东山供水工程土质隧洞施工过程中存在的安全隐患及预防措施分析

刘志鹏

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

0 引言

工程安全问题是工程建设中的重中之重，工程建设都必须把安全生产摆在第一位，切实增强责任意识，始终坚持水利工程“质量第一、安全至上”的原则，既要保证工程质量、进度，更要注重工程安全管理。

山西省目前正在实施“两纵十横”大水网工程建设，大水网工程设计大量采用了隧洞，包括岩石隧洞和土质隧洞。隧洞工程施工安全问题突出，而土质隧洞安全问题较之岩石隧洞更加突出。

1 东山供水工程施工隧洞概况

东山供水工程施工隧洞现场位于晋中市榆社县云竹镇的云竹村和向阳村范围。起点为3#隧洞进口，终点为8#隧洞进口，线路全长约2.93 km，其中：土质及岩石隧洞4座（总长约1.80 km），连接管（涵）3段（长约0.86 km）,调节阀室一座。

5#隧洞为土洞，开挖断面为马蹄形，最大开挖尺寸为3.9m×3.9m，洞长731.42m，洞底高程为▽1018.68m～▽1 018.43 m，洞底纵坡为1/2 700。2012年5月20日，5#隧洞进口段开始掘进。隧洞中水、电、气、风管线路复杂，塌方比较频繁，施工环境比较恶劣，很容易发生事故。为了杜绝事故的发生，加快掘进进度，在施工过程中针对一些突出的安全隐患进行了系统解决。

2 安全生产组织管理

为了加强隧洞隐患及处理，保证工程顺利进行。在土质隧洞施工各工序中，确定安全生产管理目标，建立健全安全生产组织机构。工程实施中，建立以项目经理为现场第一责任人的安全生产保障体系。工程项目实行三级安全生产管理，建立以项目经理为组长、安全员为副组长、各隧洞管理员为成员的安全生产领导小组。安全生产领导小组落实安全生产管理目标，制定安全生产保证计划，对安全生产体系运行过程中，出现不符合要素的要求，施工中出现的隐患，制定预防措施，并对措施落实情况进行监督检查。

3 东山供水工程土质隧洞施工过程中存在的安全隐患及处理措施

3.1 塌方问题及处理措施

5#隧洞在开挖过程中，掌子面顶部还发生过一次大面积塌方，形成了1～3 m见方深度的倒漏斗型空腔，塌方土体压弯超前锚杆（φ28、3 m长）22根、压毁钢拱架1榀，并导致第67榀钢支撑下沉变形。而且土块还在不断塌落，渗水也比较严重，其位置正好在山体内，此情况不宜采取固结灌浆法而应该采取超前支护通过塌方段。具体措施如下：

（1）在不清除掌子面处的塌方土体的情况下，再用机械运输土方，堆放在紧靠掌子面处与原来塌方土方一起形成高3 m多的土包，这样可防止顶部塌方引起掌子面坍塌，造成前方土体失稳形成连锁反应，造成二次破坏。

（2）打入超前管，在塌方面上形成弧形面。在前2榀拱架顶部周围并排打入长度为5～6 m φ40的钢管横穿整个塌方面，形成一个刚体弧形面。超前钢管间隔要紧密，并与前两榀钢拱架形成垂直角度并与钢拱架进行焊接固定，与钢拱架形成一体。插入掌子面土体内超前导管长度保留50 cm～1 m的深度，使得管棚稳定，能够承压上方土体坍塌的重量。

（3）超前管完成后，迅速支护钢拱架。采用缩短钢拱架支护间距每间隔50 cm支护一榀(原先为1 m支1榀)，支护完成后并迅速进行挂网喷浆完成喷护。

（4）利用水泥、水玻璃双浆液注浆，对塌方段进行注浆，把塌方段松散黏性土固结，使得拱顶周边形成厚1 m以上的保护层。

（5）在后续开挖中土质还处于不良状态，采取了分台阶开挖方式，这种方法可减小洞顶与地面的落差，支护拱架方便。具体方法是：先开挖顶拱部分，支护完成拱顶后，挂网喷浆；再后续开挖拱腿底拱部分，对其挂网喷浆。遇到掌子面出现砂层或地质稍差时，也可打入双层超前锚杆，原设计是打入3 m长度的超前锚杆掘进2 m支护2榀拱架再进行打入超前锚杆。在遇到地质差时，可间隔1 m打入超前锚杆，这样在作业面下方形成双层锚杆比较安全，或缩小拱架间距，以此循环作业。台阶法、双层锚杆法和缩小拱架间距法可同时使用，也可分开使用，视土质情况而定。

3.2 土质不良问题及处理措施

开挖过程中，在穿乡镇公路段，发现土质比较疏松。经鉴定，属于二级土，里面还夹带有30～50 cm砂层，再加上隧洞顶部渗水比较大，加大施工困难，导致开挖无法正常进行，影响了工程进度。经过钻孔检测易坍塌段长为20 m。洞顶覆土平均9 m。为了加快进度，决定采用洞外旋喷固结灌浆法对易坍塌段进行固结灌浆处理。具体措施如下：

（1）考虑到洞顶是一个小土包，决定挖除土包，在塌方段洞顶形成一个灌浆平台。挖除土包后作为灌浆平台。

（2）在隧洞顶部开始灌浆，在隧洞轴线及左右1.5 m处共布置3排孔，孔距1.5 m，梅花型布置。另外在隧洞右侧3 m处布置4个扩展观察孔，共计布孔48个，平均孔顶高程▽1 037.20 m，孔底高程▽1 022.70 m，平均孔深14.5 m。共计地质钻孔696 m。

（3）为使灌浆液在灌浆过程中不渗漏，在灌浆前用砌砖对洞内掌子面进行了封堵。

（4）在洞顶每隔2 m打孔进行水泥灌浆，灌浆深度为8～9 m，要求在地下距平台面平均深度5.5 m处形成一个高5 m，宽5 m，长度20 m的一个长方体。

（5）灌浆的浆液配合比为水泥、水玻璃比重为1:0.5，灌浆是为了水泥浆与土结合后形成一个比较稳固的地质，可是浆液与土的结合体尽量不要太坚硬，如果太硬将不能使用扒渣机开挖，还得使用爆破开挖法将更影响了土体的稳定性，增加了开挖难度，所以浆液配合比是关键。既要满足开挖容易，又要兼顾开挖时不易塌方。

（6）按照设计和方案要求隧洞轴线沿灌浆立方体轴线开挖，洞顶灌浆体厚度为0.85 m底部灌浆体0.85 m，洞壁灌浆体厚度为两边各0.85 m。

（7）灌浆完成后，进行开挖。在开挖过程中要保证按照塌方施工方案进行，在塌方段可视灌浆后的情况而定，如果灌浆情况不好，可将钢拱架调整为50 cm支1榀进行支护，还可增加超前锚杆长度和数量。如果灌浆情况良好，可按照正常1 m 1榀正常支护。这次灌浆形成灌浆体良好，在距离公路边线5 m处采取50 cm支护一榀拱架。

3.3 渗水安全隐患及处理措施

在5#隧洞中，泥水处理是施工中最大的难题，因为隧洞中地下水比较丰富，渗水从掌子面、洞壁钢拱架与混凝土接缝、隧洞底部不断渗出，造成施工中洞内积水比较深，道路泥泞，运输车辆通行困难，洞内环境潮湿，很容易发生触电事故，水、风压力管锈蚀会严重引起爆管现象，掌子面渗水引起塌方等问题，出现连锁反应。为了控制渗水采用以下措施加以防范：

（1）加大抽水强度，实行24 h值班抽水制度，进行昼夜不间断向洞外排水。

（2）加大排水力度，洞内洞外增加水泵，洞内每间隔大约30 m，在洞底边缘处砌筑一个长宽高各50 cm的水坑，底下安放一台2英寸潜水排污泵向洞外排水。

（3）在洞外用浆砌石砌筑一个长宽高各2 m的龙头坑，安设2台4英寸潜水泵，同时为这两台水泵配备了自动抽水装置，水位到达龙头坑的一定高度自动抽水，将水排入附近水库。

（4）由于洞内比较泥泞，采取在洞内铺设一层20～30 cm的大粒径石子。在局部地基比较软的地段将原地基挖除换填大块石，再铺上大粒径石子。这样可保证了车辆在洞内的行驶安全。

3.4 有害气体安全隐患及处理措施

5#隧洞施工中，由于装渣，喷射混凝土，内燃机和运输车辆的排气，洞内氧气太少，开挖时地层中放出混杂各种有害气体，使洞内狭窄空间的空气非常混浊污浊，严重威胁人体健康。必须向洞内供给新鲜的空气，排除有害气体，降低粉尘浓度，有效通用的方法就是通风处理。采取以下措施：

（1）通风机安设位置，施工隧洞是3.9 m×3.9 m的马蹄形隧洞，风机安设在隧洞外面和隧洞顶部位置。为了解决通风问题，采用2台至3台直径80 cm的HTF(A)系列消防高温排烟轴流通风机，风量20 540 m3/h，全压310 Pa的风机以串联方式接入在接入，在接入200 m后发现风压不足，所以在隧洞中间部位增加安设一台相同风机，压力具体要满足氧气输入、烟雾的排除等隧洞内施工要求。

（2）隧洞截面比较窄，为了不影响施工车辆和人员通行安全，通风筒直径80 cm挂设在隧洞顶部。风口接入到距离掌子面20 m处，这样可不影响掌子面开挖、打入超前锚杆、支护钢拱架、喷浆等施工运转要求，也满足通风所需要求。

3.5 洞内临时用电中存在的安全隐患及处理措施

洞内临时用电应更为慎重，安全防护管理要严格，重点防护要突出。针对洞内实际情况，采取了以下措施加以防范：

（1）供电线路必须采用“三相五线”制，供电设备和供电线路必须按照设计方案实施。

（2）洞内照明和机械设备的线路必须安设漏电保护器，配电柜挂设在渗水少相对干燥的洞壁上，并做好防水、防潮措施。

（3）洞内扒渣机、电焊机、喷浆机、水泵等设备采用“一机一闸一漏电保护一接地”，防止漏电起火或漏电伤人。尤其扒渣机使用的是380 V电压驱动，电缆从洞外引入线路比较长，接头比较多。在拖行电缆过程中比较危险，所以采用了快速插拔装置，每隔20 m设置一个。电缆挂设在洞壁上，与照明线路分开布设。接头用绝缘橡皮胶管包扎。

（4）在洞内工作面使用国家规定的12～24 V的安全电压，尤其在掌子面处，使用电压24 V的行灯。

（5）供电线路和通风通水管分别整齐挂设在洞内两侧，防止电路和管路互相交叉干扰。

（6）电工持证上岗，负责每周对洞内电器，电缆进行定期检查，形成检查记录。

（7）除电工以外施工人员一律不准自行接线。

（8）对线路搭铁交叉处都要穿胶皮管通过。

（9）在隧道中，视线不好，所以照明必须良好，采用间隔3 m一个防潮灯管。

3.6 车辆运输过程中存在的安全隐患及处理措施

在5#隧洞施工中，人员、车辆进出频繁，隧洞内空间有限，剐蹭现象时有发生。为消除运输车辆带来的安全隐患，对车辆采取以下措施进行管理：

（1）机动车辆运行时，保证车况良好。

（2）驾驶人员必须持证上岗。作业前开挖人员和司机不许喝酒。

（3）由于洞内照明有限，车辆运行前，检查车辆的照明系统、刹车制动、油水等是否完好充足。

（4）车辆在洞内行进中，要观察车辆前后是否有障碍物或人员，车辆启动前必须打开灯光，危险报警灯，方可移动。

（5）机动车辆在洞内行驶时，速度控制在15 km/h以内，所有运输车辆严禁人员和料具混装；严禁超宽、超载、超高、超速。以免发生侧翻、碰撞等安全事故。

（6）雪天、雨天，车辆停止作业，或者采取措施清理道路积雪和积水淤泥，保证安全通行。

3.7 空压机及风管使用过程中存在的安全隐患及处理措施

在5#隧洞中，压力管道容易锈蚀和压力过大，造成物理爆炸。采取以下措施进行防范：

（1）空压机要安排专人看护，按时检查养护空压机，时刻检查空压机和气包压力表，控制压力在安全范围内，防止出现爆管发生，保证洞内人员安全。

（2）洞内高压风、水管表层涂刷不同颜色防锈油漆以区分风、水管和防止管道锈蚀。

（3）安排专人对高压风、水管定期检查维修，确保完好，防止爆裂。

4 效果分析

东山供水工程土质隧洞施工过程中，通过加强管理，确保危险因素消失或消减，对部分无法消除的隐患采取措施，确保危险程度降至最低。深刻贯彻“安全第一，预防为主，防治结合，综合治理”的方针，采取有效措施，认真落实安全生产责任制，实行水利安全生产工作一票否决制。完善应急预案，严格执行领导带班和24 h值班制度。始终做到安全意识一刻都不能放松，安全隐患一个都不能放过，安全责任一点都不能含糊，严防发生安全事故。从隧洞的隐患处理中，我们意识到只要工程措施严格实施、管理措施得当、教育措施深刻、防护措施及时、应急措施到位，就一定能把安全隐患消除在萌芽状态，为工程顺利运行打好坚实基础。