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黄土隧道施工如何把控安全关

类别:工程安全 发布时间:2018-07-25 浏览人次:

摘要:对在建黄土区高速公路隧道工程安全监理进行分析和探讨,总结了黄土区隧道施工安全监理监控要点,对控制黄土隧道安全监理予以阐述,指出黄土隧道施工安全监理控制重点,为实际工程提供了指导。


一  黄土的特性


1、黄土是第四纪干旱、半干旱气候条件下形成的一种特殊土,基本色调是黄色,分新黄土、老黄土、粉质粘土。

2、颗粒成分以粉粒为主,颗粒直径小于0.005mm,约占整个颗粒的50~75%,大于0.25mm的颗粒几乎没有,同时黄土层理不明显,具柱状节理,垂直节理发育,直立性强,有堆积间断的剥蚀面,黄土表层多具有湿陷性,容易产生潜在的剥蚀而形成坍穴。


3、老黄土基本特性:老黄土由于其颗粒间的大孔隙多数经过地质的严密积压过程而不具有湿陷性,土体承载力较高,一般老黄土埋深较大,含水率比新黄土高,一般为15~16%,与隧道位置原始地应力相比强度较低,容易发生屈服形成塑性区,即易发生塑性变形,可进行柔性支护和适度释放塑性变形,但是如果无支撑或者支护强度不足会导致土体蠕变过大而形成塌方。

黄土隧道施工如何把控安全关

4、因为老黄土的变形存在蠕变这个特性,且有一个较长的发展过程,所以即使隧道内初期支护即使短期内无收敛和变形,也应该及时施工二次衬砌。不过对于老黄土而言,土体含水量的大小对施工的影响很大,会直接影响围岩的稳定、施工开挖和初期支护的安全,尤其是影响初期变形量的一个重要指标。


5、新黄土特性:新黄土一般覆盖在老黄土之上,厚度一般为30~50米,质地均匀,含水率较小,一般为5~10%,具有多孔性和垂直节理,有肉眼能看到的大孔隙,呈松散结构状态,密度较低,垂直节理面上因节理切割形成竖向的软弱层,软弱层之间粘聚力很小,多个软弱面互相切割,形成与周边围岩粘聚力很小的面状体,在下部隧道开挖过程中面状体容易塌落形成临空面,受开挖扰动和支护缺陷的影响,在自身重力的作用下形成塌方。同时由于新黄土地区的围岩应力释放快,即变形速度快,具有突然性,属于脆性破坏,所以现场施工中变形监测和控制尤为重要。


6、根据以上简述的新、老黄土的特性,黄土隧道施工中最重要的就是严格把握“时空效应”。简单说就是,开挖空间不能大、二衬时间不能长、工序衔接要紧凑。


二、施工准备


1、熟悉隧道图纸相关地形结构、土质及设计要求


监理工程师应熟悉黄土隧道图纸,了解隧道地质条件、隧道围岩的分级、总体设计原则等,对照图纸沿隧道线路调查黄土隧道洞顶陷穴、冲沟、裂缝和落水洞等的位置;一般处理对陷穴、冲沟采用回填灰土分层夯实至洞顶;落水洞采用引排措施,将水排至洞顶界线外侧,再用灰土进行回填的方法;裂缝处采用压注水泥浆液进行地表加固处理效果明显。


2、严把审核关


严格把关审核施工单位上报的黄土隧道工程施工组织设计中的安全技术措施及专项施工方案、应急预案,同时审查隧道施工安全风险评估报告,无风险评估报告不得签发开工令。


1)监理单位应重点审核隧道进洞、出洞方案的把关;开挖方式的选择;通风、照明、防水等方面;专项施工方案针对性、可行性、可操作性应邀请公路隧道专家进行评审,业主、设计代表、监理、施工单位参与,施工单位根据专家评审意见进行完善,经监理单位审核批准后实施。


2)针对黄土隧道工程施工特点,要求施工单位有针对性制定相应的应急预案,经监理单位审批后报建设单位及当地安监局备案。


3)监理单位应会同建设单位、设计代表对施工单位编制的施工安全风险评估报告进行审查,对极高风险(Ⅳ)的施工作业,应上报建设单位邀请专家或评估机构进行论证或复评估,提出降低风险的措施或建议。


4)要求施工单位按规定配置足够数量专职安全员跟踪检查隧道安全作业情况,发现险情及时采取措施。


3、严格控制黄土隧道进出洞管理、安全步距以及安全应急设施设置


按照强制性标准以及黄土施工技术要点严格要求施工单位,在洞口设置值班室进行分洞管理,值班人员24h轮流值守,对出入洞人员进行严格登记,非工作人员禁止入洞,且入洞掌子面作业人数不超过20人;黄土隧道掌子面距仰拱距离不大于30m,仰拱应在掌子面开挖15d内闭合成环;掌子面距二衬混凝土距离不大于60m,二衬浇筑至掌子面开挖时间应不大于30d,及时跟进仰拱、二衬混凝土及早封闭成环,保证隧道整体稳定。加大应急安全设施方面投入,开挖面至仰拱须设置长度大于50m、直径600mm、壁厚不小于10mm钢管逃生通道,遇突发事件供掌子面作业人员逃生而备;同时在掌子面与二衬混凝土之间设置不小于50mm的钢管救生通道,以防止掌子面人员被困情况下,通过救生通道往掌子面被困部位输送水、牛奶等食品,保证被困人员体力正常等待救援。不仅如此,隧道掌子面作业台车下部还应放置应急救援食品、药品等,掌子面与洞外设置有线电话联系,遇突发情况与外界保持畅通,延缓救援时间,确保救援及时到位。


4、黄土隧道进洞安全监控


1)边坡、仰坡开挖必须结合实际地形施工,严禁大开挖人为制造高边坡、高仰坡。进洞刷坡时要及时通知监理、设计及业主,现场决定后方可实施。


2)洞口边坡及仰坡应自上而下开挖,不得掏底开挖或上下重叠开挖。当地质条件不良时,应采取稳定边坡和仰坡的措施并加强监控量测,发现不稳定迹象时,及时采取措施,保证施工安全。


3)当山体较陡进洞时,边坡、仰坡要有足够的安全坡度,严禁垂直开挖,同时边坡、仰坡要按设计要求进行防护,临时防排水措施施工到位经检查合格后方能准备进洞施工。


4)衬砌台车、仰拱栈桥应在进洞前制作、拼装完毕。衬砌台车长度一般不大于9m,栈桥长度一般为5m。当洞口工程地质条件较差时,开挖后须及时施工二衬混凝土支护才能确保洞口工程的安全,衬砌台车不到位的隧道不允许开工。


5)隧道进洞及施工过程中应准备必要的足够数量的应急抢险物资,以确保在隧道出现险情时可及时组织抢险,如备用工字钢、方木及成品钢拱架等,数量必须满足掌子面支撑所需材料。


5、洞内开挖安全监控


黄土隧道开挖宜按照“管超前、短进尺、少扰动、强支护、早成环、勤量测”的原则及采用无爆破施工法。


1)根据已审批的专项施工方案,洞口段Ⅴ级围岩应采用三台阶七步开挖法,洞内Ⅳ级围岩段采用环向开挖留核心土法施工。

2)掌子面每循环进尺宜控制在一榀拱架间距(0.5m~1.5m),施工应采用机械配合人工开挖,严禁爆破。

3)土石交界处根据围岩级别明确过渡段长度,初期支护与二次衬砌应作加强处理,并增设变形缝。


6、隧道锚杆施工安全监控


1)锚杆简易、安全台架应安置稳妥。

2)严格把关钻孔作业,及时清理松动土块,加强围岩表面观察,发现异常情况,及时采取相应的安全处理措施。

3)对锚杆支护体系的监控量测中发现支护体系变形、开裂等险情时,应采取补救措施。当险情危急时,应将人员撤出危险区。

4)作业中如发生风、水、输料管路堵塞或爆裂时,必须依次停止风、水、料的输送。

5)作业人员进入隧道后,按要求佩戴防护用品防尘罩、反光背心、胶皮手套等,遵守安全生产规程,听从统一指挥。

6)若已锚地段有较大变形或锚杆失效,立即在该地段增设加强锚杆,长度不小于原锚杆长度的1.5倍。


7、喷射混凝土施工安全监控


1)在喷射混凝土作业开始前,应详细检查围岩受喷面、彻底清理松动土块。应根据喷射方式、混凝土配合比等采用合适的降尘措施,控制施工现场空气中粉尘含量。施工人员必须佩带防护用具。

2)喷射手控制好风压、喷射距离,避免回弹骨料伤人。

3)电线包皮应完好,开关应装在固定闸刀盒内。

4)安全员应随时观察地质变化,发现有松动滑块现象,应立即撤离工作面。

5)喷浆结束后,应清洗喷射机及管路,避免堵管炸裂伤人。


8、钢拱架施工的安全监控


1)钢拱架之间必须用钢筋纵向连接,拱架钢垫板螺栓连接牢固,拱架安设过程中当钢架与围岩之间有较大的空隙时,沿钢架外缘每隔2m应用混凝土预制块楔紧。

2)拱脚按照设计锁脚锚管加固,并且进行注浆处理。

3)钢拱架应采用冷弯成型,钢架加工的焊接应规范,不得有假焊、裂纹等缺陷。

4)钢拱架安装前应清除底脚下的虚碴及杂物,钢架底脚应置于牢固的基础上。

5)钢拱架架设后,发现扭曲、压屈等现象或征兆时,必须采取加固措施。必要时应使其他人员迅速撤离至安全地带,防止因坍塌造成伤亡事故。


9、黄土隧道通风、照明、防火安全监控


1)按照已批复专项施工方案合理配置风机、风管,采用机械进行通风,满足洞内作业供给每人每分钟4m3的新鲜空气。2)隧道工程应采用三相五线制(TN-S)供电,照明灯光应保证亮度充足、均匀、不闪烁;开关箱应加盖木箱盖,采用封闭式熔断器;潮湿点段应采用低压照明、电灯使用防水灯口;线路、设备设专人检查修理。3)洞口、洞内均设置一定数量的灭火器材,二衬台车及二衬作业台车车身指定位置设置灭火器,定期检查灭火器材的有效性。洞内禁止存放防水板等易燃杂物。


10、加强黄土监控量测安全管理


结合项目实际情况,霍永西段邀请第三方有资质检测单位对隧道进行全方位、全过程监控量测,将监测数据及时提供施工、监理、业主、设计各方,遇异常数据加强检测频率,供施工各方及时采取有效安全措施,确保人身、财产安全,监控量测以科学数据为依据,为隧道安全施工提供有力的保障。


1)监控量测方须将隧道监控量测方案上报监理单位,经监理单位审核、批准后方可实施。


2)必须按照已批准的方案结合规范和设计要求的项目和频率进行,在浅埋、偏压路段可增加选测项目的量测,量测数据应及时做好回归分析,根据监控量测数据合理调整开挖预留变形量。

3)监控量测点应严格按照设计及有关规范布设,特殊地段做加密处理,间距不大于5m。


4)如发现量测数据有不正常变化或突变,洞内拱顶下沉或地表下沉位移值大于允许位移值,洞内或地表出现裂缝以及喷层出现异常裂缝时,必须第一时间告知施工项目部并且组织人员撤离现场,采取有效安全措施进行防护。


5)重视地质超前预报,加强地质观察,尤其注意随时观察土体含水量的变化,如有异常应及时反馈,采取安全措施加强支护。


6)建立及时、有效、完善的监控量测预警机制。当围岩变形速率大于10mm/d或累计变形值大于10cm时,必须按照应急预案措施进行处理。


11、应急演练


在施工前,监理单位根据本隧道地质条件及水文条件,要求施工单位制定防坍塌、防火应急预案,做好危险源辨识工作,并且定期进行应急演练。


按照山西省交通运输厅[2009]327号高危工程强制性施工安全要求,设置逃生管道、救生管道以及无线电话,掌子面附件准备食品、紧急医用药物及相关设备;洞外准备临时钢架、木材、钻机、抽水机等机具设施;督促施工单位定期进行演练,根据演练情况及时完善、补充应急预案。


12、结语


安全责任、重在落实。只要参建单位各方重视安全工作,落实安全责任制,层层落实安全技术交底,定期进行安全教育培训,创造人人抓安全的良好氛围,加大安全设施投入,定期组织隧道人员进行逃生演练,增强施工人员预控、自救能力,全面做到有备无患,进而能够控制黄土隧道工程施工安全隐患的发生。


参考:黄土隧道施工安全监理要点,赵喜红

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