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摘 要：随着我国交通行业不断加强，隧道的建设越来越多。由于隧道施工作业环境差、危险性大，隧道施工过程中的安全事故屡有发生，如何确保特殊地质隧道开挖施工安全成了各施工单位的头等大事。本文对特殊地质隧道开挖过程存在的安全隐患及应对措施进行探討。
关键词：隧道 开挖施工 安全隐患 控制措施
一、工程概况
本隧道位于太原市境内，将古交兴能电厂的热能引致太原市万柏林区，解决太原市8000万m2的供热取暖问题，对太原市环境治理起着至关重要的作用。太古供热3#隧道全长11040米，为特长隧道。本隧道主洞净宽10.25米，净高5.0米，通风道加宽13.0米，净高5.0米；避险通道采用直墙式，净宽4.6米，净高4.5米。设计等级按照公路一级标准设计。我标段负责施工3#隧道出口端5090米的施工任务。工期要求为24个月，工期紧，任务重。该段地质条件复杂，施工难度大。
二、工程特点及难点
1.工程特点。本隧道为特长隧道。本隧道起讫桩号为K4+450～K15+490，全长11040米，为特长隧道。利用2号斜井掘进的隧道为隧道的中后段。斜井处隧道埋深大，斜井纵坡陡、长度大。斜井处隧道埋深为306.249m，斜井长度为657m，坡度为-25°（-46.6%），工期紧、任务重。正洞出口计划掘进3000m，利用斜井掘进的隧道包括斜井657m及2000m主洞（古交方向施工正洞1102m，太原方向施工正洞898m）。文明施工及环境保护要求高。本标段工程地处太原市，太原是山西省省会，又是山西省的经济、文化中心。施工时须严格管理，文明施工，控制施工垃圾及废水的排放，做好施工环保工作。
2.工程难点。
2.1特殊地质条件下施工，本标段3号供热隧道路线全长5090米，该隧道围岩级别为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，沿线地层复杂多变，主要有采空区、岩溶、陷落柱、硫酸盐岩（石膏）、膨胀岩（泥灰岩）等，断层发育。对工程构成较大影响，施工时严防破碎带涌水、坍塌等隧道灾害。隧道区域内共计发育断层16条，均为非活动性断层。断层处岩性多为泥岩夹砂岩、石灰岩，裂隙发育，岩体结合性一般，拱顶薄层状，强度较低，局部有裂隙水。围岩整体稳定性一般，施工难度大。
所经采空区、岩溶、陷落柱、硫酸盐岩（石膏）、膨胀岩（泥灰岩）等，工期紧张，任务繁重，如何在不同地质条件下快速施工并确保施工安全是本工程的难点。
2.2本工程隧道较长，导致洞内通风距离长，通风效果将影响工序作业效率及作业人员健康，如何确保隧洞施工通风满足要求是本项目的施工重点。
2.3本工程为供热隧道，在隧道施工过程中需对设备安装时的预埋件及预埋基础进行施工，势必影响隧道正洞的开挖及出渣速度，如何选择合理的施工组织方案保证预埋基础不影响正洞施工进度也是本工程的重、难点工程。
三、开挖施工存在的安全隐患
由于本隧道需要穿过多条断层，地质条件复杂。这些不良地质给隧道施工带来严重的安全隐患，隧道施工中安全事故绝大多数在掌子面发生。经过施工单位对隧道掌子面可能发生事故的因素进行分析，确定掌子面危险因素主要有：坍塌、突水突泥、有毒有害气体含量超标、火工品的管理、高空坠落、机械伤害等。 针对危险因素制定切实可行的保证措施，确保隧道施工安全。
四、安全控制要点
1.超前地质预报，本隧道采用TSP203地质超前预报系统，采用地震波探明针掌子面前方150米范围内有无破碎层、富水岩层、突水突泥可能、断层破碎带及其含水性进行检测。超前地质预报可以有效的防止地质灾害和工程事故的发生，根据检测结论指导施工，确定隧道开挖及支护方法。
2.遇特殊地质地段，采用台阶法开挖，并缩小开挖进尺长度，每循环开挖不超过一榀拱架间距，开挖后必须及时进行支护，必要时施做临时仰拱，使拱架尽早闭合成环，开挖下导时再将临时仰拱拆除，虽然工序时间有所加长，但是能提高掌子面作业的安全系数。
3.做到“岩变我变”，根据围岩变化调整隧道初支参数，以实际围岩情况确定支护参数，对特殊地质地段采用两排Φ42超前小导管，纵向搭接长度不小于1m，并对小导管进行注浆。开挖后及时对掌子面进行初期支护，特殊地段适当缩小拱架间距，增加锁脚锚杆数量，并对拱架安设质量进行盯控，钢拱架支垫必须密实、牢靠、稳固，杜绝拱架连接不规范、拱脚悬空及拱脚在落在虚渣上的现象。富水地段需及时将水排出，隧道积水不得浸泡拱架底脚和隧底围岩喷锚必须密实，杜绝初支背后有空洞现象。仰拱应及时施做，使拱架尽早闭合成环。二衬衬砌应在拱顶下沉和水平收敛稳定后及时施做。
4.建立完备的监控量测系统，特殊地质地段适当缩小量测点间距，监控量测点必须及时埋设，并在开挖后2小时内读取初始数据，当拱顶下沉、水平收敛速率达5mm/d或位移累计达100mm时，应暂停施工，撤出人员，及时分析原因，采取处理措施后方准继续施工。
5.隧道内不良气体监测，隧道穿过断层施工很可能发生不良气体外溢，若有毒有害气体含量超标不仅影响施工人员身体健康，还可能给隧道工程造成毁灭性的灾害，每天应对隧道内的瓦斯（CH）一氧化碳（O2）氧气含量（CO）硫化氢（H2S）等有毒有害气体含量进行监测，监测仪器需定期进行校验，确保检测数据真实可靠。
6.火工品管理，火工品属于危化物品，每个隧道施工单位都高度重视火工品的管理，施工单位应在僻静处设置火工品临时存放点或火工品库，按照要求在库房采取“人防、犬防、技防、物防”确保存放点安全。规范火工品领用程序，领取时需由爆破员出具申领单，申领单由项目负责人及相关部室进行审核签认方有效。库管员、爆破员、安全员需在火工品出入库登记本上对所领品种、数量进行确认并签字，火工品方准出库。火工品运输时需将性质相抵触的分车运输，并由安全员进行全程盯控。装药时不得使用金属炮棍进行装药，装药结束留2-3名爆破员外其他人员需撤离至安全地带。引爆时需对掌子面前方300米范围内的人员设备转移至安全地带，并设置警戒才能引爆。剩余火工品安全员监督爆破员退还至火工品库。三方需对退还品种、数量进行签字确认，完成本次爆破作业。
7.隧道施工过程需在不良地质地段设置应急逃生管道，管道从衬砌工作面布置至距开挖面20m以内的适当位置，管内预留工作绳。逃生管道应有足够的刚度、强度及抗冲击能力，通常采用内径Φ600mm-Φ800mm、壁厚不小于6mm的钢管，每节管长为5m，连接牢固，施工单位需对逃生管道进行安全验收。
五、结语
通过太古供热3#隧道工程施工实践，虽然不良地质隧道极易发生安全事故，但是通过加强施工过程管理和制度建设，并采取一系列的安全保证措施，完全可以保证特殊地质隧道施工安全。太古供热3#隧道顺利穿过16条断层及岩溶、陷落柱、膨胀岩、采空区等不良地质，安全掘进5090米，在预定工期实现安全贯通，确保了隧道施工安全。
关键词：隧道 开挖施工 安全隐患 控制措施
一、工程概况
本隧道位于太原市境内，将古交兴能电厂的热能引致太原市万柏林区，解决太原市8000万m2的供热取暖问题，对太原市环境治理起着至关重要的作用。太古供热3#隧道全长11040米，为特长隧道。本隧道主洞净宽10.25米，净高5.0米，通风道加宽13.0米，净高5.0米；避险通道采用直墙式，净宽4.6米，净高4.5米。设计等级按照公路一级标准设计。我标段负责施工3#隧道出口端5090米的施工任务。工期要求为24个月，工期紧，任务重。该段地质条件复杂，施工难度大。
二、工程特点及难点
1.工程特点。本隧道为特长隧道。本隧道起讫桩号为K4+450～K15+490，全长11040米，为特长隧道。利用2号斜井掘进的隧道为隧道的中后段。斜井处隧道埋深大，斜井纵坡陡、长度大。斜井处隧道埋深为306.249m，斜井长度为657m，坡度为-25°（-46.6%），工期紧、任务重。正洞出口计划掘进3000m，利用斜井掘进的隧道包括斜井657m及2000m主洞（古交方向施工正洞1102m，太原方向施工正洞898m）。文明施工及环境保护要求高。本标段工程地处太原市，太原是山西省省会，又是山西省的经济、文化中心。施工时须严格管理，文明施工，控制施工垃圾及废水的排放，做好施工环保工作。
2.工程难点。
2.1特殊地质条件下施工，本标段3号供热隧道路线全长5090米，该隧道围岩级别为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，沿线地层复杂多变，主要有采空区、岩溶、陷落柱、硫酸盐岩（石膏）、膨胀岩（泥灰岩）等，断层发育。对工程构成较大影响，施工时严防破碎带涌水、坍塌等隧道灾害。隧道区域内共计发育断层16条，均为非活动性断层。断层处岩性多为泥岩夹砂岩、石灰岩，裂隙发育，岩体结合性一般，拱顶薄层状，强度较低，局部有裂隙水。围岩整体稳定性一般，施工难度大。
所经采空区、岩溶、陷落柱、硫酸盐岩（石膏）、膨胀岩（泥灰岩）等，工期紧张，任务繁重，如何在不同地质条件下快速施工并确保施工安全是本工程的难点。
2.2本工程隧道较长，导致洞内通风距离长，通风效果将影响工序作业效率及作业人员健康，如何确保隧洞施工通风满足要求是本项目的施工重点。
2.3本工程为供热隧道，在隧道施工过程中需对设备安装时的预埋件及预埋基础进行施工，势必影响隧道正洞的开挖及出渣速度，如何选择合理的施工组织方案保证预埋基础不影响正洞施工进度也是本工程的重、难点工程。
三、开挖施工存在的安全隐患
由于本隧道需要穿过多条断层，地质条件复杂。这些不良地质给隧道施工带来严重的安全隐患，隧道施工中安全事故绝大多数在掌子面发生。经过施工单位对隧道掌子面可能发生事故的因素进行分析，确定掌子面危险因素主要有：坍塌、突水突泥、有毒有害气体含量超标、火工品的管理、高空坠落、机械伤害等。 针对危险因素制定切实可行的保证措施，确保隧道施工安全。
四、安全控制要点
1.超前地质预报，本隧道采用TSP203地质超前预报系统，采用地震波探明针掌子面前方150米范围内有无破碎层、富水岩层、突水突泥可能、断层破碎带及其含水性进行检测。超前地质预报可以有效的防止地质灾害和工程事故的发生，根据检测结论指导施工，确定隧道开挖及支护方法。
2.遇特殊地质地段，采用台阶法开挖，并缩小开挖进尺长度，每循环开挖不超过一榀拱架间距，开挖后必须及时进行支护，必要时施做临时仰拱，使拱架尽早闭合成环，开挖下导时再将临时仰拱拆除，虽然工序时间有所加长，但是能提高掌子面作业的安全系数。
3.做到“岩变我变”，根据围岩变化调整隧道初支参数，以实际围岩情况确定支护参数，对特殊地质地段采用两排Φ42超前小导管，纵向搭接长度不小于1m，并对小导管进行注浆。开挖后及时对掌子面进行初期支护，特殊地段适当缩小拱架间距，增加锁脚锚杆数量，并对拱架安设质量进行盯控，钢拱架支垫必须密实、牢靠、稳固，杜绝拱架连接不规范、拱脚悬空及拱脚在落在虚渣上的现象。富水地段需及时将水排出，隧道积水不得浸泡拱架底脚和隧底围岩喷锚必须密实，杜绝初支背后有空洞现象。仰拱应及时施做，使拱架尽早闭合成环。二衬衬砌应在拱顶下沉和水平收敛稳定后及时施做。
4.建立完备的监控量测系统，特殊地质地段适当缩小量测点间距，监控量测点必须及时埋设，并在开挖后2小时内读取初始数据，当拱顶下沉、水平收敛速率达5mm/d或位移累计达100mm时，应暂停施工，撤出人员，及时分析原因，采取处理措施后方准继续施工。
5.隧道内不良气体监测，隧道穿过断层施工很可能发生不良气体外溢，若有毒有害气体含量超标不仅影响施工人员身体健康，还可能给隧道工程造成毁灭性的灾害，每天应对隧道内的瓦斯（CH）一氧化碳（O2）氧气含量（CO）硫化氢（H2S）等有毒有害气体含量进行监测，监测仪器需定期进行校验，确保检测数据真实可靠。
6.火工品管理，火工品属于危化物品，每个隧道施工单位都高度重视火工品的管理，施工单位应在僻静处设置火工品临时存放点或火工品库，按照要求在库房采取“人防、犬防、技防、物防”确保存放点安全。规范火工品领用程序，领取时需由爆破员出具申领单，申领单由项目负责人及相关部室进行审核签认方有效。库管员、爆破员、安全员需在火工品出入库登记本上对所领品种、数量进行确认并签字，火工品方准出库。火工品运输时需将性质相抵触的分车运输，并由安全员进行全程盯控。装药时不得使用金属炮棍进行装药，装药结束留2-3名爆破员外其他人员需撤离至安全地带。引爆时需对掌子面前方300米范围内的人员设备转移至安全地带，并设置警戒才能引爆。剩余火工品安全员监督爆破员退还至火工品库。三方需对退还品种、数量进行签字确认，完成本次爆破作业。
7.隧道施工过程需在不良地质地段设置应急逃生管道，管道从衬砌工作面布置至距开挖面20m以内的适当位置，管内预留工作绳。逃生管道应有足够的刚度、强度及抗冲击能力，通常采用内径Φ600mm-Φ800mm、壁厚不小于6mm的钢管，每节管长为5m，连接牢固，施工单位需对逃生管道进行安全验收。
五、结语
通过太古供热3#隧道工程施工实践，虽然不良地质隧道极易发生安全事故，但是通过加强施工过程管理和制度建设，并采取一系列的安全保证措施，完全可以保证特殊地质隧道施工安全。太古供热3#隧道顺利穿过16条断层及岩溶、陷落柱、膨胀岩、采空区等不良地质，安全掘进5090米，在预定工期实现安全贯通，确保了隧道施工安全。