土洞施工安全现状与对策分析

李宝国

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 土洞施工安全现状

1.1 土洞施工简述

地下隧洞工程施工中，围岩坚实系数一般在0.5～4.0之间，包括松软土、普通土、坚土、砂砾坚土和软石在内的地下暗挖工程，称为土洞施工。

按照施工方法的不同，可分为盾构法土洞施工和喷锚暗挖法土洞施工。盾构法土洞施工是利用开挖面土压（水压）平衡原理，依靠盾构壳体防止围岩的土砂坍塌进行开挖、推进，并在盾尾进行衬砌作业从而修建隧洞的施工方法。该方法仅有盾构推进、出土、拼装衬砌和回填灌浆等工序循环进行，施工相对简单，易于管理，安全生产状况相对稳定。喷锚暗挖法土洞施工主要针对松散不稳定的土层和软弱破碎带，其工艺流程一般包括地层预加固和预支护、隧洞土方开挖与支护、一次衬砌（喷锚支护）、二次衬砌（混凝土衬砌）和监控量测等，严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”原则进行的隧洞设计与施工。

1.2 存在问题

在调查土洞工程施工项目中，普遍存在以下问题：一是工程项目实施过程没有严格按照《建设工程安全生产管理条例》的规定编制或审批安全专项施工方案；二是开挖面的围岩大多采取小导管超前支护及围岩灌浆的预加固措施，但对该工序的过程控制不够严格；三是大多项目对隧洞没有进行动态监控量测；四是多数土洞工程项目未严格执行开挖与衬砌同步进行的设计要求；五是由于未及时进行二次混凝土衬砌，隧洞底板土层受地应力的作用而向上隆起，造成一次支护的钢拱架底拱失稳，从而引起隧洞侧顶拱围岩产生位移，最终导致隧洞塌方事故。

2 原因分析

一是参建各方安全意识不强或对安全知识了解不全面，导致国家相关安全规定的执行情况大打折扣。二是部分行业预算定额严重滞后于建筑市场的价格水平，而承包商为了生存不得不亏本经营，一些类似于监控量测不能产出实物工程量的工作，常处于被动局面。三是为避免工序交叉，减少干扰，可能会在保证工程质量的前提下，选择不当的技术方案，不按国家强制标准和设计要求执行。例如：衬砌与开挖不同步施工，没有采取措施及时预防土洞底部隆起，消除侧顶拱变形坍塌的安全隐患，未能有效控制伤亡事故的发生。

3 应对措施

3.1 加强安全管理

安全管理是一个涉及参建各方的系统化工程，施工前建议由项目法人牵头，召集设计、监理、施工等单位，结合工程实际情况有针对性地进行全面安全培训教育。通过教育培训，提高参建各方的素质水平。同时制定切实可行的安全管理方案，并在施工过程中加强监管，严格执行。

3.2 合理估算工程造价

目前，施工单位大多数是通过激烈的市场竞争来获得施工任务的。施工单位在项目招投标阶段往往参考行业预算定额进行投标报价，参与市场竞标。由于一般情况下行业预算定额已落后于市场价格，加上施工单位经常会选择低价中标，施工单位在建筑市场上往往处于弱势地位，合同条款中还会约定许多不利于施工单位的限制性条款，让施工单位来承担工程实施过程中可能出现的风险。

鉴于上述情况，建议项目法人以工程质量与人员安全为根本出发点，尊重市场客观规律，合同的签订与执行尽可能做到公平合理。让施工单位能获取一定数量的经济利益，确保在工程实施过程中安全费用的足额投入。

3.3 合理选择施工工艺

土洞段或砂砾石洞段的开挖，由于地质构造松散，不能采用爆破的施工方法，如果不能使用盾构法施工，只能采用人工配合小机具（如风镐）的施工方法开挖，此类隧洞开挖关键是超前支护、边挖边喷锚支护，并及时进行二次混凝土衬砌施工。

3.3.1 洞脸边坡加固处理

土洞开挖施工首先应在洞脸边坡外侧修筑浆砌块石截排水沟，并作为永久性的排水设施，尽可能减少地表水对洞脸边坡的侵蚀破坏作用。然后进行洞脸开挖，最后对洞脸土边坡进行挂网锚喷施工，锚杆采用普通砂浆全长粘结式锚杆，钢筋网规格为直径6.5~8 mm，间距20 cm×20 cm，喷射混凝土采用C25混凝土。

3.3.2 洞口加固施工

洞口加固一般采用注浆小导管超前加固和明拱加固方式。

注浆小导管加固施工：首先在隧洞开挖边线外布设1～2排注浆小导管，作为进洞施工超前支护使用，并与明拱钢筋相焊连，然后对小导管进行注浆。

明拱加固施工：一般在洞口浇筑一定长度（3~5 m）的混凝土明拱，结合注浆小导管稳固洞脸，增强洞脸土坡自身支撑能力，提高掌子面和拱顶的稳定性，为顺利进洞创造有利条件。明拱一般采用全断面钢筋混凝土衬砌，也可采用钢拱架配合钢筋网喷射混凝土施工。明拱施工完成后，将明拱与边坡相接处用喷射混凝土填筑密实。

3.3.3 土洞开挖施工

土洞开挖循环进尺控制在0.8～1.0 m之间。施工中根据实际情况优化调整施工参数，力求使施工进度和支护效果维持在最佳状态。

土洞开挖视断面大小，一般采用全断面开挖或导洞式开挖方式。全断面开挖时应在第一个循环开挖结束后，立即喷2~5 cm厚的混凝土封闭洞身岩面，作为临时支护；然后立即进行系统锚杆和钢拱架支护，并铺设钢筋网；再进行超前锚杆（或小导管）施工；最后进行喷射混凝土施工。施工中必须注意将钢拱架与初喷混凝土面之间的间隙喷射饱满并达到密实。依次进行下一循环施工。

3.3.4 土洞二次衬砌施工

首先应根据隧洞洞径的大小，设计侧顶拱衬砌台车，设计时台车下方要尽可能留下较大的通行空间；其次依据衬砌台车下部通行空间的大小选择开挖渣土的运输工具；然后在开挖掌子面与侧顶拱衬砌台车之间，设计一座适当的移动式钢结构栈桥。栈桥的长度以两个衬砌单元的长度再加上2 m左右为宜。这样就可以做到开挖与衬砌同步进行，不仅减少了土洞塌方风险，而且能节约工期、减少施工管理费，达到既保证施工安全又提高经济效益的目的。

3.4 土洞施工预防塌方措施

3.4.1 塌方原因分析

造成土洞塌方的原因主要有以下方面：一是土质围岩自稳时间短，来不及完成喷锚支护会不同程度的引起塌方；二是一次支护掘进时上下导洞掌子面相距较长，违反施工方案要求时会形成塌方现象，即一次支护掘进上下导洞距离拉得太长；三是初喷混凝土终凝时间过长，造成塌方。

3.4.2 塌方处理

对塌方量不大的部位，钢拱架内缘装钢模支撑，用湿喷法对塌方部位喷注混凝土；如塌落体高0.5 m以上，需预埋“灌浆管”，并在钢拱架外缘加装适量型钢作为纵向水平支撑。喷注混凝土达7 d以上龄期强度后进行缝隙灌浆。塌方体高度较高时，一般采用超前小管棚结合钢拱架支撑的方法逐步通过。

3.4.3 塌方事故预防措施

塌方事故的预防措施可采取缩短钢拱架间距或根据地质条件变化情况决定；避免上下导洞开挖掌子面相距过长，严格按既定的施工方案施工；加密超前锚杆（或小导管），环向间距可根据围岩情况缩小至0.3 m；在开挖轮廓面形成后迅速初喷2～5 cm厚的薄层混凝土，可稍微改善拱顶的自稳状况；喷混凝土材料中速凝剂的选用一定要满足工程要求，尽量缩短混凝土的终凝时间；采用上述控制措施可控制大的塌方现象的出现，减少一般塌方事故的发生。