铁路隧道施工坍塌风险的管控措施和要求

摘 要：铁路项目施工中隧道施工安全风险相对较高，特别是地质条件复杂的隧道施工更是如此。坍塌是隧道施工中事故次数和造成人员伤亡最多的事故类型，做好坍塌安全风险管控对于保障隧道施工生产平稳进行具有重要意义。本文介绍坍塌事故原因及风险控制措施，希望能对其它隧道施工预防坍塌事故起到一定的指导、参考作用。

关键词：隧道;坍塌;风险;管控措施

铁路建设是目前国家基建投资中的重要板块。建设施工中的安全生产是关系社会稳定和民生的大事。铁路隧道施工中控制好突出的事故类型对于对于施工生产的平稳运行显得尤为重要。

有数据调查显示：2006年-2016年期间，我国隧道施工各类型事故中，隧道坍塌事故发生49次，占比55.06%，坍塌造成208人死亡，占比46.02%。无论是事故次数还是造成的人员死亡数，坍塌均是最多的事故类型，所以坍塌事故的风险管控是隧道施工安全防控的首要任务。

一、隧道施工坍塌原因

隧道施工中发生坍塌事故的主要原因有：

（一）不良地质因素，主要指黄土地层、膨胀土地层、岩爆、断层、溶洞、涌水、塌方、松散地层、高地温地层、瓦斯地层、隧道偏压等不良地质条件;

（二）设计缺陷;

（三）施工方法和措施不当。

二、坍塌风险管控措施及要求

（一）系统地进行超前地质预报，提早发现不良地质因素，以制定应对方案

施做超前地质预报应从两方面着手：一是计图纸会提供地勘确定的不良地质和水文条件，对应所在里程逐项开展;二是随着施工进展发现围岩稳定性变差或者涌水增加等，也要辅以适当的技术手段，以探明地质情况，为后续施工中是否需要变更设计，采取加强支护、超前支护以及引排水等施工措施提供相关依据。常见的超前地质预报手段一般有TSP 地质预报、地质雷达探测、红外探水、地質素描以及超前探孔等。

（二）根据施工探明的具体情况，及时修正设计

随着施工掌子面不断揭露实际地质情况及初支受力变形情况，及时判定围岩是否发生变化。围岩等级与设计不符时，应及时报业主、设计和监理单位确认，变更设计并采取加强支护等措施。

（三）采取适宜的施工方法和措施，并保证施工质量

1、开挖方法

根据洞身开挖围岩等级不同，也应选择相应的开挖掘进方法。II、III级围岩采用全断面方法施工;IV级采用上下台阶法施工，下台阶开挖时要交错开挖，禁止同时开挖;V、VI级采用三台阶七步法施工。

2、一次开挖长度（即开挖进尺）

一次开挖长度对于保障洞身开挖的施工安全具有重要意义，特别是对于软弱围岩，必须严格控制开挖进尺。隧道软弱围岩开挖时，一次开挖长度应严格执行铁建设【2010】120号《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》要求。

3、爆破施工

根据爆破方案保证钻孔数量和微差爆破雷管段数，严格控制齐爆炸药量，减少对围岩的扰动。

4、初支施工

4.1及时并按设计要求施做初期支护

初支必须于开挖后及时进行施做，特别是软弱围岩的初支，更是要及时进行，并且要满足设计要求，禁止偷工减料。常见的初支施工问题有：钢架间距过大，钢架拱脚脱空，锚杆长度不足或未注浆，喷射混凝土厚度或强度不足等。初支施工防止偷工减料是风险控制的关键点。

4.2初支稳定性检查

初支稳定性检查是指开挖作业前检查开挖台架上方、后方的初支是否存在裂缝、掉块等不稳定现象。如发现有裂缝、掉块等必须先进行原因分析，如确认是围岩沉降造成，必须先撤离人员，指派专人观察，加强监控量测，采取加强措施后方可进行作业。

5、围岩找顶

找顶一般是在开挖完成后，出渣之前，用机械（主要是挖掘机）进行找顶排险，对裸露的拱部、边墙及掌子面上可能脱落的岩石进行清除。出渣完成后，由人工进行找顶，一般针对机械找顶后遗留的或者小块岩石进行排除。

需要注意的是：必须先用机械进行找顶，再人工进行找顶;找顶后必须进行安全确认（可由经验丰富的工班长或领工员进行检查确认），合格后其他作业人员方可进入工作面作业。

6、贯通开挖

隧道贯通防止坍塌的关键在于开挖工艺以及贯通面两侧施工时的及时沟通。

6.1隧道贯通段开挖应采取短进尺，弱爆破的原则。一端掘进，另一端掘进完成的，在距离贯通面只剩下15米时，一端掘进爆破时，另一端必须设置警戒线，撤走工作人员、放置的机具、设备等，同时设专人看守，直至全部贯通，爆破作业完成后方可撤离警戒。

6.2严格控制循环进尺，Ⅲ级围岩施工一循环进尺不超过3米，Ⅳ级围岩一循环进尺一次不超过2榀拱架，Ⅴ级围岩一循环进尺一次不超过1榀拱架。

6.3炸药装药量应严格控制，采取放小炮的方式，并加强支护，减少扰动围岩。

6.4根据“强支护”的原则，开挖后初支要及时跟进，减少围岩裸露时间及形变。

6.5贯通面施工其他要求：贯通段可采用台阶法开挖。为确保开挖掘进面施工安全，当掌子面离贯通面10m以内时，可超前先打通小导洞或上断面，确定贯通段的实际厚度，并制造临空面。根据厚度和形成的临空面确定爆破方法，确定具体的钻孔深度、方向、孔底留深、堵塞长度和装药量等，采用上、下断面分次爆破。先爆破上断面，初支完成后，再爆破下断面。

（四）监控量测

施工过程中的监控量测主要监控围岩的沉降及收敛是否在允许值内，为是否需要采取加强支护等措施提供依据。监控量测控制重点主要是监控量测点的布设应根据不同围岩等级进行，同时按照规范要求的频次开展监控，且严禁数据弄虚作假。施工中应将监控量测作为一项重要工序对待，以及时掌握围岩情况。监控量测的实施也是施工技术保障安全生产的体现。

（五）安全步距控制

根据相关文件要求，仰拱至掌子面距离（即仰拱步距）、二衬至掌子面距离（即二衬步距）应按照不同围岩级别，符合下表要求：

安全步距控制的意义：控制仰拱至掌子面距离、二衬至掌子面距离是保证安全施工的一个重要措施，是隧道施工中“早封闭”原则的体现。就实际执行情况看，随着围岩等级的增加，步距要求越来越短：III级围岩步距要求容易保证，IV级围岩步距的实现稍有困难，V级围岩步距实施较为困难。软弱围岩步距实现难度在于：一是步距短造成作业台架无法远离作业面，爆破时容易损坏;二是步距控制与施工进度冲突较大。

合理地组织各项工序的施工是实现安全步距的基础，如果安全步距超标，原则上要将掌子面用喷射混凝土进行封闭，掌子面停止施工，仰拱及二衬施工立即跟进实施，步距满足要求之后，方可进行掌子面开挖施工。

三、结语

综上所述，坍塌风险在隧道的各项施工中风险等级最高，从本质安全的角度出发，隧道坍塌事故的风险控制应通过施工技术和施工质量保证，即通过及时修正设计缺陷，采取正确的开挖方法，控制爆破炸药齐爆数量和开挖进尺，保证初支施做及时及施做质量，及时准确地进行监控量测，必要时施做超前地质预报探明地质等一系列技术、质量措施，辅以步距控制等安全管理来做好安全风险的预控。

参考文献：

[1]李德武.隧道[M].北京：中国铁道出版社，2004

[2]TB 10304-2009，铁路隧道工程施工安全技术规程[S]

[3]张军伟，陈云尧，陈拓，梅志荣，刘志慧，王富磊，胡沁迪.2006—2016年我国隧道施工事故发生规律与特征分析[J]现代隧道技术， 2018， 55 （03）：10-17

[4]刘春银，刘丽配.超前地质预报在兰渝铁路龙池山隧道施工中应用[J]山西建筑， 2015， 41 （05）：148-150

作者简介：陈洋，男，1988年2月7日出生，籍贯（辽宁省开原市），工程师，研究方向安全工程。