张吉怀铁路大尧隧道下穿高速公路施工安全管理

方 宁

（中铁五局集团第一工程有限责任公司，长沙 410117）

隧道建设是铁路工程中重要施工的一环，其质量缺陷整治的安全是项目管理工作的关键问题。本着“早排查，早整治，保证结构受力安全，保证结构形成安全”的原则，能够尽快发现和解决问题，确保结构使用性能，减少衬砌大拆大换。近些年，隧道施工过程中的各种不确定因素，以及后期维护的问题，严重影响了人身安全、财产和设备的安全，并拖延了铁路隧道的工程工期[1-4]。

因此，铁路隧道施工中和后期维护的安全问题成为目前隧道工作者重点关注的问题，应节约投资，确保工程安全合格交验，实现“运营零整治”目标。其次，施工单位需要了解施工区域的地质水文情况，并通过现场监测控制施工质量，进而保证铁路工程的施工质量安全。

1 铁路隧道施工质量控制及安全保证措施分析

第一步，应准确掌握其施工中的各种风险源。在隧道施工过程中，常常由于施工环境复杂，增加了施工过程中的风险因素。因此，在进行施工前期，应加强了解施工环境，全面掌握分析各种风险因素，从而建立较为完备的风险评估体系。第二步，对铁路隧道的各项施工技术要点进行严格掌控，相应调整前期的勘察数据和施工的技术参数，技术交底工作同步完成，保证一线施工人员掌握各项线路设计和技术要点，加强监测施工全过程的质量安全，动态监测掘进参数并进行记录分析。第三步，掌握其施工过程中的重难点问题，由于其施工环境较为复杂，出现隧道开裂和衬砌厚度不足等情况较多，针对问题进行重点分析和建立相应的安全保证措施，防止其对施工安全和指令产生较大的影响[1-2]。

2 施工质量及安全保证实践分析

2.1 工程概况

大尧隧道是张吉怀铁路（卫星方位如图1 所示）重要一环，在DK176+365.4 里程处下穿杭瑞高速公路路基，双向四车道路基宽26 m，交叉范围内最不利断面竖向净距为18.67 m（隧道顶至高速公路路基坡脚水沟底距离），大尧隧道与高速交叉口横断面，如图2 所示。下穿路基段主要为灰质页岩、白云质灰岩。泄水洞在XSDK176+369.6 里程处下穿杭瑞高速公路路基，泄水洞隧道顶与高速公路路面净距41.18 m，交叉范围内最不利断面竖向净距为26.52 m（泄水洞顶至高速公路路基坡脚水沟底距离），泄水洞与高速交叉口横断面，如图3 所示。

图1 张吉怀工程卫星方位

图2 大尧隧道与高速交叉口横断面

图3 泄水洞与高速交叉口横断面

2.2 地质水文情况

大尧隧道下穿段地质主要岩性为碳质页岩夹石煤层，黑色，全～弱风化，风化层岩体极破碎，部分呈土状，弱风化岩体节理发育，整体较碎，属弱岩；白云质灰岩、夹硅质岩、夹碳质页岩，灰黑色、黑色，全～弱风化，风化层岩体极破碎，弱风化岩体节理较发育，岩体较破碎，局部破碎，属硬质岩夹软岩；白云质灰岩，深灰色，弱风化，整体属硬质岩。地表水较发育，主要为沟溪水；地下水类型主要为基岩裂隙水，较发育。由于碳质页岩及石煤水理性质差，施工掘进在地下水作用下易出现大范围坍塌，且上方地处为高速公路。白云质灰岩岩溶整体弱发育，基于岩溶发育的复杂性，不排除洞身附近发育溶腔的可能，掘进过程中可能遭遇小规模突涌水事故，施工中应加强超前质地预报。

3 大尧隧道施工重点和难点分析

稳定性极差：断面大，埋深较浅，土层松散。

CD 法施工工艺复杂、工序多，中隔壁临时支护。

岩体破碎，节理发育，地表沟溪水与地下基岩裂隙水较发育。

4 大尧隧道施工质量及安全保证措施分析

4.1 工期安排

大尧隧道正洞穿越段施工根据施组计划安排于2018 年7 月25 日—10 月9 日。

泄水洞穿越段施工根据施组计划安排于2018 年7 月10 日—8 月20 日。

4.2 交通管制安全保证措施分析

施工前，联系建设单位、包茂高速管理单位及交通管理部门进行协商，取得相关部门同意后，再组织施工。

采取如下措施确保交通安全。

1）当路面不均匀沉降大于±10 mm 而小于±20 mm出现明显跳车现象时，在隧道与高速公路交叉处的前后500 m 处，设置醒目的道路减速标志，施工期间高速公路实行交通管制，车辆限速通过，通过速度60 km/h。夜间设置相应的交通警示灯。

2）安排专职安全员、技术员对路况实行24 h 不间断沉降观测，若发现路面不均匀沉降超过±10 mm 时，应立即停止掘进，并及时上报相关部门。

4.3 监测断面及测点布置保证措施分析

施工前，沿隧道纵向中线每间隔20 m 在地表设置1 个监测断面（共8 个），纵向监测范围里程为DK176+290—+450、XSDK176+290～+450；沿高速公路硬路肩边缘线或路缘带在断面横向每隔5 m 设置1 个监测点（共26 个）进行沉降观测。

1）地表沉降：根据二级变形测量的精度要求，选用精密水准仪进行量测；量测前布置好测点和基准点，并测量测点及基准点联网的相对高程。

2）拱顶下沉：测量观察点与基准点之间的高差，选用精密水准仪、钢尺进行观测，得出拱顶下沉量，观测精度为（0.1 mm），拱顶下沉观测频率见表1。

表1 紧急情况的预防与响应措施

3）水平收敛：选用收敛计进行量测，收敛计测试精度为±0.06 mm，量测频率见表2[5]。

表2 隧道沉降收敛及地表沉降量测频率

4.4 下穿段隧道三台阶法掘进保证措施分析

掘进方法：下穿高速公路段掘进采用三台阶临时仰拱法施工，每部分支护的长度控制在0.5 m。

施工工艺流程如下。

1）掘进①部台阶，同时每循环进尺一次，均应做好超前支护，施做洞身结构的初期支护（初喷4 cm 厚混凝土），架立钢架及临时钢架，并设置锁脚锚管，打设系统锚管并复喷至设计厚度。

2）上台阶施工5～10 m 后，掘进②部台阶，接长钢架，重复另一流程。

3）上台阶施工5～10 m 后，掘进③部台阶，重复流程2），并及时封闭初期支护。

4）灌筑该段内Ⅳ部仰拱。

5）灌注该段内Ⅴ部隧底填充。

6）施作排水板、土工布、防水板等防排水措施，采用衬砌模板台车一次性灌筑Ⅵ部二次衬砌（拱墙衬砌一次性施作）。

5 大尧隧道施工安全保证措施分析

根据大尧隧道施工条件，进行安全措施分析。

施工作业平台必须搭设牢固，平整。

以管棚钻孔作为地质预探预报的手段，并及时整理地质资料。

在钻孔作业中，为防止孔口喷水突泥需采取措施。

钻孔中发生卡钻、掉钻、孔斜和坍孔等故障时，需采取对策，防止废孔与损伤钻机。

掘进施工安全保证措施：以新奥法原理施工，采用超前地质预报探测掘进掌子面前方地质条件，对软弱围岩采取超前预支护。掘进过程中需要地质素描及监控量测，关注围岩变化，若发生围岩变形量无变缓趋势或喷射混凝土产生较大的剪切状态时需停止掘进，采取加固措施。

紧急情况的预防与响应措施见表3[6]。

表3 紧急情况的预防与响应措施

建立围岩和支护结构的监控量测系统：需进行信息化施工管理，明确施工过程中的动态变化，合理安排调整施工工艺和设计参数并及时支护，对初期支护、二次衬砌的施工方法做出修正，进而实现安全、快速的施工目的。

通风与防尘安全：隧道施工中的通风符合设计施工规范的要求，并设专职人员管理，每月至少取样分析一次内部的空气成分，以及检测一次风速、含尘量。

钻眼施工安全：在进行施工前，应首先检查工作面的安全状态，如支护、顶板及两帮是否牢固，如有松动的岩石应立即加以支护或清除。

支护及二次衬砌安全：开挖后应基于围岩情况，选取合理的支护；过程中，需对各部支护进行定期检查；在不良地质地段，设置专项专人检查，若出现支护变异或损坏，需马上修整加固。

装碴与运输安全：设置专项专人检查各种运输设备，不得人料混装和摘挂作业；专人收放装碴机上的电缆；洞内成洞地段，自卸汽车最大行车速度为20 km/h，洞内施工地段，自卸汽车最大行车速度为15 km/h[1，2，7]。

6 结束语

在铁路隧道施工过程中，常常由于地下空间环境和地质水文条件复杂，施工规模大，安全隐患多，较大影响铁路隧道施工的质量以及施工安全。因此，施工单位需要明确施工现场的重难点问题，并加强控制和监测铁路隧道全过程的施工质量安全。同时，需重视隧道安全施工工作，来保证隧道工程的安全施工，降低安全事故的发生率[1，3，4]。