浅谈TBM隧洞施工主要环境危险因素分析及防治措施

申选龙　韩小亮　康麟霏

【摘要】本文根据地下工程施工环境的特殊性，对TBM隧洞施工潜在的环境危险因素进行了综合分析，并提出了相应的防治措施。

【关键词】施工环境；危险因素；TBM；防治措施

随着国家和企业对隧洞施工安全重视程度的不断提升，安全投入的逐渐加大，隧洞施工安全设施的不断完善，隧洞施工安全生产事故也得到了有效控制。但部分企业对隧洞内环境危险因素的分析及防治工作还存在很多不足，为减少因隧洞施工环境危险因素而引发的安全生产事故，确保隧洞内施工人员和机械设备的安全，因此，加强TBM隧洞施工环境危险因素的分析与防治工作也势在必行。

一、主要环境危险因素分析

1、岩爆

在无不良地质结构面存在，隧洞埋深较深且地下水不发育的洞段（岩石完整性好，岩石性脆坚硬），当TBM掘进机通过时，围岩本身的应力受到破坏，应力开始从新分布，并会产生应力集中现象，当集中应力超过岩石的强度时，会发生岩爆。岩爆发生时伴有巨大的声响，同时从岩石表面会弹射出片状碎石，弹射出的片状碎石含有很大的能量，对施工作业人员存在物体打击的安全隐患。

2、粉尘、振动及噪声

（1）TBM掘进机开挖过程中刀盘转动并不断切割前方掌子面岩石，产生大量的石渣及粉尘；当粉尘超限时，在此环境长时间作业会对施工作业人员造成职业伤害；

（2）TBM掘进机向前推进时受到前方掌子面岩石的反作用力，造成TBM主梁及1#连接桥强烈振动并伴有很大的机器噪声，施工人员长期再此环境下施工，可能会造成噪声聋及手臂振动病职业伤害。

3、塌方

（1）当TBM掘进机通过断层及破碎带等地段時，开挖后，潜在应力释放快，会造成围岩失稳，小则引起围岩掉块，大则引起塌方；

（2）当TBM掘进机通过各种堆积体时，由于结构松散，颗粒间无胶结或胶结差，开挖后，会引起塌方；

（3）当TBM掘进机通过泥质充填物过多的岩石时，易产生塌方；

（4）当TBM掘进机通过地层隧洞埋深较浅地段时，易发生塌方；

（5）当TBM掘进机通过地下水发达地段及长时间受地下水浸泡过的岩石，在地下水的长期浸泡下，软弱面的强度会大为降低，开挖后，会加剧岩体的失稳和坍落。

4、易燃易爆及有毒有害性气体

TBM掘进机开挖遇煤层、油页岩及沥青等岩石时，开挖后，在地应力的作用下可能会有CH4、H2S、SO2、CO等易燃易爆及有毒有害性气体从围岩缝隙中释放和溢出，当达易燃易爆及有毒有害性气体达到一定浓度时可能会发生爆炸或引起中毒，可能造成群死群伤的安全事故发生。

二、防治措施

1、针对岩爆的防治措施

（1）通常岩爆发生前岩石中会发出细微的清脆声，在听到岩石中有清脆的声音发出时，应及时撤离该区域施工人员。通过观察、检测确定岩爆发生区域岩石情况稳定后，在保证施工人员安全防护到位的情况下，可采取打锚杆+挂钢筋网片+喷塑混凝土的安全防护措施；从而避免或减轻岩爆；

（2）当岩石完整性较好时，为预防岩爆发生，通过设备上的锚杆转机钻孔并向孔内注水来破坏岩体的完整性，降低应力集中程度；

（3）可向掌子面及距掌子面20m的范围内的岩石表面喷水，保持岩体表面潮湿，从而降低岩爆发生的概率。

2、针对粉尘、震动及噪声超限的防治措施

（1）所有进入隧洞内的施工人员必须佩戴防尘过滤口罩，在强震动、噪声大的施工区域，应为施工人员佩戴振动手套、耳塞等劳动保护用品，避免因劳动保护不到位而造成职业伤害；

（2）加强设备改造，在TBM掘进机刀盘及传送皮带出渣位置增设降尘喷水装置，降低灰尘的扩散，以确保不出现粉尘聚集现象；

（3）在TBM掘进机上使用除尘风机将隧洞空气中的灰尘经过滤后排放，除尘风机的设置会很大程度上的降低了空气中的灰尘；起到了良好的降尘效果；

（4）在隧洞内长期工作的施工人员，必须定期进行职业健康检查。

3、针对不良地质的防治措施

（1）采用超前地质预测预报设施，对隧洞前方地质情况做出判断与预测，通过判断前方为不良地质时，可采用超前注浆改善地质条件，提高岩石的整体性，发挥超前支护的作用，防止塌方。

（2）根据TBM操作室数据显示屏上的刀盘贯入度来分析前方地质情况，刀盘的贯入度越大表明岩石越软，完整性越差，在此情况下，可提前采用钢拱架+钢筋排+喷素混凝土来进行支护，防止塌方。

（3）通过检查岩石缝隙中是否含有泥质来分析岩石的稳定性，当含有的泥质较多时，可采取锚杆+挂钢筋网+喷素混凝土进行支护，防止因后期渗水造成围岩掉块或塌方。

（4）根据传送皮带上石渣的大小来分析前方岩石的稳定性，传送出的石渣体积越大岩石的稳定性越差。如确定前方岩石不好时，可提前采用钢拱架+钢筋排+喷素混凝土来进行支护，防止塌方。

4、针对易燃易爆及有毒有害性气体的防治措施

（1）在TBM掘进机机头架、连接桥、后配套等关键部位设置CH4、H2S、CO2、CO等气体检测仪并链接警报设施，用来检测隧洞内易燃易爆及有毒有害性气体浓度，当易燃易爆及有毒有害性气体浓度超过限定浓度时，检测仪链接的警报设施就会发出警报声，提醒施工人员易燃易爆及有毒有害性气体超限应及时撤离，避免易燃易爆及有毒有害性气体对施工人员造成伤害；

（2）当TBM掘进机通过含有气体的源岩和岩体时，应及时的向开挖后的围岩表面喷射素混凝土，用来封闭围岩缝隙，从而降低气体的释放和溢出；

（3）增加隧洞通风风机的风压，增加向洞内输送新鲜空气，同时加快洞内空气的流动性，并将易燃易爆及有毒有害性气体压出洞外，从而降低隧洞内易燃易爆及有毒有害性气体浓度，防止因易燃易爆及有毒有害性气体浓度过高对施工人员造成伤害。

三、结语

随着地下工程建设不断增多，我们在今后的隧洞施工过程中将面临地质构造更加复杂的状况。因此，我们要做到落实安全责任，强化安全管理，完善安全措施；要做到全面分析隧洞施工环境危险因素；要做到施工安全防护到位。为隧洞施工人员创造一个安全的工作环境，从而保障施工人员人身安全。

参考文献

[1]唐鹏，张志.隧道工程技术[M].北京：中国水利水电出版社，2013.

[2]白万山等.长大深埋隧洞勘测技术研究与实践[M].郑州：黄河水利出版社，2013.