大断面复杂地质隧道施工全过程安全管理

辜文昱

1 引言

随着国家交通基础设施建设的持续深入，隧道施工技术的快速发展，大断面复杂地质条件的隧道建设数量与规模不断上升，如何在保证工程施工质量、进度的同时，有效保证工程建设施工的安全性，是相关行业与单位长久的研究课题。隧道施工安全管理工作需要在对工程现场实际环境与工程技术进行分析的基础上展开，除了对工程相关的人员、技术等信息进行管理之外，还要根据施工的地质、环境等信息进行风险评估与预警，全面、综合地开展施工安全管理工作，保证隧道施工的效率与质量。

2 复杂地质环境下下隧道施工面临的挑战

众所周知交通工程隧道的功能是：克服高程障碍、克服平面障碍、避开不良地质、避开其它建筑、工程等障碍，规避不良气候；优点是可以缩短道路里程、降低能耗、节约土地、保护环境，大大提高交通服务水平，对我国交通运输事业的发展有着促进作用。我国地域辽阔、地形多样的特征，使得道路施工环境复杂，隧道施工当中遇到的技术难点较多。复杂地质环境之下进行隧道工程的建设，面临的风险因素会更多，施工安全管理的难度和需求都明显增加；在针对工程环境开展综合调研探讨的前提之下，采取针对性的管理方法与技术手段相结合的方式进行安全综合管理，是提高复杂地质条件下隧道施工质量、进度的重要方法之一。

3 项目概况

攀枝花至大理高速公路（四川境）宝鼎2号隧道位于四川省攀枝花仁和区境内，设计为双洞分离式四车道高速公路隧道，左洞起止桩号：ZK14+535～ZK23+310，全长 8775m，右洞起止桩号：K14+560～K23+322，全长8762m。隧道左右洞净距为30m，隧道最大埋深646m。竖井一座，深230m，直径9.6m排风道和送风道净空面积均为16.49m2。

TJ7标段承担宝鼎2号隧道进口端的施工任务，施工里程为：左洞ZK14+535～ZK18+920，全长 4385m；右洞 K14+560～K18+940，全长 4380米。进口端左右洞岩层全部为Ⅳ、Ⅴ级围岩，Ⅳ级、Ⅴ级围岩开挖断面面积达到107.16m2与100.4m2。

本隧道为高瓦斯隧道，进口端左洞计长3.165km、右洞计长3.12km为高瓦斯地段，其余地段为瓦斯突出段，施工安全风险级别高。

隧道选址地区地质条件复杂多变、种类比较多。隧道线路东向西穿越，主要穿过区域为宝鼎背斜、大荞地背斜两大褶皱及F2、F5、F8、F9等断裂地层，极易产生冒顶、坍塌，根据钻探可知裂隙发育、断层破碎，产生涌突水和涌泥可能性大。隧道穿越场区三叠系上统大荞地组及大箐组含煤底层，其中穿越大荞地组可开采煤层12层，瓦斯聚集。

4 大断面复杂地质隧道施工全过程安全管理措施

4.1 合理规划和管控工程施工进度

基于隧道工程有工期紧、任务重的特点，施工项目经理部必须对工程进度合理规划，保证工程质量的同时按期交工。对施工质量与施工进度的掌控，一方面先需从人员、材料、施工设备及施工工艺手段等方面着手，实现资源的优化配置，同时结合施工地质环境的及时改变调整施工技术。另一方面，根据超前地质预报与监控、监测信息对工艺参数以及施工技术进行严格管理（见图1），防止施工中出现偷工减料等不良现象发生，从而保证不同地质条件的施工安全与工程质量。

图1 超前地质预报公示牌

4.2 施工安全管理方案的制定与实施

开展隧道施工安全管理工作，必须按隧道实施性施工组织设计及隧道施工安全专项方案执行实施。①施工承包单位及其项目经理部要通过实地调研分析，明确施工安全管理中的风险因素，在此基础上编制可行的隧道实施性施工组织设计，并制定隧道施工专项（安全）方案，明确工程施工的流程与安全管理制度。在工程施工中严格执行施工专项（安全）方案，在不良地质环境施工时加大施工技术严谨性与安全管理的严格性。宝鼎2号隧道根据项目特点，分别编制了爆破专项施工方案、施工通风专项方案、临时用电专项方案、煤与瓦斯突出施工专项方案及揭煤专项技术方案，按规定组织专家进行评审，报公司和监理审批后实施。②做好施工风险预估与防控工作。首先应对可能发生的地质、环境、管理、人员素质等风险因素进行分析辨识，制定相应的应急救援预案并组织演练，使务工人员明确在发生相应风险时如何应对处理。同时，还要加大对超前地质预报和监测工作的重视管控力度，将其纳入安全管理体系当中，保证地质预报的准确性、指导性。③强化安全知识培训与安全体验工作。攀大高速TJ7项目部在工地现场建设安全体验馆（图2），加大务工人员对灭火器、触电、安全帽等安全器材设备的认知与体验力度，通过实物演示与体验使施工人员能够更加直观、深刻地掌握相关安全知识与技能。

图2 攀大高速TJ7标段安全体验馆

4.3 创新教育方式，加强科技手段

通过移动式多媒体安全培训教育工具箱（图3）来开展授课、交底。多媒体工具箱当中包含着十分丰富的多媒体安全培训课程，其课程的具体内容十分全面，可以迎合项目经理部对现场务工人员开展各种形式安全培训的需求。为了能够很好的改进施工人员对于培训内容不感兴趣、课程培训不够全面的问题，将安全专家“请进来”，本项目部前后邀请了攀枝花市安全生产应急救援指挥中心、四川省煤炭设计研究院的相关专家进入到施工现场，向施工人员以及管理人员传授救护知识以及安全生产知识。通过摄像、摄影、门禁系统、监控视频以及微信群等方式，对于隧道场地开展实时的过程把控及监控。通过GPS定位，将进入洞中作业的人数进行严格的限制。

图3 移动式多媒体安全培训工具箱

4.4 加大隧道施工安全管理系统的研发应用力度

上述管理措施属于常规性的安全管理办法，能够使隧道施工安全管理工作质量得到一定程度的优化。除了常规的管理措施外，还要加大对智能化安全管理系统的建设力度，形成适合本工程的综合安全管理系统，实现全面、智能、科学的安全管理工作。针对宝鼎2号隧道的大断面复杂地质条件，建立综合安全管理系统，主要包含了多元异构、有害气体监测系统，人员进出、定位管理系统、人员/车辆门禁通道系统、LED同步显示系统、视频监控系统、通讯系统、地质预报系统、施工进度管理等模块（子系统）。

（1）多元异构系统是对系统进行统一管理的部分，通过信息交流与连接将安全管理系统与现有系统进行连接与兼容。多元异构系统（图4）是保证使用者登录、信息查询等功能的模块。

图4 宝鼎2号隧道进口端安全管控平台

（2）有害气体监测系统（图5）主要是测定气象参数、瓦斯（CH4）、CO、H2S、SO2浓度、风速、风量等参数。该系统在瓦斯隧道施工期间，成立专门的瓦斯检测队伍系统，由自动监控与人工监控系统组成，并作为施工工序管理，由现场施工负责人主管。在开挖面、二衬断面等需要进行有害气体监测的地方，安装相应有害气体监测装置，利用检测仪实现对该区域有害气体的监测，以便及时将实时气体浓度信息通知后台，做到及时防范，安全报警，保证隧道施工更加正常安全的进行。

（3）LED同步显示系统（图6）是将气体监测、门禁管理、人员定位等子系统管理成果的集中展现，是将LED大屏幕安装在隧道施工入口附近，靠近门禁房或值班室为最佳，用于实时显示隧道洞内施工人员、气体环境的信息，使管理先进化、透明化。显示的内容包括：标签号、姓名、工种、部门、进洞时间，总人数，施工进度等，使领导及监管人员不用进到隧道去，也不必查看监控室电脑就能及时解洞内施工人员情况。LED大屏幕显示系统不仅可以使用洞人各区域的施工人员信息形象、直观、一目了然的体现出来；而且，开现场交流会，可以在大屏幕上显示各种欢迎标语、宣传标语；平时可以通过大屏幕滚动提示施工人员相应的施工安全要点，在高温、霜冻等恶劣天气时可以及时进行提示。以上功能充分体现隧道施工项目部管理上的人性化、现代化、科学化。

图5 宝鼎2号隧道进口端有害气体监测系统

图6 宝鼎2号隧道进口端LED同步显示系统

（4）视频监控系统（图7）采用的是监控摄像机隧道施工现场各视频点进行24h的实时监控。对于一些关键视频点可启动视频移动侦测功能和报警功能，系统根据图像移动情况自动识别、触发，并进行录像（有预先录制机制，预录时长能提前20s以上）；同时系统将图像、声音、报警等实时数据传送到监控室电脑，管理人员可以通过本地监视、远程IE监视、WEB网页客户端等方式随意切换前端任意监控点的视频，能直观地了解和掌握施工各视频监控点的实时情况，从而达到随时随地及时准确地对其进行监管。

图7 宝鼎2号隧道进口端视频监控系统

（5）地质预报系统模块需要对工程未开挖施工的地质条件进行探析，并将地质预报信息传送至施工管理人员处，保证施工安全管理工作具有丰富、准确的地质数据基础。超前地质预报，主要的检测方式有雷达检测、超前钻探检测以及TSP地震波检测三种。宝鼎2号隧道超前地质预报，为了保证检测结果的专业性、准确性，采取承包给有资质的社会专业机构实施；根据地质条件与环境的差异性，本项目主要采取超前地质水平钻探的检测方式，必要时辅以其它的方法，确保了地质预报的预先性与准确性。

（6）施工进度管理系统需要将工程施工组织计划录入系统，同时保证施工实时进度的录入与管理，实现隧道工程施工进度的可视化显示，通过工程开挖与二衬进度子系统明确工程施工的进度。

此外根据工程特点还可配置对工程围岩和重要结构的在线监测系统。工程监测系统需要对隧道围岩信息、危险源信息等进行监测录入，为安全管理提供保证。

5 结语

综上所述，通过制定和实施施工安全管理措施、丰富施工安全教育技术手段、合理规划和管控工程施工进度、加大隧道施工安全管理系统的研发力度几点措施，能够有效优化大断面复杂地质隧道施工全过程安全管理，提升复杂地质隧道施工安全管理工作的质量，为隧道施工的安全性与稳定性提供保障。本文结合攀大高速宝鼎2号特长隧道为例探讨的大断面复杂地质隧道施工全过程安全管理措施，在内容方面还存在一定的不足与改进的地方，希望业内人士给予指正。