地表水冲刷而形成塌方[1]。（2）明洞开挖，在洞口截水沟完成后进行。应密切注意开挖边坡率，并在开挖后及时进行边坡防护。之后施工仰拱、边墙基础，整体灌筑拱墙。验证明洞砼是否达到设计强度，再进行防水层和明洞回填。（3）洞身开挖，依据围岩特点，不同等级的围岩采用相应的开挖方式。如，Ⅴ级围岩及围岩浅埋段采用留核心土环形遵循、Ⅳ级围岩采用台阶法和Ⅲ 级围岩采用全断面进行开挖。开挖期间务必保证洞内通风正常，应用轴流风机供风，吐浊纳新。（4）支护，包括超前和初期支护。洞口段利用双层小导管进行加固，超前支护采用φ42超前小导管，初期支护采用和φ22药卷锚杆等。支护过程重点注意大管棚、Φ42注浆小导管、型钢拱架、φ25/Φ22药卷锚杆、钢筋网和喷射砼的施工。（5）防水层施工，隧道拱墙上添加防水板和无纺土工布进行防水，二者在盲沟施工完且二衬施工之前完成铺设。防水板放置于11号铁丝上，防水卷材的铺挂工艺采用热风双焊缝铺挂。（6）衬砌砼由两个集中拌和站供应，施工过程注意按配合比配料，其顺序遵循先仰拱和拱墙整体的灌注，再电缆槽和水沟施工。（7）防排水，其施工原则是排水为主，兼以防水、堵水和截水等，以期达到洞内排水通畅。进行纵横向排水盲管施工，设置洞内排水沟。（8）洞内路面施工，采用机械摊铺进行隧道水泥砼路面施工。（9）隧道监控量测，是施工质量和施工进度的保证，需完成包括测点埋设、日常量测和数据处理等工作，并将量测信息及时反馈于施工。（10）地质超前预报，鉴于隧道工程地质及水文地质条件的复杂性，在施工中采取隧道地震探测仪和地质雷达等手段进行超前地质预报，为探明区内不良地质现象，以确保施工安全。　　3.2施工技术措施 　　根据标段隧道围岩地质条件较差的特点，以确保隧道施工质量为目的，采取如下技术措施：（1）进洞施工，将洞口的截、排水设施，洞顶沟、坑等凹处进行夯实填平等工作，在进洞施工之前完成。开挖顺序为先洞口边及仰坡开挖，再洞内。（2）洞口浅埋段应用超前小导管进行注浆，开挖进尺需严格控制，减少爆破、扰动强度和爆破振动，并及时进行初期支护，减少围岩暴露时间。在一些地方，出现地下水高于路肩标高的情况，设降水井和集水坑，并设置泵站梯级将之抽排出洞。（3）洞身开挖，在地质不良现象地段遵循“短进尺、弱爆破、强支护”的施工原则，对装药量进行严格控制、改用机械和人工开挖，适当预留沉降量。（4）洞身施工，重点是超前小导管、钢架、钢筋网和喷混凝土的施工。超前小导管设置前后两排，长度应大于1m；钢架安放时应垂直于隧道中线，倾斜度偏差不大于2°；钢筋网采用焊接的搭接方式，搭接长度为1～2个网格；采用分层分层喷射混凝土，每次喷射混凝土厚度的不小于40mm，湿润养护工作在凝土终凝2小时后进行。（5）衬砌施工，以隧道断面尺寸为基准，混凝土衬砌施工以保证衬砌厚度为原则。3.3工程质量的通病　　通过标段隧道施工，结合前人的工作经验[2、3]，本文总结了隧道工程质量常见的通病，并对其相应的预防措施进行归纳（表2）。　　表2隧道工程质量通病及预防措施表　　序号质量通病预防措施　　1隧道拱背回填不实在出现超挖坍塌时，严格按规范和验标要求办理，拱脚以上1m范围内的超挖，必须用与拱圈同等级混凝土一次回填；其余部分，超挖在允许范围内可用与衬砌同样材料回填，超挖大于规定时可用片石混凝土或浆砌片石回填；　　回填后，必须经质量员检查合格后，方可进行下道工序。　　2隧道排水沟、电缆槽不平直采用成熟的型钢模板体系施工方法，每倒用一次都要进行整修；　　放样点宜5m一个，模板纵向接缝处要重点检查标高，加强支撑，防止跑模；　　捣固密实，顶面抹面要设专人负责； 　　不得提前拆模，以防拆模造成棱角破坏。　　3隧道渗漏水按设计要求施工防排水设施，灌注混凝土时保证防排水设施位置正确，牢固、不破损；　　洞身施工防水层前先进行支护表面修整处理，防止防水层被戳破；　　采用防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理的原则；　　衬砌混凝土要捣固密实，加强结构自防水；　　按规范安装止水条、止水带采用钢筋卡定位和固定，按设计埋设排水盲沟；　　提高混凝土的抗渗性。　　4边墙施工缝接触面处混凝土不密实设计断面预制端头板，立模要牢固并充分湿润模板；　　加强捣固，拐角处一定要振捣密实；　　木工现场值班，发现跑模，立即纠正。　　3.突发事故及应对措施　　隧道施工过程中，由于发生突发地质灾害事件和存在各种工程质量通病（表2），致使隧道本身及其施工作业处于突发事件的威胁中，下面从隧道坍塌、突水、突泥和岩爆等几个方面进行分析，并提出相应的应对措施。　　隧道坍塌，施工现场主要表现在：（1）围岩量测结果显示，围岩的变形速度急剧加快；（2）围岩面岩块不断剥离坠落；（3）支护喷混凝土的表面出现龟裂、裂缝或脱皮掉块；（4）钢架发生严重变形；（5）掌子面围岩裂隙中渗水量或涌水量显著加大。出现上述状况，施工人员务必迅速撤离现场。具体应对措施包括：（1）?μ ?塌情况随时进行观察、监测和记录；（2）于坍塌后方设置拱线和边墙横向支撑，必要时可在拱部设伞形支撑；（3）综合分析，查找坍塌原因，实施加固，排除险情。　　隧道突水事故，主要是掌子面施工时突然涌出的大量水流。其应对措施包括：（1）施工人员需配备救生衣；（2）以人为本，先撤离施工人员，切断电源；（3）积极进行抽水排水作业，洞内水泵不能满足抽水需要时，及时启用洞外抽水设备；（4）积水面下降后，应对浸泡段和隧道初期支护进行检查，并对有裂纹和松动的壁墙及时进行处理。　　隧道突泥事故，应对措施包括：（1）做好突泥事故的预防工作，一旦突泥事故发生，立即撤离掌子面施工人员；（2）待突泥能量释放后，组织抢险人员进洞抢救。应用钢筋、钢管和型钢作为骨架，利用草袋、坑木封堵缺口，最后利用喷射混凝土将突泥口封闭，并加固周围洞身；（3）设置安全监控测量点，密切注意围岩的收敛变化情况。　　隧道岩爆事故，应对措施主要有：（1）首先进行找顶工作，一切以岩爆部位找顶为前提；（2）对岩爆部位的支护进行加强，必须遵循先打安全锚杆（必要时可以挂网），并根据实际情况进行喷浆封闭，之后再进行开挖作业；（3）锚杆安装完成后，再于在锚杆之间钻适量的空眼，以达到减小岩爆二次发生的机率的目的；（4）施工人员树立良好的安全意识，做好及时撤离的准备；（5）在岩爆重灾区，应在最短的时间内对围岩进行锚喷网支护。　　参考文献：　　[1]中华人民共和国交通部.公路工程施工技术规范（JTJ032-94）.人民交通出版社，2004. 　　[2]交通运输部工程质量监督局.公路隧道工程质量通病防治手册[M].人民交通出版社，2004.　　[3]中华人民共和国交通部.公路桥涵施工技术规范（JTG/TF50-2011）.人民交通出版社，2011.　　作者简介：　　白英利，1975年8月生，男，吉林松原，本科毕业，工程师，公路、市政、铁路土建施工中交第四公路工程局有限公司。