隧道安全技术要点

隧道安全技术要点

随着道路工程建设步伐的加快，我国隧道延米数成倍地增长。同时，隧道施工安全问题也随之被提上重要议事日程上来。隧道施工安全是一个复杂的系统工程，哪一个方面、哪一个阶段、哪一个环节的工作没有做好都可能酿成事故。如何有效地确保隧道施工安全，是摆在我们单位广大隧道施工管理者和技术人员面前的一个课题。

一、开挖是隧道施工的关键环节

开挖工作是隧道施工的第一流程，开挖工作的优越与否直接影响隧道施工的安全、质量和效益。提高光面爆破，可以减少对围岩的扰动，减少应力集中，有利于自然拱的形成，便于喷砼工艺，因此，隧道施工安全的关键是开挖。

良好的光面爆破可以减少超欠挖，这样减少了欠挖处理及超挖石碴的外运量，减少衬砌时砼的回填量，而且砼衬砌厚度均匀减少了应力集中。因此，开挖也是影响隧道衬砌工作的关键。

开挖是关键，还在于开挖决定了隧道的初始几何尺寸，表明了隧道的贯通及误差，一旦开挖出了问题，其它后续工序也就失去了意义，再次施工安全就很可能得不到保

障。

爆破参数设计是光爆控制的重要环节，在综合考虑围岩状况、岩石整体性好坏、节理裂隙发育规律等多方面因素后，精确合理地设计爆破参数，降低工料消耗，提高光面爆破效果。

钻孔设备的选择对光面爆破的效果起重要作用，大岭山隧道开挖采用人工开挖的方式，因此，操作手的经验及熟练程度至关重要。很多项目在施工隧道前对操作人员进行了岗前培训，操作人员在施钻时抓住了“准、平、齐、直”的要点，同时对风枪进行了适当改进，改造了部分风枪油壶的位置，减少了钻爆形成的台阶，拱顶和边墙光面爆破均达到了很高的水准。

二、防坍是保证隧道施工安全的最重要环节

开挖中最重要的一点就是防塌。大岭山隧道施工采用传统的施工方法——钻爆法施工。隧道由于受炸药爆破震动的影响，破坏了原有岩体内部受力平衡，当施工方法不当或支护不力时，围岩就会因失稳而发生坍塌。因此，采用钻爆法施工的隧道如何防止坍方是确保隧道

施工安全和工程质量的关键。

1、坍方的地形和部位

在山区修建隧道，由于隧道穿越地区工程地质和水文地质的复杂多变，决定了山岭隧道的施工难度。下面列举容易发生塌方的地段和部位，以便遇到类似情况时能引起高度重视。

(1)容易发生塌方的地段

a.埋深较浅地段：山岭隧道埋深在200米以下时，围岩由于受到地表水侵蚀，岩层风化严重，如施工不当易发生塌方。

b.断层破碎带及断层影响带：因其围岩破碎，自稳能力差，并含有大量的填充物和地下水，如施工不当易发生塌方。

c.岩层接触带：因其岩层不同，且大多伴有小构造，如重视不够可能会发生塌方。

d.高应力地段：在软质围岩中，由于受到高地应力的影响，围岩变形较大，若支护不力极易发生坍方。

e.在高水位富水地段：岩溶呈不规律性分布，随时遇到意想不到的溶洞，若防备不及，溶洞内的填充物涌出或坍塌，也会给工程造成不利的影响。

(2)容易发生坍方的部位

a.隧道洞口：隧道洞口集埋深浅、石质较差、受力结构复杂等不利因素于一体，处理不当极易发生坍方。

b.隧道拱脚：当采用台阶法施工开挖下半断面时，若拱脚支护不力，极易造成坍方。

c.隧道墙脚：当进行检底施工时，措施不当墙脚悬空时，致使边墙失稳而发生偏帮。

d.隧道拱部：地质条件较差，拱部变形较大，支护强度不足时，易发生拱部坍塌。

e.隧道与隧道的交叉部位，即主洞与支洞交叉的部位，也就是通常所说的交叉三角区，如果处理不当，支护不力，极易发生坍方。

f.在水平岩层或近似水平岩层中，拱部易发生掉顶；在垂直岩层或近似垂直岩层中，边墙易发生偏帮。

2.防止出现坍方的预防措施

在山岭隧道施工中，如果施工方法及支护手段使用不当，不仅不能加快施工进度，而且也不能保证工程质量和施工安全，易造成坍方。为此，特别强调合适的施工方法：隧道施工过程和方法是多种多样的，目前在我们经常采用的矿山法中大致有全断面法、台阶法和分部开挖法三大类。

在当前的施工实践中，采用最多的方法是台阶法（含环形开挖预留核心土法），其次是全断面法。并不完全决定于地质条件。地质条件仅仅是选择施工方法的一个因素，而更应强调的是：施工方法必须符合快速、安全、质量及环境的要求。其中环境因素有时成为选择施工方法的决定性因素。

（1）、选择施工方法时需考虑的基本因素大体上可归纳为：

a.施工条件：实践证实，施工条件是决定施工方法的最基本因素，它包括一个施工队伍所具备的施工能力、素质以及管理水平。目前我们单位隧道施工队伍的素质和施工装备水平，有高有低，参差不齐，因此，在选择施工方法时，不能不考虑这个因素的影响。

b.围岩条件：也就是地质条件，其中包括围岩级别、地下水及不良地质现象等。围岩级别是对围岩工程性质的综合判定，对施工方法的选择起着重要的甚至决定性的作

用。

c.隧道断面积：隧道尺寸和形状，对施工方法选择也有一定的影响。目前隧道断面有向大断面方向发展的趋势，如大岭山隧道。在这种情况下，施工方法必须适应其发展。在客运专线隧道中，越来越多地采用了全断面法及台阶法；而在更大断面的隧道工程或客专隧道即将贯通时，先采用各种方法修小断面的导坑，再扩大形成全断面的施工方法极为盛行。

d.埋深：隧道埋深与围岩的初始应力场及多种因素有关，通常将埋深分为浅埋和深埋两类，有时将浅埋又分为超浅埋和浅埋两类。在同样地质条件下，由于埋深的不同，施工方法也将有很大差异。

f.工期：作为设计条件之一的施工工期，在一定程度上会影响基本施工方法的选择。因为工期决定了在均衡生产的条件下，对开挖、运输等综合生产能力的基本要求，即对施工均衡速度、机械化水平和管理模式的要求。

g.环境条件：当隧道施工对周围环境产生如爆破振动、地表下沉、噪声、地下水条件的变化等不良影响时，环境条件也应成为选择隧道施工方法的重要因素之一，在城市条件下，甚至会成为选择施工方法的决定性因素。

（2）、各种施工方法在不同围岩和隧道中适用情况

a.全断面法

适用于铁路双线隧道Ⅰ～Ⅱ级围岩地段。通常采用全断面钻孔一次起爆方法。提高光面爆破效果，可推广预留光爆层的开挖方法。

b.台阶法

适用于铁路隧道Ⅲ、Ⅳ级围岩。台阶数量和长度，要根据围岩条件而定。Ⅲ级围岩一般采用两台阶法；Ⅳ级围岩及Ⅲ级偏弱围岩，可用三台阶法。

台阶法施工的循环进尺，要根据开挖跨度和围岩类别、自稳时间严格控制，并与初期支护钢架设计间距相对应。每次以架立1～2榀钢架为宜。

上部断面开挖视围岩自稳条件，可采用一次开挖成形和环形导坑预留核心土开挖法，该法适用于铁路隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩。当围岩自稳性很差时，必须采用小导管或锚杆(注浆)等超前支护措施，土质隧道还可采用人工开槽，槽内嵌设钢架，喷混凝土预支护后再开挖的方法。

下部断面(中、下层台阶)是开挖作业的重要环节。在下部开挖中，出现过因方法欠妥，作业不慎引起初期支护失稳造成的坍方，必须引起高度重视。在开挖顺序上，宜采用先挖侧槽、左右错开向前推进的做法，不宜采用拉中槽挖马口的方法。侧槽开挖长度，靠近边墙范围应采用风钻、风镐手工开挖，人工清壁扒碴，严禁使用重型机械开挖和装碴，以免对围岩过大扰动、破坏围岩和初期支护系统的整体稳定性。

c.进洞方法

进洞施工方法要根据洞口段地形、地貌和围岩条件而定.洞口段为整体性好的Ⅰ、Ⅱ级硬岩时，路堑成型后，即可按全断面法直接进洞。浅埋、坡积、软弱的Ⅳ、Ⅴ级围岩时，宜采用台阶法进洞。一般应结合洞口路堑施工分层开挖，到达暗洞进口里程前4m左右，按

设计进行管棚超前支护，而后按台阶法施工。拱部要采用环形开挖留核心土法，下部视情况分一层或两层开挖。为确保安全顺利进洞，暗洞前4m的初期支护通常做成套拱。当暗洞掘进20米左右后，要及时施作仰拱和二次衬砌。

（3）、采用正确的支护手段和方法

除了施工方法安全合理实用外，采用合理、经济的施工支护手段也是防止隧道坍方的关键。隧道支护应根据不同的围岩级别及地质状况进行施作，对洞口存在堆积体、滑坡体、浅埋及软弱地层等不良地质隧道，可采用大管棚、小导管注浆超前支护，地表注浆加固及地面旋喷桩加固等措施。部分隧道洞口设置抗滑桩保证坡体的整体稳定，进洞后尽快施做洞门，确保进洞洞口安全；洞内软弱地层地段以锚、喷、网为主要支护手段，必要时加格栅钢架，强化支护措施，同时减少对岩体的扰动，抑制围岩过度松弛变形，确保洞内施工安全。

初期支护是主要受力结构，应按永久结构没计，且必须在其基本稳定后开始进行防水层和二次模筑衬砌，尚未稳定情况下，用模筑衬砌进行支护是不安全的，衬砌会产生开裂。若采用铺底超前、仰拱超前的模筑衬砌的方法，是有利于地层稳定的。初期支护由钢筋网、钢拱架、喷混凝上组成，钢拱架接头联结处设锁脚钢管。

二次衬砌为安全储备和承受部分流变荷载、地震力等。二次衬砌由模筑混凝土、钢筋混凝土两种型式组成。

3.施工中应注意以下问题

(1)浅埋或软弱围岩隧道正台阶施工不允许分长、中、微台阶，台阶长度为一倍洞径，第一个上台阶高度定为2.5m，有利于快速将顶部一次支护、网构钢架安装定位，有利于安全。小导管长度应为台阶高度加1m。所以，初期设置小导管长度3.5m是指台阶高度2.5m 时的情况。

(2)在任何情况下，使隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的。

(3)支护结构施工必须是初期支护从上向下施作，二次模筑衬砌必须从下向上施作。

(4)在软弱地层段隧道衬砌施工采取紧跟的原则：即衬砌施工以距掌子面不超过规范为限。仰拱超前、衬砌紧跟能围岩过度松弛变形，保证施工安全的作用更为显著。

(5)实施性施工组织设计必须把安全方案作为重要内容，从技术工艺、设备器材、作业流程、风险应对等各个方面做好预控措施。

三、必须坚持动态设计、动态施工、动态管理

必须遵循信息化反馈设计、信息化施工、信息化动态原理。设计人员必须及时修改图纸，必须尊重施工信息。必须在现场建立建设方牵头，以施工单位为主体的设计、监理动态管理小组，实现及时支护、及时封闭、及时量测、及时反馈、及时修正的隧道工程管理办法。

隧道施工中，利用先进的信息技术，及时反馈地质变化情况和支护受力变形情况，适时调整施工方法和支护手段，准备预防应急措施，避免坍方施工的发生，确保施工安全。在目前隧道施工中，一般采用超前地质预探探报技术、监控量测技术等手段预报隧道开挖前方工程地质和水文地质情况，监测支护结构受力变形情况，为设计变更及施工中采取相应的施工方法和支护手段提供依据。

必须重视隧道的综合地质超前预报，将超前地质预报作为一道工序来保证。预报方法：短期为地质钻孔，长期为地质雷达。

采用监控量测技术控制地表下沉和防塌方是最可靠的力法。监控量测是施工的核心，必须认真、快速获取结果，掌握洞身的变化特点，尤其要重视一倍洞径处的稳定性，这往往是塌方、变形的最危险时间的区段。

四、重视初期支护的施工质量

支护是安全的保证。初期支护应及时施作，早封闭，快成环，控制变形。开挖后，岩石暴露时间要控制在2～4小时以内，应先初喷4～5cm厚混凝土封闭岩面，然后安装格栅、锚杆等初期支撑，再复喷至设计厚度。在软弱地层应采用潮喷混凝土，不提倡湿喷混凝土。因湿喷工艺不过关，不能将围岩的的承载力提高，形成围岩、喷层两张皮。湿喷早期强度低，回弹量大。潮喷可以把围岩裂隙阻死，形成围岩组成的承载拱，这正是强调围岩爆破后不找顶而及时初喷的原因。

格栅钢架安装须符合设计位置，紧贴围岩，中间有空隙时，必须用喷混凝土充填密实，绝不允许填塞木柴和片石，出现“两层皮”现象。有很多隧道坍塌都是与初支背后空洞有关，这方面有血的教训，因此，施工中必须加强对此道工序的控制。两榀格栅钢架之间必

须用连接筋焊接，拱脚处要根据现场情况采用纵向托梁、锁脚钢管或扩大拱脚等措施进行加强，这是保证下步开挖安全最重要的措施，必须认真落实。钢架落底接长时应沿隧道两侧交错进行，根据围岩条件每次接长1～3榀，上下格栅钢架必须对接牢固；格栅钢架安装好后，复喷混凝土到设计厚度，保护层厚度不得小于3～4cm。

设计要求和现场地质条件选用。一定要保证锚杆方向和数量，采用砂浆锚杆时要确保注浆饱满，稠度适中，锚杆插入深度不得小于设计长度的95％；有水地段优先采用药包式、楔缝式或缝管式锚杆，端头锚固锚杆一定要保证端头锚固部分的紧固质量。尾部必须加垫板，垫板应紧固密贴围岩和格栅，以提高锚固效果。

五、浅埋暗挖隧道施工原则

1.首先应按设计采用小导管超前支护技术。

2.突出快速施工，考虑时空效应，做到5个及时：及时支护、及时封闭、及时量测、及时反馈、及时修正。

3.采用复合式衬砌结构，一次支护由喷射混凝土、钢筋网、网构钢拱架组成。钢拱架联结处将索脚锚管和钢拱架焊接，形成一次支护。

4.浅埋暗挖法18字方针是施工的原则和要点的精辟总结，即：“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”。

5.拓宽浅埋暗挖法在有水、不稳定地层中应用时，要采用以注浆堵水为主，以降水为辅的原则。采用劈裂注浆加固和堵住80％的水源，降掉20％的少量裂隙水，以达到减少地表下沉的目的。

6.选择适宜的辅助施工工法。常用的有：环形开挖留核心土；喷射混凝土封闭开挖工作面；超前锚杆或超前小导管支护；超前小导管周边注浆支护；设置上台阶临时仰拱；跟踪注浆加固地层；洞内真空泵降水、洞内超前降排水；洞外深井泵降水

等。

7.仰拱应紧跟下台阶，超前于衬砌施工。Ⅳ级以下围岩段铺底宜超前施工，以便改善运输条件，方便衬砌作业。仰拱、虚碴、积水排除干净，超挖时采用同标号混凝土或浆砌片石回填。