泰宁隧道防坍塌安全专项方案.docx
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泰宁隧道防坍塌安全专项方案
泰宁隧道防坍塌安全专项方案
一、泰宁隧道工程概况
1、工程概况
本项目位于福建省西北部三明市泰宁县和建宁县，起于福建省泰宁县朱口镇，与福银高速公路相接，止于建宁县福建省与江西省省界处。
主洞部分：
泰宁隧道左线起讫桩号ZK17+675-ZK24+714,总长7039m，其中，本标段终点桩号ZK22+352.693,长4677.693m，右线起讫桩号YK17+690-YK24+697,总长7007m，其中，本标段终点桩号YK22+350,长4660m。
隧道进口斜坡上覆盖坡残积层、强风化岩层，厚度2-8m，岩土层强度较低，洞门段多位于残坡积与强风化土层中，地下水位高于洞门，施工时易产生坍塌、掉块、塑性变形及挤压破坏。
斜井部分：
泰宁隧道斜井右线起讫桩号JYK0+010-JYK0+666.8,泰宁隧道斜井左线起讫桩号JZK0+010-JZK0+591.3,斜井区构造总体较为简单，岩性单一，节理及裂隙较发育，发育一条断裂构造及挤压裂隙密集带，对斜井围岩级别影响较大。
2、设计围岩概况
泰宁隧道支护类别统计
线路
围岩级别
支护类型
单位
长度（m）
正洞左线
Ⅴ
Z5-1
米
44
Ⅴ
Z5
米
36
Ⅳ
Z4-1
米
19
Ⅳ
Z4
米
394
Ⅲ
Z3
米
2573
Ⅱ
Z2
米
1295.7
Ⅱ
Z7
米
123
Ⅲ
Z7-1
米
123
正洞右线
Ⅴ
Z5-1
米
35
Ⅴ
Z5
米
31
Ⅳ
Z4
米
393
Ⅲ
Z3
米
2693
Ⅱ
Z2
米
1192
Ⅲ
Z7-1
米
123
Ⅱ
Z7
米
123
斜井左线
Ⅴ
ZXJZ0
米
5.1
Ⅴ
ZXJZ5-1
米
60.2
Ⅴ
ZXJZ5
米
30.6
Ⅳ
ZXJZ4-1
米
60.2
Ⅳ
ZXJZ4
米
76.5
Ⅲ
ZXJZ3
米
360.3
斜井右线
Ⅴ
YXJZ0
米
5.1
Ⅴ
YXJZ5-1
米
49.8
Ⅴ
YXJZ5
米
30.5
Ⅳ
YXJZ4-1
米
71.2
Ⅳ
YXJZ4
米
76.3
Ⅲ
YXJZ3
米
412.9
Ⅱ
YXJZ2
米
22.2
二、泰宁隧道施工原则及施工准备
1、施工原则
隧道施工严格遵循超前地质预报先行，围岩破碎段“管超前，短进尺、弱爆破、强支护、勤测量、早封闭”的原则进行施工。
2、超前地质预报
泰宁隧道的地质条件异常复杂，因此隧道超前地质预报工作就显得异常重要，为了更好地完成超前地质预报工作，我标段委托专业的地质预报单位对泰宁隧道进口段及斜井施工段进行全方位的综合地质预报。
结合泰宁隧道的地质条件，超前地质预报工作按照由面到点，长短结合，定性与定量相结合的办法来保证预报的准确性。
根据各种预报方法的特点，可分为常规地质预报，长距离宏观预报，中距离预报，短距离验证预报。
三、泰宁隧道安全隐患分析
在不良地质段和特殊岩土地段的隧道施工如施工不当，就容易引起不同程度的塌方，造成安全事故。
造成隧道塌方的原因主要分为：
自然因素、管理因素和施工因素三大类。
1、自然因素
主要是由于地质条件，如断层破碎带、互层围岩、强风化围岩、层理面软弱、砂质围岩、涌水段，其次连续强降雨对浅埋隧道或黄土隧道也有影响；
2、管理因素
地质资料不详，施工方法及措施欠缺，技术交底不清，现场指导不力，材料及加工构件供应和加工质量差，施工制度、责任制度不健全，工序不衔接，监控量测信息反馈不及时或未得到重视，不按设计要求，随意修改爆破参数等。
3、施工因素
施工方法不当，在断层带中拉中槽、抢工期大断面开挖、大进尺，忽视地质因素，不良地质条件下长距离不衬砌，破碎岩层中不设超前支护，支护不到位、不按设计施工，出现塌方迹象时不即使采取措施，这些都是造成坍塌或使坍塌扩大的原因；
四、隧道预坍塌预防措施
在造成隧道坍塌的三大原因中，自然因素是无法改变的，因此要制定有效的安全技术措施和管理措施，避免和防止坍塌的发生。
1、安全技术措施
1．施工前应编制详细的实施性施工组织设计。
实施性施工组织设计的施工方案、技术措施、工程进度计划应根据项目的施工进展情况进行动态调整。
应做好以下工作：
1）认真进行施工调查、核对现场地质资料、地形、地貌，水文地质。
如隧道洞身通过山谷区、凹地，易形成堆积松散区、破碎区，由于地质构造作用易形成断层带，而且在有水出露地段更容易产生坍塌，项目总工程师必须组织有关技术人员进行施工调查，并编写调查报告。
2）设计文件审核时，要认真熟悉隧道设计的地质勘探资料，并随时与现场的实际地质情况相对照，比较洞口的位置、复核洞口仰坡的稳定性，进行技术条件、设计原则、施工条件的分析。
研究、讨论、确定隧道进洞的方案、加固方法及隧道通过软弱围岩的技术措施。
3）要详细审核不良地质地段（断层、软弱破碎围岩、岩溶等）的设计方案，研究制订不良地质条件下的隧道施工方案。
4）通过进行技术、经济、安全等方面的比选，制定详细的施工方案。
如遇隧道地质条件发生变化时，必须及时调整施工方法，加强支护，以及其他必要的技术处理手段。
5）审核应有参加审核人员签字的书面的记录，审核中发现的问题或设计与实际情况不符合时，要尽快向监理单位、设计单位及业主书面报告，提出修改意见或建议新的施工方案，经批准后实施。
6）根据泰宁隧道施工特点针对性的编制隧道预防坍塌的作业指导书，明确可能产生坍塌的里程、部位，制定详细的预防、控制方法，经项目总工程师审核，公司总工程师批准后，由项目经理组织实施。
7）编制隧道监控量测作业指导书，由实施监控量测的具体负责人编制、项目总工程师组织审核、公司总工程师批准，项目经理组织实施，作业指导书应包含量测项目、范围、手段，采用的主要仪器、设备，测点布置及实施计划。
8）做好各种设备、仪器的检验、标定，以保证设备的正常使用和仪器的准确性。
工地试验室要做好各项材料的进场检验及试验。
严禁使用不合格的材料。
9）建立地质超前预报制度，成立超前地质预报小组，配备相应的仪器、设备，由项目技术负责人组织实施，超前地质预报小组制定预报方案，为调整泰宁隧道施工及增加预加固措施提供必要的资料。
对地质情况复杂，项目部与监控量测单位中科院武汉岩土力学研究所密切配合，用专业地质预报机构探测掌子面前方地质情况，以保证预报的准确性。
施工过程中如发现开挖面地质情况异常，及时汇报，以便项目经理部采取相应措施。
超前预报做到“及时”反馈，严禁事后补资料的做法，并及时准确填报《超前地质预报表》。
10）泰宁隧道进口、斜井进口段围岩的洞口段，地质条件一般较差，埋深浅、围岩风化严重、较破碎，施工难度较大，以及斜井与正洞的交叉段围岩应力较大容易造成大面积或局部坍塌，预防坍塌的主要措施有：
1、开工前必须复核洞口的位置、洞口边、仰坡的稳定性。
2、隧道洞口段开挖时严禁采用大爆破，宜采用控制爆破技术，以避免对边、仰坡围岩的爆破冲击和扰动。
3、洞口段的开挖根据地质情况，采用相应的开挖方法，确保隧道进洞安全，当进洞10~20米后，及时修筑洞口段衬砌和洞门。
4、洞口深路堑的施工，要尽快完成挡墙、护坡、截水沟、排水沟，洞外路堑水不能流入掌子面，应将洞外排水沟与洞内排水沟连接，将洞内水及时水排出，减少水流冲刷和洞内积水向隧道基础渗透，造成洞口的坍塌。
5、修建在洞顶的高山蓄水池时，蓄水池底部要有防渗漏的措施，防止渗水对围岩的侵蚀作用。
2．洞身开挖
1）开挖前应制定爆破设计方案和绘制爆破设计图，爆破设计方案的内容应包括炮眼（临空眼、掏槽眼、扩槽眼、掘进眼、内圈眼、底板眼、周边眼）的布置、数目、深度和角度，爆破器材、装药量和装药结构，起爆方法和爆破顺序，钻眼机具和钻眼要求等；爆破设计图应包括炮眼布置图、周边眼装药结构图、钻爆参数表、主要技术经济指标及必要的说明和附图。
爆破施工还应有书面交底。
2）采用光面爆破、预裂爆破时，掌子面的周边眼布置应设专人负责，检查、控制钻眼的外插角、眼距、眼深，每次炸药的用药量。
周边眼应使用同段位雷管同时起爆，并与内圈炮眼的雷管跳段采用，爆破后要求炮眼残留满足要求，轮廓圆顺。
3）加强地质预报工作。
如遇掌子面地质情况突然变化时，由技术部门根据预报探测结果及时调整施工方案。
4）软弱围岩的开挖，可采用预裂爆破方法或采用小断面开挖，最后扩大成型，如采用导洞法，侧壁导坑法或环形开挖预留核心土的方法等，减少爆破对围岩的扰动。
施工中严格遵循短进尺、弱爆破、强支护、快封闭的原则。
5）开挖施工中严禁违章指挥、盲目冒进，重开挖、轻支护，重进度、轻质量，造成工序衔接不紧密，忽视锚喷支护作用，造成围岩暴露过久，变形过大产生坍塌。
6）每次爆破完成后，技术部门应对爆破的轮廓进行测量，分析爆破后的效果及爆破对围岩的扰动情况，要不断地改进各项爆破参数，使爆破后对围岩的扰动最小，轮廓圆顺。
3．锚喷支护
1）开挖后，要及时进行锚喷支护。
快速对围岩进行封闭，避免围岩暴露时间过长，加重围岩的风化及围岩的变形。
初期支护应分层施作，第一次喷厚拱部3～5cm，墙部5～8cm,两次喷射间隔时间以10分钟为宜；当时间间隔超过2h时，复喷前应用高压水湿润，确保初期支护的质量。
2）严格按设计要求施作锚杆。
洞身开挖后，若发现局部有软弱夹层、节理裂隙发育的部位，报请现场监理许可后，采取增加锚杆数量、加大锚杆长度的做法进行局部补强，锚杆施作应垂直节理面。
3）软弱围岩地段当量测围岩变形超过标准时，可采取临时增加钢支撑的方法进行支护或采取施做临时仰拱等措施，抑制软弱围岩过度的变形。
4）施工中钢支撑与围岩的间隙必须用喷射砼充填密实，并将钢支撑全部包裹覆盖，保护层厚度不得小于4cm。
保证喷混凝土层与钢支撑形成整体，钢筋网片可焊在锚杆头部，围岩自稳能力较强的，可先锚再喷，围岩自稳能力差的必须先喷再锚，要掌握好支护的时机。
5）锚喷支护完成后，质检工程师应认真进行检查，主要检查喷层的厚度、锚杆的数量。
6）掌握好二次衬砌的时间。
二次衬砌的施作应在围岩和锚喷支护变形基本稳定，周边位移速率有明显减缓趋势，水平收敛速度在拱脚附近小于0.2mm/d；或拱顶位移速度小于0.15mm/d，并且已产生的位移量占总量的80%以上时方可施作。
进出口地段的二次衬砌必须尽早完成；通过不良地质地段的洞身，也应及早施作二次衬砌，带仰拱的应尽早封闭，保证隧道的安全。
4．溶洞、断层、松散破碎地层的隧道防坍塌措施
1）由于地质勘察的局限性，设计提供的地质资料具有相对性，因此，隧道施工中要加强地质的超前预报工作，加强掌子面的地质观测分析，宜采用TSP、地质雷达、红外线探水等较先进的探测技术和设备，准确地获得掌子面前方的地质情况，特殊情况下也可采用超前钻孔获取准确的资料。
2）配备足够机具和材料，做好应急措施。
3）不良地质隧道要“先治水、短掘进、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测、稳步前进”为原则。
应尽快使衬砌结构封闭，改善受力状态，确保衬砌结构的长期稳定。
4）围岩破碎，节理、裂隙发育的特殊地质条件下，可采用超前锚杆、超前小导管、管棚、地表砂浆锚杆、超前小导管周边注浆，深孔注浆、旋喷桩、冻结等措施对围岩进行加固，再进行开挖。
5）加强监控量测，利用量测来指导施工，控制围岩的变形，防止坍塌的产生。
6）溶洞地段必须通过超前地质预报，准确探测溶洞的大小，位置，探明溶洞内的充填物。
根据设计资料和现场实际探测的情况制定详细的施工措施，严格按照规范进行施工，以“引、堵、越、绕”等原则处理。
当施工达到溶洞边缘时要做好各工序的安排，使工序衔接紧密。
严防涌水，流砂，涌泥等对后续工序的影响。
5．施工中的监控量测
隧道施工的监控量测是隧道施工管理不可缺少的重要环节，具有特殊的作用，通过对围岩及支护系统的动态监控，判定围岩的稳定及支护的可靠性，作为施工决策的依据。
1）隧道监控量测要成立专门量测小组，编制量测实施计划、测点布置图，根据实测的数据画出围岩支护的位移－时间曲线图。
收集、保存、归档资料。
2）量测分为A类量测（必测）和B类量测（选测）。
应根据具体情况确定量测的项目。
3）隧道拱顶下沉、地表下沉以及隧道收敛变形等量测，要在每次开挖后的12h内完成。
量测频率要求见下页。
量测频率要求
位移速度（mm/d）
量测频率
≥5
2次/d
1～5
1次/d
0.5～1
1次/2～3d
0.2～0.5
1次/3d
＜0.2
1次/7d
量测数据结果应进行回归分析：
a.数据异常时可采取加厚喷层、加长、加密锚杆、增加钢支撑等措施。
b.净空变化速度持续大于10mm/d时，围岩处于急剧变形状态，要加强支护系统。
c.围岩位移速率不断上升时，围岩进入危险状态，应停止掘进，加强支护。
2、管理措施
1．组织机构：
项目经理部建立以项目经理为主的预防坍方领导小组，项目经理为组长，常务副经理、项目总工为副组长，相关各部门负责人为小组成员。
领导小组建立管理任务分工表，职责明确。
2．适时召开会议：
预防坍方小组适时召开会议，分析目前施工中或不良地质地段可能产生坍方的可能性、研究解决的问题办法、采取的措施及由谁去落实。
会议必须有专人负责记录并保存，以便施工中检查、落实、总结、改进、提高。
3．动态管理：
隧道施工过程中必须随着情况的变化，对项目目标的进行动态控制。
通过比较、分析、预测、纠正、检查等一系列方法，进行管理、控制，并不断循环，进行动态管理。
4．勤检查：
一要对掌子面地质情况加强核对、对开挖成型部分认真检查；二是观察初期支护开裂、变形程度。
要特别注意围岩变形无明显减缓、喷射混凝土层产生较大的剪力破坏时，应停止开挖，及时采取加固措施。
5．施工中发现隧道内有险情，工班长或当班负责人应立即在危险地段设立危险标识或派人看守，并马上向上级报告。
若情况严重，应立即将工作人员撤离危险地段。
6．派专人对爆破后的工作面进行找顶，将浮石、危石清理干净，避免围岩及喷射砼剥落，产生坍塌。
7．钢拱架安装要牢固，基础应垫平，纵向联接牢固。
如发现扭曲、压曲现象时，应采取加固措施，必要时，应让其他人员撤至安全地带，防止坍方造成伤亡事故。
8．二次衬砌距离开挖面不能太长，初期支护稳定后要抓紧进行二次衬砌，力求衬砌尽快成环。
3、围岩稳定日常观察
1、已支护围岩应对初期支护进行观察，出现裂缝时应即使汇报，并在裂缝处贴纸条，观察其变化情况，并在贴纸上记录日期及裂缝宽度等。
2、隧道坍方前有以下征兆：
1）量测信息反应的围岩变形速度或数值超过允许值；
2）喷射砼产生纵横裂纹或龟裂且裂缝在不断变化；
3）隧道洞顶或坑壁发生不断掉块现象，缝隙间不断漏出砂、石屑等；
4）岩层的节理、裂隙变大、张开；
5）支撑梁、柱变形或折断；
6）坑道内渗水、滴水突然加剧或变浑浊。
五、隧道坍塌应急预案
发生施工坍塌事故，为有效防止事故扩大，降低员工生命危险，最大限度减少经济损失，因此要制定隧道坍塌应急预案。
1、组织机构及职责
1、项目部应成立应急指挥小组，组长由项目经理担任，副经理、总工、担任副组长，项目部全体管理人员均为组员。
2、应急小组各人应有明确分工，主要任务有：
抢救伤员、塌方处理，清理土方或杂物，同医院、劳动部门的联系，说明详细事故地点、事故情况，并派人到路口接应，现场物资、车辆的调度。
3、施工队伍中主要管理人员也应积极配合，使应急工作紧张有序，各项工作有专人负责并在组长的统一安排下进行。
4、隧道坍塌应急预案应建立组织机构图和任务分配表。
2、人员急救措施
1、发生坍塌事故后，应立即报告应急抢险指挥小组，由项目经理负责现场总指挥。
发现事故发生人员首先高声呼喊，通知现场安全员，并由安全员组织施工人员紧急撤离至安全区域。
2．如有人员受伤，立即拨打“120”急救中心电话取得联系，详细说明事故地点、严重程度，并派人到路口接应。
3．在向有关部门电话求救的同时，对受伤人员在现场安全地带采取可行的应急抢救，如现场包扎止血等措施。
防止受伤人员流血过多造成死亡事故发生。
对呼吸、心跳停止的伤员予以心脏复苏。
施工安全保障组织机构图
项目经理
梁红权
总工程师
陈向军
安全经理
霍之强
工程部部长
胡俊茂
物质设备部长长
徐骆兵
安质部部长
赵中全
中心实验室主任
陈刚
安检组组长
施工技术组组长
测量组组长
监控量测组组长
地质预报组组长
试验控制组组长
物资室主任
设备组长
调度主任
隧道队队长
队级专职安全员
各班组安全员
安检
工程师
4．若事故严重，要立即上报公司及有关部门，并启动公司应急救援预案。
5．如有人员被掩埋，要采取有效安全防护措施后，组织人员按部位进行人员抢救，尽快解除重物压迫，减少伤员挤压综合证的发生，并将其转移至安全地方，防止事故发展扩大。
6．在没有人员受伤的情况下，现场负责人应根据实际情况研究补救措施，在确保人员生命安全的前提下，组织恢复正常施工秩序。
3、现场处理措施
隧道发生坍塌后，应根据坍塌现场情况，及时制定有效的处理措施，防止坍塌的进一步扩大，并保证尽快恢复生产。
主要步骤为：
1、评估坍方情况，主要有以下内容：
1）在保证安全的情况下观察坍方情况，确定塌方位置和估计出塌方长度及方量。
2）观察坍方段是否有涌水塌方段围岩水量大小。
3）坍方段围岩情况及埋深，观察是否出现冒顶现象等。
2、坍方原因分析
1）主要从自然因素、施工因素进行分析，一般坍方的原因都是由自然因素和施工因素综合造成的。
2）结合现场实际情况，通过多方论证（施工、监理、业主、设计），应广泛听取意见，对坍方原因深入分析，并达成一致意见。
3）通过隧道监控量测资料，地质照片记录、施工日志等资料，对坍方原因分析有一定帮助。
3、处理措施
1）坍方处理的总原则
①安全，坍方的处理必须安全可靠，做到万无一失；
②快速，即处理的时间要短，减少对工期的延误；
③保质，即保证工程质量，不得留有任何隐患；
④节约，即整个坍方处理费用要最低。
2）坍方处理的方法视现场情况而定，同时也可参考一些相似隧道坍方实例的处理措施
3）坍方处理的要点一般有：
①地表处理，并作好防排水、防止坍方的扩大（一般用于坍塌冒顶情况）；
②洞内坍体的固结，形成整体受力壳（环）；
③坍方段的开挖及初支。
4）根据以上要点，结合现场实际情况采取各种具体措施，并在处理过程中动态管理，不断调整、优化处理措施。
5）地表处理通常采用的方法有：
①采用喷射砼和锚杆、钢筋网，封闭地表；
②地表打设注浆管，灌注水泥砂浆；
③采取截水、排水等方法，防止地表水灌如坍体内；
④坍体处理稳定后回填凹陷部分至原地表。
6）洞内坍体稳定通常采用的方法有：
①加固未坍方附近未坍塌部分围岩，防止坍方的进一步发展，通常采用锚喷支护和小管棚或小导管；
②洞内坍体注浆，设止浆墙，采用单液浆，渗水较多采用双液浆；
③对洞内坍体开挖面轮廓线外加设大管棚或小导管，并进行注浆加固；
④地下水较丰富段可采用深（浅）孔周边预注浆辅助加固岩层。
7）坍方段开挖及初支通常采用的方法有：
①超前支护，管棚、小导管、超前锚杆等；
②多断面开挖，如核心土法、单（双）壁侧导坑法、多台阶法；
③初期支护加强，如采用型钢拱架，加密拱架间距，增加锚杆和钢筋网，喷射砼增厚等；
④初期支护分步进行，及开挖后立即支护，如上台阶开挖后立即施作初期支护；
⑤对初支后围岩加强监控量测，保证施工安全；
⑥二次衬砌紧随施工，加强为钢筋砼，采用简易衬砌台车或拼装小模板施工，每循环长度为4～6米，使二衬与初支共同受力。
六、领导高度重视、加强宣传、教育培训工作
1、加强思想意识
加强项目部安全员及施工工区安全员意识，并以此带动隧道施工每一个工人，使做到时刻警惕、时刻预防，项目部采用多宣传、勤培训的原则尽最大限度降低施工安全隐患。
2、规范施工工艺及加强监控量测
通过项目部管理机构加强现场管理，规范现场施工工序，做到每道工序自检合格、监理抽检合格、业主或质检部门检测合格。
不断提高现场施工人员施工水平，监控量测及时准确提供超前地质探测确保及时准确上报围岩情况，制定相应应对措施，降低坍塌风险。
中铁二十一局集团第三工程公司
二〇一〇年十月五日
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