山区隧道支护施工中的安全管控措施分析

李红旗

文章结合三家村隧道工程实际，通过隧道洞身稳定性评价，分析了隧道初期支护施工工艺，并提出了隧道支护施工中的安全管控措施。

隧道支护;支护安全管控;安全管控措施

U458-A-27-094-3

0 引言

隧道施工在各项工程项目当中属于较危险的一类，是施工安全管理中重要的一个环节，因此，在施工过程中，支护施工不能马虎。本文结合三家村隧道工程实际，分析隧道支护施工中的安全管控以及实施措施。

1 工程概况

三家村隧道位于云南省保山市昌宁县境内，是昌保高速公路的重点控制性工程。洞门形式为端墙式，边仰坡均采用锚喷防护，纵坡2.3%。本隧道属越岭隧道，隧址区地质为残坡积碎石土、强-中风化变质砂岩夹片岩、中风化灰岩夹变质砂岩、中风化砾岩夹砂岩，穿越3处断层破裂带。隧道区属构造剥蚀侵蚀中山地貌单元，斜穿近南北向山体，穿越区为相对较高山峰，坡面冲沟发育，山坡地形较陡，地形起伏较大，山顶浑圆，高程在1 979.0～2 038.0 m，谷底标高为1 470.0 m，山坡自然坡度在30°～45°左右，植被相对较密。隧址区地表水不发育，仅在隧道进洞口段穿越一小型溪流，比隧道轴线标高略低6～8 m，其余地表水主要为雨季暂时性坡面片流、漫流，汇于坡面凹沟或冲沟向低洼沟谷地带排泄，其自然排泄通道顺畅。

2 隧道洞身稳定性评价

隧道穿越丘陵山脊山谷，隧道两端丘谷发育明显，自隧道向地表由坡殘积层所覆盖，以经济林木为主，包括杂树、桉树等。受到岩性特征以及强度等因素的影响，隧道洞身围岩稳定性必然会受到影响，不仅如此，地质构造复杂度、地下水活动等条件所产生的影响也比较强烈。就隧道围岩来看，其主要由残坡积碎石土及强-中风化变质砂岩所构成，极易出现坍塌情况。围岩是隧洞的主要承载物，支护结构的作用在于能够对围岩承载能力进行保护。基于静力学理论，隧道结构为圆筒结构，主要由岩体承载环和支护衬砌组成，

承载环闭合作用的发挥，能够提升围岩和衬砌的整体化，确保衬砌环的稳定性与完整性，因而初期支护为重大风险源。

3 初期支护施工工艺

3.1 施工顺序和方法

一般初期支护的施工顺序：

在测量放样之后，钻眼，安装管棚或小导管支护，注浆后开挖，及时初喷。再次测量放样后将进行拱架架设，钻锚杆眼，安装锚杆并注浆，挂钢筋网，分层喷混凝土，检验之后及时养生，方可进入下一道工序。

根据工程实际，洞口段采用小导管或管棚超前支护后再开挖，并在洞口处施作护拱。隧道暗洞均采用新奥法施工，具体方法如下：

（1）对Ⅴ级围岩段，施工开挖应先做好超前支护，隧道采用CD工法开挖，左右断面间距控制在1～2倍洞径左右，间距不宜过短或过长。

（2）对于Ⅳ级围岩段，需做好超前支护，通过微台阶弧形导坑留核心土方法的运用，保证隧道施工开挖的规范化，对上下断面间距进行严格控制，一般为1～2倍洞径尺寸。

（3）Ⅲ级围岩段施工中，可对上下断面正台阶法加以科学应用，确保上下台阶之间间距满足机具作业需求。若顶部存在破碎围岩，施工支护阶段必须要合理延长，减少施工干扰，通过拉中槽分部开挖的方式来对上台阶进行开挖。

初期支护根据设计要求采用喷锚、挂网、架立型钢拱架等方法。结合围岩稳定情况，对开挖方法进行优化，保证喷混凝土封闭与出渣顺序的合理性，一般先喷混凝土封闭再出渣，确保复喷达到设计厚度要求。

3.1.1 一般要求

软弱围岩地段施工必须坚持“重地质、管超前、短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测”的施工原则，初期支护紧跟掌子面。

喷射混凝土不得采用干喷工艺，必须采用湿喷工艺。

隧道开挖后及时初喷。硬岩地段复喷作业距离掌子面应≤50 m。

3.1.2 超前小导管施工（见图1）

小导管设计参数见图2。

材料：采用外径42 mm、厚4 mm的热轧无缝钢管，长度控制在4.5 m。钢管前端需做成锥头，尾部焊接8 mm加劲箍，便于超前小导管插入围岩内。管壁四周钻8 mm压浆孔，尾部1 m不设压浆孔。

间距：钢管环向间距为40 cm，第一层与第二层错开20 cm。

搭接长度≥1m。

外插脚：第一排15°～20°，第二排7°～10°。

注浆参数：

水泥浆液水灰比为1∶1（重量比）;

注浆压力为0.5～1.0 MPa;

注浆效果为开挖后拱部基本无渗漏水、无坍塌。

3.1.3 湿喷混凝土施工（见图3）

3.1.4 格栅、工字钢拱架施工（见图4）

工字钢拱架各单元由工字钢、连接钢板等焊接成型，接头处焊缝高度hf=7 mm。单元之间以螺栓连接，拱脚、边墙角处垫槽钢、钢板将钢架连成整体。相邻钢架间用纵向钢筋连接，环向间距为1 m，沿钢架内外侧纵向上交叉布置。

工字钢拱架在初喷约4 cm混凝土后架设，架设之后再喷混凝土，厚度≥2 cm。

施工中各钢架利用径向定位钢筋进行定位，以确保钢架的安装质量。

边墙及拱部钢架尺寸按5 cm施工误差和预留变形的一半计算，仰拱仅考虑5 cm施工误差。

钢架与初喷混凝土间务求紧密接触，空隙处采用垫块嵌紧。

工字钢钢架的连接方式是主要应用A3连接钢板和4个20螺栓进行连接。

3.2 初支安全技术准备工作

（1）6台空压机设备经特种设备检测单位按有关的国家压力容器检测的规定检测合格，并报当地质量技术监督局进行备案。

（2）挖机、装载机等特种设备操作人员、爆破员、爆破安全员、电工、电焊工等须经相关单位培训合格并持证上岗，同时应对所有员工进行三级安全教育培训。

（3）爆破方案已通过评估，炸药审批手续已办理。

（4）隧道洞顶的地表沉降、位移观察点已埋设好，施工中将按照有关设计、规范的要求对洞口周围的建筑物进行沉降、位移方面的密切观测，以便监测隧道开挖对洞口周围建筑物的影响。

3.3 初支作业安全技术措施

（1）使用压浆机之前要进行严格检查，及时试运转，确保压力正常。

（2）操作喷、压浆嘴人员必须要佩戴好防护设备，控制好喷嘴，切不可脱落伤人。

（3）喷射面5 m范围内严禁有人，为了避免伤人不可将喷头对人。

（4）若喷射作业过程中出现突然断水或断料的情况，需立即将喷头喷射面移开，不可对未终凝的混凝土面进行高压风、水冲击。

（5）高处作业阶段必须搭设牢固的脚手架，操作人员必须系牢安全带。

（6）钢拱架安装过程中，安排专门人员进行指挥，施工人员需积极配合，确保操作安全。

（7）要加强对喷层异常裂缝的观察与检查，将其作为施工危险信号并加以高度重视。

（8）钢架支撑安装过程中，必须严格遵守安全规则，吊装作业建议采用小型机具。

（9）施工人员依照规定佩戴好防护用品，方可开展喷混凝土及注浆作业。

3.4 隧道初支安全作业制度和防护措施

（1）重视控制測量

要明确控制测量复核程序，对轮廓线和隧道中线、标高控制点进行控制，保证其精确度与稳定性，使检验测量频率得到保证。在开挖过程中，必须要重视施工误差，对围岩变形进行合理预留，控制拱顶沉降等要素，优化设计轮廓线，保证尺寸合理性。一般情况下，衬砌轮廓线在设计的基础上径向加大5 cm。

（2）提升超前支护钻孔质量

对于超前支护钻孔来说，以干钻比较常见，在允许范围内，钻孔外插脚需适宜，不可过小，否则极易在孔眼后端出现土体剥落的情况。

（3）喷锚支护，避免隧道局部坍塌

隧道局部坍塌的出现，与超欠挖存在一定关系，导致这一情况的原因在于围岩地质较差，掉块、脱皮等情况的出现，会影响围岩稳定性，甚至造成局部塌方。因此塌方段应回填密实，否则极易存在质量隐患。在施工过程中必须要及时进行支护，保证支护质量达标。针对软弱土体地段，要在开挖过程中将循环进尺缩短，以避免局部塌陷。

3.5 洞内加强措施

（1）根据未失稳段的初支稳定情况着手清理洞内因塌方而涌入隧道内的土方，随即在塌方体表面喷一层厚30 cm的C25喷射混凝土防止塌方体继续涌入隧道内，起到稳定掌子面的作用。

（2）根据现场观测，洞内初支未失稳段落可继续跟进一板二衬施工。洞内塌方陷穴小里程端因拱顶覆盖层较厚，交界处形成一个较大的不稳定临空面，

是洞内初衬的危险区域，应加快二次衬砌施工的速度，必要时将衬砌台车抵近塌方区进行二衬施工，快速逼近塌方区并及时完成塌方区的锁口工作以确保洞内施工安全。

4 结语

本文针对隧道初期支护施工过程中存在的主要安全生产问题，结合施工危险源的现场实际情况，在重点施工工艺的控制上以安全管理为基础，对重点施工及危险源采取了相应的控制措施，以有效地提升隧道施工安全管理水平。

参考文献：

[1]冯俊明.隧道施工危险源辨识及其控制[J/OL].基层建设，2018（6）.

[2]隧道施工安全九条规定（安监总管二〔2014〕104号）[Z].