岩溶地段隧道施工安全管理关键措施研究

杨刚YANG Gang

（北京铁城建设监理有限责任公司，北京 100855）

0 引言

岩溶地段施工过程中出现的坍塌事故、地下水蔓延事故，均会对施工人员造成较大的安全隐患[1]。隧道施工过程，溶洞的实际情况很难掌握。一般情况下，溶洞大小、围岩是否稳定、洞内含水情况、填充物多少等问题，均需要进行充分判定[2]。针对溶洞空穴较大的问题，予以注浆加固处理；针对溶洞空穴较小的问题，予以回填夯实处理；针对围岩不稳的问题，予以围岩支护处理；针对地下水较多的问题，予以疏排水处理；针对填充物较小的问题，予以清除填充物再注浆加固处理；针对填充物较大的问题，予以直接注浆加固处理。

隧道施工过程中，掘进断层、碎裂等问题的危险性较大，掌子面无法了解全部地貌的情况下，隧道施工存在“睁眼瞎”的问题。除了岩溶地段本身存在的问题之外，隧道开挖之后，特殊岩体存在变形、沉降等情况，同样影响隧道施工安全[3]。当溶洞较大较深时，无法采用封堵填充等方式，普遍采用加固处理，保证施工安全性[4]。在岩溶地段进行隧道施工的过程中，施工人员可能会存在意识偏差，对围岩顶部处理敷衍了事，也是危害到施工人员安全的关键问题。针对以上问题，本文研究了岩溶地段隧道施工安全管理关键措施这一课题，为隧道施工安全性提供保障。

1 岩溶地段隧道施工现状

在进行岩溶地段隧道施工的过程中，施工人员将岩溶分成了洞穴形态、裂隙形态、管道形态等部分[5]。按照岩溶内部水量特点，分为水文形态、稳定形态、突发形态等三个部分。施工过程中钻探得到溶洞大小，主要采用填充、注浆等方式进行处理。处理情况如图1 所示。

如图1 所示，（a）为未经过注浆加固的溶洞，存在填充物，洞中空余部分较大。（b）为已经注浆加固的溶洞，洞中空余部分均被注浆填充，能够保证溶洞的稳定性与坚固性。岩溶地段施工过程中，施工人员将注意力投向了溶洞填充部分，对岩溶水的关注度不高，导致施工过程中出现较多的安全事故[6]。针对岩溶地段的地下水问题，主要采用疏、堵、排相结合的方式。在处理过程中以减少地下水的流失为主要目的。受到实际溶洞环境的影响，地下水大多数进行了堵与排的处理，能够减少地下水的处理工期。此种方式，很容易破坏地下生态平衡，在施工过程中出现较大的安全隐患。

2 安全管理关键要点

在施工过程中，需要对岩溶地段的地质条件与水文条件进行充分地探查，再根据实际溶洞环境，制定出施工方案。针对施工中可能存在的隐患，提前防治与准备[7]。对于复杂的地质条件，超前小导管需提前制作，掌子面的测点与测线方案提前制定。同时，将隧道支护进行参数设计，如表1 所示。

表1 隧道施工支护设计参数表

如表1 所示，C25 早强喷砼、Ф25 中空锚杆、Ф8 钢筋网、120a 工字钢架、C25 混凝土、C25 钢筋砼、超前支护等项目需要提前准备，根据现场实际情况更换相关项目。例如，较长的隧道施工中，C25 早强喷砼可以更换为C30 及以上的喷砼，其他项目均按照实际情况进行更换，确保隧道施工的安全性。

3 岩溶地段隧道施工安全管理关键措施

3.1 明确岩溶地段施工安全管理目标

在进行隧道施工之前，务必执行安全检查标准，制定出合理的安全控制措施，将突泥、突水、坍塌等风险扼杀在摇篮中。同时，组织施工人员成立一个安全小组，组长为经验最为丰富的施工人员[8]。主要项目小组结构为1 名整体把控组长，1 名协助组长进行安全管理的副组长，1 名施工总工程师，1 名测量队长。再结合工管部、质管部、物料部、试验部、综合部等安全管理内容，建立一个合理的安全质量监管制度。安全质量监管的任务落实到每一个工人头上，严防施工安全隐患。

3.2 强化施工物资设备的安全管理

在施工准备等物资工作中，物资需要合规合法，并在物资储备基地进行统一收发。在物资采购过程中，建立一个统一责任制，由物料部进行采买，采买的物资在进入基地时，将合格证与检验证进行统一检查。物资进入基地之后，随机抽取多个样品进行重复检验，合格率超过99%，才能投入使用[9]。在大型机械使用之前，需要进行定期保养与维护，使用时再进行一次检查，保证机械能够安全使用。在施工过程中，重大机械的使用、归还均需要报备，使用时间、使用人、使用次数均填在管理表中，保证安全责任落在个人头上，进一步提高设备使用安全性。

3.3 加强隧道施工的基础用电安全保障

除了安全管理目标与物资安全管理之外，施工用电管理至关重要。在施工现场严格执行配电要求，所有用电设备均要求用完即关闭的制度。同时，现场采用科学用电的方式，严禁接入漏电保护装置。在总配电箱与开关箱之间必须设置保护装置。除此之外，在施工现场还需要建立用电检查机制，电力维修、机械维修等维修人员需要“持证上岗”，对于出现过重大失误的维修人员予以证件吊销处理。并对相关施工人员进行紧急事故演练，避免事故发生时不知所措，对于提升事故逃生率具有重要作用。同时，在隧道中布置多个紧急照明灯，避免出现事故时漆黑一片，无法逃生的现象发生，最大程度上提高隧道施工的安全质量。

3.4 隧道施工突发事件预防与处理

在岩溶地段隧道可能发生突泥、突水、坍塌等事故，因此，考虑到安全风险因素，在岩溶地段隧道施工前，选择合理、科学的顶部空溶洞隧道支护结构，或者根据实际情况优化支护结构，如锚杆系统设置在溶洞处围岩内，陶粒混凝土层设在隧道的溶洞内，陶粒混凝土层中设有锚杆联结钢筋网，锚杆联结钢筋网固定在锚杆系统上，陶粒混凝土层的内侧设有普通混凝土层，普通混凝土层的内侧设有钢拱架联结钢筋网，钢拱架联结钢筋网内侧设有钢拱架，该结构简单，施工方便，并且有效减轻拱顶围岩压力，减少拱顶下沉。上述描述了事故的预防措施，但是如果压力等参数超过隧道承载的极限值，隧道施工过程仍有可能发生突泥、突水等事故，因此，在遇到突泥、突水、坍塌等事故时如何高效快速地处理事故也是安全管理的重要组成部分。突泥、突水是岩溶地段隧道施工常见的突发事故，以此为例说明应对措施，从防排水、涌水涌泥的应急处置、人员撤离、应急救援4 方面应对突发事件，其中防排水是在隧道内构建足够大的积水区，按最大涌水量设计泵站，另外设计两条排水线路，保障泵站可以连续作业；涌水涌泥的应急处置是在隧道的重要部位和关键路口设置可移动的挡水墙，阻拦水和泥等；人员撤离是在施工前设计撤离路线和撤离方案，施工人员安全培训合格后上岗，并且在施工期间定期开展撤离演习；应急救援是在施工前制定应急处理方案，在事故发生后，施工人员按照撤离方案撤离或者进入救护通道，在应急人员施救并且安全离开后，关闭挡水墙，避免事故的进一步蔓延。

4 实例分析

4.1 工程概况

为了验证本文分析的关键措施是否具有实用价值，本文以X 工程为例，使用本文设计的安全管理措施，进行管理效果分析。X 工程是高速铁路修建的重要路段，铁路主线全长约180.423km，共存在16 座隧道，单洞总长约26532m。X 工程所处区域地质构造较为复杂，地层以灰岩为主，是典型的岩溶地段。该地区大部分岩溶发育完善，路旁随处可见各种天然溶洞。本次工程在岩溶地段进行隧道施工，全长约900m。施工从隧道出口端进洞，出口段地形坡度较缓，地层产状170°∠42°，岩层裂隙发育完善。在施工之前，本工程对隧道下方情况进行雷达测试，判断施工区域的溶洞发育情况，测点测线布置情况如图2 所示。

如图2 所示，工程主要使用掌子面测试，配备天线为50MHz 与250MHz，采样频率为5～8 倍的天线频率，叠加次数为512。由于掌子面不够平整，本文将测线的间隔布置为2m，每条测线上存在5 个测点，测点之间的间距为40cm，以此保证测点与测线之间的稳定测试关系。测试回传的反射频谱如图3 所示。

如图3 所示，反射波频谱图特性，判定溶洞内填充物的含水量。其中，深度波动范围较大的区域，说明此段溶洞的填充物分布不均匀，可能为可塑～软塑粘性土，溶腔较大。本文在进行隧道施工之前，针对溶洞段的实际地质特征，进行注浆加固处理。开挖至YK47+463 时，进行了钻探作业，发现在YK47+452 处存在粘性土，将注浆材料放在小导管中进行注浆，小导管的长度为：

式（1）中，L 为小导管长度；h 为围岩高度；ϕx为围岩的坍塌角度。施工过程中，小导管的长度控制在3.0m～5.5m 之间，根据围岩实际情况进行增加或删减，保证小导管起到应用的支撑作用。浆液注入速度为5L/min ～10L/min，注浆压力控制在1.5MPa 左右，注浆压力超出1.5MPa 时，立即停止注浆，稳定10min 之后重新注浆，如果注浆压力仍然超过1.5MPa，则结束本次注浆。在整个隧道施工过程中，施工安全质量指标计算公式如下：

式（2）中，δk为施工安全质量指标；S 为出现施工事故的次数；V 为施工周期；t 为施工事故排除时间。施工过程中，安全质量指标越高，施工安全管理水平越高，超过90%，即可保证施工安全。

在隧道施工的关键部分安装挡水墙，挡水墙安装如图4 所示。

4.2 应用结果

在上述施工条件下，本文随机选取出多个施工段，编号为YK47+452～YK47+366。一般情况下，施工段的安全质量指标在90%以上，施工安全管理水平更佳。本次工程在支护间距、支护沉降情况等条件均一致的情况下，对施工段的安全质量进行分析。应用结果如表2 所示。

如表2 所示，本文随机选取了8 个隧道施工段，编号为YK47+452～YK47+366，每个施工段的地质条件不同，超前支护的布置间距在30cm～65cm 的范围内变化。支护沉降量要求在2.0mm～5.5mm 的范围内变化，而施工结束之后，支护的沉降量在1.2mm～3.5mm 的范围内变化。也就是说，隧道施工的整体质量较高。在本文随机选取出的几段施工段中，安装质量指标始终在98%以上，出现安全事故较少，安全管理水平较高。类似机械故障等小事故也能够快速排除，在有效的工期内完成施工，安全效果更佳，符合本文研究目的。

表2 应用结果

5 结束语

近些年来，隧道工程增多，受到环境条件复杂等因素的影响，使隧道工程施工安全性难以保障。因此，本文研究了岩溶地段隧道施工安全管理关键措施这一课题。从施工安全管理存在的问题、管理要点等方面，提出相应的安全管理措施。在施工之前，做好地下空间的判定，对溶洞进行注浆加固处理，对地质条件进行充分分析，把控整个施工阶段可能产生的安全事故，并在施工之前做好事故处理准备，真正意义上实现隧道工程的安全施工。