隧道施工的危險源分析及防範措施

2021-10-02 09:04:27 字數 4186 閱讀 6045

(一)不安全因素(危險源)分析

隧道施工一般可能遇到的不良地段和特殊地段有:滑坡、坍塌、岩堆、偏壓地層、岩溶、高應力高強度地層、鬆散地層、軟土地段,膨脹地層、軟弱黃土地層、含水未固結圍岩、溶洞、斷層、岩爆、流沙、瓦斯溢位地層等。

根據「兩階段設計圖」說明,本合同段公尺家寨1#、2#隧道屬:「隧址區地表均為第四系中更新統風積老黃土,下伏晚第三系半固結砂礫巖」;「隧址區主要為半固結砂礫岩及半固結粘土巖」;「本次鑽孔中未見地下水,隧址區水文地質條件簡單」;「隧道洞身穩定性分析評價:隧道洞身穿越晚第三系半固結砂礫巖,未發現斷層等不良地質作用,場地整體穩定,適宜修建隧道」。

半固結砂礫巖的特點是:圍岩穩定性差,側壁處理不當會產生較大的坍塌,地表水極易下滲,屬強~中透水層(弱透水層),雨季時有滴水現象。

分析設計單位提供的工程地質與水文地質報告,l2合同段公尺家寨1#、2#隧道在施工中可能發生地事故主要危險源是「坍塌」。坍塌對隧道施工會造成嚴重的安全生產事故,對工程安全、施工人員安全、裝置安全受到極大地安全。

另外其他的危險因素還有:民爆物品**、觸電、火災、運輸事故、機械物體打擊、高處作業墜落等。後附《危險源辨識、評價和控制措施一覽表》。

(二)隧道施工坍塌防範及處理措施

1、隧道坍塌預防措施

(1)發生坍塌的原因

1)地質因素

①當通過各種堆積體時,由於結構鬆散,顆粒間無膠結或膠結差,開挖後引起坍塌。工程地質災害所引發的事故也非常多,這是在不清楚前方不良地質情況下,仍沿用不變的施工手段,沒有及時採取有針對性的處理措施造成的。掌子面前方圍岩破碎、節理發育、岩石走向垂直、岩石間有滲透水、岩層間有泥夾層、前方出現斷層帶等,這些不良地質極易引發塌方事故。

②地下水、滲透水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用加劇岩體的失穩和坍塌。

2)施工方法和措施不當

①施工方法選擇不當,或工序間距安排不合理,各工序間距拉的過長,地層暴露時間過久,引起圍岩鬆動、風化,導致坍塌的發生;

②噴錨不及時,或噴混凝土質量、厚度不符合要求;

③採用鋼支撐時,支撐架質量欠佳,支撐與圍岩不密貼,兩者間的空隙填塞不密實,或連線不夠牢固,不能滿足圍岩壓力所需要的強度要求;

④有時抽換支撐不當,或當支撐已出現受力過大的現象前未及時加固;

⑤爆破作業不當,用藥量過多;

⑥處理危石措施不當,引起危石墜落,牽動岩層坍塌。

3)支護材料用料不足、施工缺乏規範、引起支護強度降低造成的隧道塌方。隧道圍岩壓力由圍岩、超前支護、初期支護、仰拱和二襯所圍成的拱圈多重承載。隧道支護設計引數是依據圍岩壓力計算確定的,施工中鑽爆控制不佳,圍岩承載能力降低;超前支護、初期支護施工中材料用量縮水,施工不規範,降低了支護的強度,削弱了承支護的承載力。

當支護不足以承載上部圍岩壓力時,即引發隧道坍塌事故。

4)施工中不遵循施工原則也會引起塌方事故。新奧法施工原則包括:少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉。

如果違背新奧法施工原則,如強爆破導致圍岩鬆馳;長進尺導致迴圈作業時間拉長,噴錨滯後,圍岩變形加劇;不及時施作仰拱和二襯,封閉不及時;這些都會增加隧道塌方的可能性。

5)其他原因不及時襯砌,圍岩暴露過久,片幫與掉塊,坑壁無支護等。

(2)坍塌前兆

1)量測資訊所反映的圍岩變形速度或數值超過允許值;

2)噴射混凝土產生縱橫裂紋和龜裂;

3)在隧道頂部或側壁發現不斷掉下土塊、小石塊或構件支撐間隙不斷漏出砂、石屑;

4)岩層層理、節理縫隙變大、張開;

5)支撐梁、柱變形或折斷、楔子壓扁亞劈,支撐發生破裂聲;

6)隧道內滲水、滴水突然加劇或變渾。

(3)容易坍塌的位置

1)洞口10m以內;

2)正洞與人行橫洞交叉處;

3)隧道頂覆蓋極薄處(如2#隧道蓋挖處);

4)小範圍的地質突變,如沙層、特鬆散層、透水層、小段的斷層等。

(4)預防坍塌的施工措施

1)先排水。在施工前和施工中均應採取相應的防排水措施,盡可能將隧道外之水截於隧道之外。

2)短開挖。各部開挖工序間的距離要盡量縮短,以減少圍岩暴露時間。

3)弱爆破。在爆破時,要用淺眼、密眼,並嚴格控制用藥量和用微差毫秒雷管爆破。

4)強支護。針對地壓情況,確保支護結構有足夠的強度。

5)快襯砌。襯砌工作必須緊跟開挖工作面進行,力求襯砌盡快成胚。

6)勤檢查,勤量測。對圍岩發現有變形或異狀,要立即採取有效措施及時處理隱患。

(5)發生坍塌前兆的緊急處理措施

1)拱頂掉小石塊,節理縫隙變大,往往發生在未進行初期支護的掌子面,這時應將大部分施工人員撤出工作面,留少部分混凝土噴射工,站在已初支的地方,加大速凝劑用量,迅速噴射混凝土,將曲牆、拱頂、掌子面全部封閉,待噴射混凝土凝固4小時後,檢查混凝土噴射面有無裂縫,如沒有裂縫可繼續施工,在一定長範圍內可加密拱架距離。如裂縫繼續發展,預示有大的坍塌發生,應立即密支拱架,緩緩向前推進。速支拱架速噴混凝土,穩定後再打錨桿。

2)水加大或變深,也是發生在施工掌子面,預示前方有流沙層,這時不能引水,否則會將流沙引出,前方形成空洞,而應以堵沙為主,地下鑽孔,插入鋼管,擋上木板、填充編織袋,將沙堵住,不要繼續外流,然後速注水泥—水玻璃雙槳液,將前方流砂層固結後再施工。

3)噴射砼出現裂紋,支撐量變形,預示拱頂有大面積的下沉,並且在監控量測結果也反映出沉陷值超過允許值,或繼續下沉而不穩定。

這種情況都發生在已經初支的隧道某一段,此時隧道內應停止一切正常的施工,撤出施工人和裝置,如發生前兆的區段較短且收斂和下沉緩慢,先採用木柱立即垂直和平行支護,工字鋼拱架隨密度的沉降大小而增加或減少,支護好後,觀察其下沉速度,如果穩定,可在每兩榀拱架間用風鎬鑿開,加設比原型號大一號的工字鋼拱架,再噴混凝土穩固即可。

如果下沉速度較快,或採用木支撐加固後仍繼續下沉,可採用翻斗車運土混石填充該段隧道。由下向上填至拱頂,一邊填一邊注漿,將預視坍塌的這段隧道全部填滿注實,待穩定和凝固之後,一榀一榀的重新開挖,鑿出工字鋼拱架,換上更大號的工字鋼拱架,並加密間距,邊開挖、邊支撐,邊觀察、邊量測,穩固前進。

2、隧道發生坍塌後的應急措施

(1)小型坍塌(小於50m3)

小型坍塌一般發生在未支護的掌子面,有拱頂坍塌,側壁坍塌,掌子面坍塌,坍塌量較小,有時可能只掉幾塊危石,對施工人員造成的威脅範圍小。

此時不急於清渣,先將危石清除,迅速噴射混凝土,可適量多摻一點速凝劑,封閉坍塌面,待穩定後再清渣,也可採用噴射混凝土直接補平。

(2)中型坍塌(50m3-300m3)

中型坍塌可能發生在掌子面與初期支護的結合部,可能是由於未支護的裸露面坍塌引起的連鎖反應,由於塌方體積較大,對工程的修復、人員的**、裝置的損害都較大。

事故發生後應迅速匯報專案部,並由專案部第一責任人轉告有關部門進行人員搶救。

工程搶修不要先清渣,先噴射混凝土封閉坍塌裸露面,然後用工字鋼拱架(彎曲半徑接近於坍塌半徑)立即支護,並按正洞施工一樣,打錨桿,掛網片,從上至下全裸露面支護,最後清渣。

坍塌處理後不再補修,待二襯過後採用混凝土幫浦直接灌混凝土,注滿即可。

(3)大型塌方(300m3-1000m3)

大型塌方的位置一般可能在區域性透水地段、沙層地段、正洞與人行橫洞交叉地段。這樣的坍塌可能將隧道堵塞數十公尺長,使坍塌段以內工作面的施工人員、施工機械全部封閉,危害極大。

1)搶險的原則是先救人。隧道施工時,在拱腳處都有兩根鋼管,一根是直徑φ100-200mm的高壓通風管,一根時直徑φ50mm的輸水管。一般大型坍塌都是鬆散的地質,不會有巨石落下,所以地處拱腳處的風管和水管不會壓扁或壓斷,這就是隧道營救施工人員的兩條生命線。

將空壓機送風壓力降低,能保證洞內人員呼吸即可,將供水也減小,通知洞內的施工人員安靜的等待,時間長時可從輸水管中插入一根塑料管,提供牛奶等軟飲料。這時開始向坍塌體注漿,使坍塌體在一定厚度內固結,然後象掘進連拱隧道的中導坑一樣,打通坍塌體,先將施工人員救出。

2)塌方處理。在坍塌體上架立多層(視坍塌洞室大小而定)支撐鋼模架,從上至下開始噴射混凝土,封閉所有裸露面,並且進行鋼拱架支撐,打錨桿,掛網片,第一次初期支護完成後,開始清渣,最後再進行第二次架支撐架,進行第二次強支護,以後二襯不再充填。也可進行一次初期支護,二襯後預留孔洞,2m以內填漿砌石,2m以上填幹砌片石。

(4)特大型坍塌(大於1000m3以上)

特大型塌方可能發生在淺埋段,或特淺地段(如2#隧道的蓋挖段),從拱頂直到山頂一次性貫通垮塌。

1)人員搶救。特大型塌方人員救援與大型坍塌相同。

2)塌方處理。如果發生特大型塌方,先將所有裸露面噴一層5cm厚的混凝土,使它不要在短時間內掉危石。然後開始漫長的清渣,清渣過半後將塌方邊緣與正洞結合部加固、修整,迅速在此進行二次襯砌,襯砌厚度、混凝土標號、襯砌鋼筋要經過計算,以足夠支撐塌方回填後的壓力。

待二襯結束,強度達到設計值後,開始從頂部向下逐層回填夯實,頂部築圍牆防止雨水浸入。

危險源防範措施

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