施工中可预见风险与预防措施_secret.doc
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1、施工中可预见风险与预防措施一、 隧道工程1、引言由于不确定因素给隧道施工带来很多的不安全因素。一方面需要搞好安全管理,如加强安全教育,强化安全意识,落实安全责任制等,另一方面要切实强化隧道施工中的安全技术,加强风险预测与规避机制,而这方面又常常是隧道施工组织管理的薄弱环节。本文就此抛砖引玉,谈一孔浅见。2 常见不良地质条件的风险预测及规避对策2.1 浅埋地表覆盖层厚度小于隧道跨度时,即覆跨比小于1 时,为浅埋隧道。浅埋多在隧道洞口位置,但也有在洞身位置和全隧为浅埋隧道。2.1.1 风险预测隧道施工易引起地面下沉、开裂,造成地面建筑物变形、破坏等。2.1.2 规避对策(1)采用分部开挖方法。单线
2、隧道微台阶或短台阶,双线隧道采用眼镜法、CD 法或CRD 法施工。(2)开挖前先施工超前锚杆或超前管棚。当地质情况较差、围岩破碎时应先进行地表注浆。(3)采用控制爆破技术,将爆破振动速度控制在规定的允许值之内。(4)加强隧道开挖后的支护。视隧道围岩情况,采用系统锚杆、挂钢筋网然后喷混凝土。或采用钢格栅支护。围岩强度较差时,施做的喷射混凝土支护。(5)加强施工监测。地表沉降量的监测;地表建筑物情况监测;爆破震动监测;围岩收敛变形量测;施工支护应力监测。2.2 洞口顺层滑坡2.2.1 风险预测(1)滑坡上缘裂缝或错落距增大,不连续的裂缝贯通。(2)地面变形速度明显加快。(3)地面构筑物或建筑物等移
3、位、变形,树木歪斜,池塘、水田渗漏。(4)渗出水变混浊,开挖面岩层出水冒泥。(5)裂缝处有响声。2.2.2 规避对策(1)顺层滑坡施工宜安排在旱季施工。在滑坡体上设置桩点,观测滑体变化动态。(2)做好滑坡体内、外的排水工程。(3)对滑坡体进行预加固,设置抗滑桩、锚索桩或桩间挡土墙等。(4)开挖前,先施做3050 m 的超前长管棚,并进行注浆,填塞滑坡体内的裂隙。(5)施工中密切检测拱顶、边墙和支护的变形情况,发现新的裂纹或异状时,要及时加强临时支护。2.3 断层破碎带2.3.1 风险预测(1)采用地质雷达超前预测、预报。(2)当隧道设平行导坑时,平导掘进超前隧洞一定距离,以了解掌握断层破碎带地
4、质情况。(3)洞内超前钻探预报。即在开挖工作面采用水平钻机向隧道前方打超前钻孔探测。2.3.2 规避对策(1)开挖前先施工超前锚杆或超前管棚等对围岩进行预加固。围岩破碎时应先进行预注浆,改良围岩。(2)开挖后的施工支护应加强,视断层的围岩破碎情况,采用系统锚杆、挂钢筋网然后喷混凝土。或采用钢架(或格栅钢架)支护。(3)按设计进行永久性混凝土衬砌支护;或采用钢筋混凝土衬砌;以及增加衬砌混凝土厚度,提高衬砌混凝土强度等级。(4)衬砌后及早压浆。2.4 洞外危崖落石2.4.1 风险预测(1)地形地貌多为深切的V 形或U 形河谷山坡,上部陡崖或倒悬危崖。(2)地形陡峻,山坡凹凸不平,裂隙节理发育,岩石
5、破碎,易形成落石。(3)地表水及地下水活动,使岩层裂隙充水,破坏岩体结构。2.4.2 规避对策(1)施工前,检查洞顶坡面,有无松动岩石,自上而下,分段清除松浮易动的石块。(2)做好防排水,地表水截水引排。填塞岩石缝隙,以防地表水渗入岩层内部,引起落石。(3)拦截危石,在洞顶上方修建拦石网、拦石墙。(4)将洞顶边坡刷方,并改造地形,不使坡面有危石出现。(5)密切观察山坡裂缝,当危崖上有脱缝或裂缝发展时,要立即停工,待检查、处理后再施工。3 常见地质灾害的风险预测及规避对策3.1 岩爆3.1.1 风险预测(1)岩体准强度评价法t = c(Vpd/Vpm) 2式中:t 岩体准抗拉强度,MPa; c
6、岩体单轴抗压强度,MPa; Vpm 岩体(现场)纵波传播速度,m/s; Vpd 岩石(室内)纵波传播速度,m/s。当t 80 MPa 时,可能发生严重岩爆。(2)地应力测试法以周边最大切向应力0 与岩体抗压强度c 推断,即用两者比来推断。当d= c/0 2.5 时发生强岩爆。(3)山体自重应力推算岩爆的临界深度自重应力r= H临界深度Hc= Kjc(3-/(1-))H= H/(1-) 为泊松比;Kj 为系数,据围岩表面应力状态而定,Kj = 0.19,0.29,0.38,0.40. (4)挪威分类 当c/1 = 5 2.5 或t/1 = 0.33 0.16时,为轻微岩爆; 当c/1 2.5 或
7、t/1 0.16 时,为强烈岩爆。其中t、c、1分别为岩体准抗拉强度、岩体单轴抗压强度、最大主应力。3.1.2 规避对策(1)岩爆多发生在埋藏很深、整体、干燥和地质坚硬的岩层中,当设计文件有该类地质时,应提前防卫。(2)岩爆多发生在新开挖工作面及其附近,以顶部或拱腰部位为多,这些地方是防范岩爆伤人的重点部位。(3)超前释放孔。在掌子面自拱部至边墙打超前释放孔。(4)超前周边预裂爆破松弛。采用松动爆破、超前钻孔预爆法,先期将岩层的原始应力释放一些,以减少岩爆发生的可能性或避免大的危险。(5)岩面喷洒水湿润。即向开挖的岩石表面喷射高压水冲洗,预先释放部分能量。(6)锚杆挂网。爆破开挖后及时向拱顶及
8、边墙喷射混凝土,加设锚杆和钢筋网,减少岩层暴露时间和岩爆发生的次数。(7)及时清撬。岩爆发生时,有的石块暂不落地,呈摇摇欲坠之势,要及时清撬。(8)增加防护钢棚。岩爆发生范围内的机械设备要增加防护钢棚,工作人员要配戴钢盔及防弹背心。(9)岩爆高发期,即有片石弹射状、爆炸抛掷状的强烈岩爆发生时,机械设备及人员要撤出岩爆区域,躲避岩爆。 口或有分支,采用注浆堵水。3.2 岩溶 3.2.1 风险预测当隧道穿越可溶性的岩层时,则可能遇有岩溶。(1)洞内超前预报。采用TSP202 地质雷达预测预报系统。 (2)隧道为浅埋时,可进行地表钻孔,探测隧道前方是否有溶洞。(3)当隧道设平行导坑时,平行导坑掘进超
9、前隧洞一定距离,以了解掌握地质情况,分析岩溶存在可能性。(4)洞内超前钻探预报。即在开挖工作面采用水平钻机向隧道前方打超前钻孔。3.2.2 规避对策(1) 小型溶洞的处理 堵塞。位于隧道底部位置的小溶洞,采用换填片石、干砌片石、浆砌片石回填压实。或采用隧道底板梁通过。 位于隧道边墙位置的小溶洞,采用浆砌片石封堵,加强混凝土衬砌封闭。 拱部以上溶洞,视溶洞的岩石破碎程度,采用喷锚支护加固,加设护拱防护,拱顶回填浆砌片石或干砌片石压浆固结。(2)规模较大溶洞处理 跨越。简支梁跨越;栈桥跨越;拱桥跨越;边墙拱跨越;整体浮放支托跨越。 支顶加固。支承墙加固;支承柱加固;拱桥支顶加固;挖孔桩支顶加固。(
10、3)岩溶隧道施工。岩溶隧道开挖同软弱围岩相似,管棚注浆综合预加固,微震爆破,强化初期支护。单线隧道微台阶或短台阶,双线隧道眼镜法、CD 法或CRD 法施工。3.3 突涌水 3.3.1 风险预测 (1)超前探孔。用风枪或钻孔台车进行钻孔,孔长度为5m 以上。明装置均采用防爆型。(2)采用地质雷达检测。 3.3.2 规避对策 (1)引排水。查明溶洞或暗河水源流向及其与隧道位置关系,用涵洞、暗管、暗沟、泄水洞、开凿引水槽、铺砌排水沟等。注水。(2) 堵水。溶洞或暗河的流水量不大,有其它出口或有分支,采用注浆堵水。(3)隧道反坡排水。利用抽水机配以管道排水,分段设置固定泵站和集水井。固定泵站与开挖面之
11、间设置临时移动泵站,用潜水泵抽水至固定泵站的集水井。4 常见有害气体、高温的风险预测及规避对策隧道施工中常见的有害气体多为无毒但可以燃烧和爆炸的瓦斯及天然气,有毒的硫化氢气体等。隧道高温则是隧道较长、埋深较深的产生的比正常高的温度。4.1 瓦斯及可燃气体4.1.1 风险预测(1) 用仪器快速检测是否含有瓦斯及瓦斯浓度。(2) 瓦斯突出危险性预测通常用钻屑指标法,即通过钻粉量的变化判定突出危险性,用煤粉倍率表示:N=Smax /S式中:Smax 最大钻粉量,kg / m;S 正常钻粉量,一般取2.5 kg /m;N 煤粉倍率。N 3.5,严重突出危险性。(3)作业环境瓦斯容许浓度 携带式测量仪表
12、使用地点为 1.0%; 普通光电测距仪工作范围为 1.0%; 钻眼作业处20 m 以内风流中为 1.0%; 焊接防水板作业过程中为 0.5%; 电动机及开关附近10 m 内为 0.5%; 洞内局扇吸入端风流中为 0.5%; 放炮后15 min 开挖工作面为 1.0%; 停风区为 1.0% 。4.1.2 规避对策(1)隧道内所有的固定、移动设备、电器开关、照明装置均采用防爆型。(2)瓦斯隧道内,不得有明火作业,洞内、洞口严禁吸烟,进洞人员穿棉制品。(3) 瓦斯突出防治。钻孔排放;水力冲孔;震动性放炮渗出;深孔松动爆破;岩层或煤层注水。(4)瓦斯排放。瓦斯引排;抽放瓦斯;自然排放。(5)封堵瓦斯。
13、注水泥浆或其它材料,堵塞岩层或煤层裂隙,阻止瓦斯渗入。及时对开挖面进行喷混凝土封闭。尽快进行封闭衬砌。衬砌宜采用气密性混凝土。(6)揭煤施工。当煤层厚度大于0.3 m,有瓦斯突出危险性时,必须进行揭煤施工。揭煤前先进行超前钻孔,探测煤层的层位、倾角、厚度、岩性,地质构造等情况;预测孔。在掘进工作面距煤层适当距离时,至少打两个穿透煤层全厚的预测孔,预测有无瓦斯突出危险性;检验孔。瓦斯排放后,打两个与预测孔相同的检验孔,检查瓦斯排放情况。揭煤施工采用震动放炮一次揭开煤层。不能一次揭开煤层全厚时,对剩余部分,采取防突措施。揭煤后,及时施做金属骨架支护,防止冒顶。(7)加强通风和瓦斯检测。4.2 硫化
14、氢气体4.2.1 风险预测(1)嗅觉判别。硫化氢气体有难闻的腐卵臭味(俗称臭鸡蛋味)。(2)仪器检测法。可快速检测是否含有硫化氢气体及浓度。(3)空气中硫化氢气体的容许浓度:我国国家标准规定为10 mg /m3;美国为22.5 mg / m3。4.2.2 规避对策(1)隧道内施工人员配戴防毒面具,防毒剂由干木炭、碳酸氢钠组成。(2)隧道内喷洒碳酸氢钠溶液,使有毒气体分解成无毒气体。(3)及时对开挖面进行喷混凝土封闭,减少或堵塞硫化氢气体的渗入。(4)加强隧道的通风,稀释硫化氢气体的含量。(5)加强硫化氢气体的检测。(6)对硫化氢气体涌入量较大的地段,尽快进行封闭衬砌,衬砌宜采用气密性混凝土。4
15、.3 高温4.3.1 风险预测(1)超前钻孔测温。(2)洞内温度跟踪监测。4.3.2 规避对策(1)加强隧道内的通风。(2)洞内爆破作业。装药前测定工作面和孔底温度;距离工作面10 m 内要洒水降温;炸药与孔壁不直接接触,须用石棉织物或其它绝热材料严密包装;装药至起爆时间不超过1h 。岩体温度达到60 以上时,采用耐高温的爆破器材。(3)洞内设置降温的冷却站。采用喷雾洒水降温。5 隧道施工中常见惯性事故的风险预测及规避对策隧道施工中常见的惯性事故多为隧道坍塌、爆破作业、施工用电安全以及爆破后危石伤人等。5.1 隧道塌方5.1.1 风险预测(1)在碎裂结构地层中,岩块间互相挤压,开挖后失稳,局部
16、块石坍塌。(2)喷层大量开裂,喷混凝土质量、厚度未达到设计要求。(3)薄层岩体在构造运动作用下,形成小褶曲,错动,岩层层状劈裂,层理、节理缝或裂隙变大、张开。(4)岩层软弱相间或有软弱夹层,有地下水作用,软弱面强度降低或软弱层泥质充填物较多。(5)隧道穿越断层或各种堆积体,开挖后,容易引起坍塌。(6)由于地下水的浸泡、软化等作用,加剧岩体的失稳而坍塌。(7)洞内围岩变形异常,变形速度加大。5.1.2 规避对策(1)采用围岩“预加固”技术,即通过打超前管棚,预注浆加固围岩,提高围岩的性能指标。或者采用旋喷拱或预切槽,减少围岩变形。(2)做好排水。在施工前或施工中,均应采取可行的防排水措施,尽可能
17、将地表水引排,不渗入隧道中。(3)选择正确的开挖方法。采用台阶法、短台阶法、中壁法、眼镜法等技术进行隧道开挖。(4)加强初期支护。增加喷射混凝土的厚度;加密加长锚杆;增设钢筋网或使用喷射钢纤维混凝土;采用或者加密钢架。(5)加强围岩量测。发现围岩变形或异常情况,及时采取紧急措施处理。按设计进行永久性混凝土衬砌支护;采用钢筋混凝土衬砌;增加衬砌混凝土厚度;改变衬砌断面形式(如直墙变曲墙等);提高衬砌混凝土强度等级。5.2 爆破事故5.2.1 风险预测(1)爆破器材受潮或失效。(2)起爆方法不正确。(3)爆破网路联结不正确。(4)瓦斯隧道采用常规爆破作业方法。5.2.2 规避对策(1)选用安全的爆
18、破器材。(2)采用微差爆破。(3)在瓦斯隧道内采用电力起爆,使用防爆型起爆器作为起爆电源。微差爆破的总延时控制在130 ms 内,使瓦斯不及泄出即爆破完毕。(4)盲炮处理。距盲炮炮口间距不小于30 cm处,另打平行炮眼重新装药爆破;用木制或竹制工具,将盲炮炮眼的大部分填塞物掏出,用聚能药包起爆;若起爆网路未受破坏,导爆索或导爆管正常,仍能起爆者,可联线起爆;所用炸药为非抗水类炸药,向孔内灌水,使炸药失效;当电力起爆发生盲炮时,须立即切断电源,将爆破网路短路。5.3 施工用电事故5.3.1 风险预测(1)电压突然降低。(2)电压忽高忽低,不稳定。(3)电气设备不能正常工作。(4)用电常见的事故为
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