楊占平
中鐵二十四局集團(tuán)有限公司 上海 200070
正文:
隨著當(dāng)前我國交通運輸行業(yè)中鐵路系統(tǒng)“十三五”規(guī)劃的新建新建線路及投資規(guī)劃,可看出,隧道施工在安全風(fēng)險管控措施方面也有了新的進(jìn)展突破。目前,鐵路線路的建設(shè)逐步延伸向西北山嶺及高原地區(qū),由于隧道施工的隱蔽性特點,加大了其施工難度,尤其是hi在軟弱地質(zhì)圍巖類型隧道施工中。因此,如何加強(qiáng)此類鐵路隧道建設(shè)中安全風(fēng)險管理,并通過預(yù)防控制措施提升安全風(fēng)險管理意識,成為當(dāng)前高速鐵路隧道建設(shè)過程中重要理論內(nèi)容。
(1)隧道開挖過程中,由于圍巖結(jié)構(gòu)和工程水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性,導(dǎo)致施工風(fēng)險存在具有客觀性。
(2)隧道施工周邊環(huán)境惡劣,導(dǎo)致勘察資料搜集有限,隧道設(shè)計理論不完善,易造成施工過程中突發(fā)狀況發(fā)生,使得隧道施工風(fēng)險發(fā)生偶然性加大。
(3)隧道設(shè)計過程中,離散數(shù)據(jù)分布范圍大,勘察報告涉及的內(nèi)容相對少,造成施工風(fēng)險可變性加劇。
(4)鐵路隧道施工風(fēng)險發(fā)生具有層次性,不僅與自身施工技術(shù)有關(guān),與周邊環(huán)境的影響也具關(guān)聯(lián)性。
隧道施工引發(fā)的安全風(fēng)險和施工管理問題,主要發(fā)生在地形較為復(fù)雜特定地區(qū)。隧道施工容易受水文地質(zhì)等因素的影響,任何一個細(xì)小的問題出現(xiàn)都會對整個工程帶來毀滅性的災(zāi)難。因而在進(jìn)行隧道施工前必須對每個里程段的地質(zhì)特征進(jìn)行細(xì)致的觀測,但是實踐中往往是即使進(jìn)行了相關(guān)的勘測仍然存在一定的安全隱患。引發(fā)安全隱患的原因是多方面的,主要原因如下:第一,貴州省地處云貴高原東部,喀斯特地質(zhì)普遍發(fā)育。該區(qū)域鐵路建設(shè)必然遇見很多穿越巖溶地層的隧道,巖溶是隧道施工過程中常見的地質(zhì)情況,它容易導(dǎo)致開挖作業(yè)面突泥、涌水、支護(hù)變形、塌陷等,直接危及人員與施工設(shè)備安全,影響施工進(jìn)度,進(jìn)行初級支護(hù)的時間就會被推遲,進(jìn)而發(fā)生變形,對工程造成不可估量的損失;第二,地形較為復(fù)雜的地區(qū)修建隧道等基礎(chǔ)設(shè)施勢必要對洞門及邊仰坡開挖,由于一些圍巖無法滿足特定的條件,在開挖過程中可能對隧道周圍的土體基礎(chǔ)造成破壞,影響整個建筑施工和周圍的地面交通運行。
完善的安全管理體系是保障隧道工程施工安全進(jìn)行的前提,只有將安全管理辦法貫徹到施工的每個環(huán)節(jié)中才能保障工程的質(zhì)量以及人員的安全,減少事故的發(fā)生。與其他工程相比,隧道工程在安全管理上存在更大的困難,這與上文中提到的復(fù)雜的水文地質(zhì)環(huán)境有關(guān),同時也與安全管理體制的缺乏存在極大的關(guān)系。并且各種安全標(biāo)準(zhǔn)管理體系都已在項目規(guī)程中明確列出,但是在后期項目實施中沒有得到足夠重視。所以各種關(guān)鍵性安全管理部門和措施的疏忽,極大的阻礙了隧道施工的安全性和有效管理,才導(dǎo)致施工過程中各種違反安全施工的情形出現(xiàn),并且難以進(jìn)行有效的管理,最終影響了整個工程的施工效率,導(dǎo)致施工質(zhì)量存在問題。
當(dāng)前的隧道施工過程中對施工隊伍的管理過于松散,不能及時有效的應(yīng)對施工中出現(xiàn)的安全隱患,尤其是一些具有多年施工經(jīng)驗的工作人員在施工操作的過程中更容易受自我意識的影響,不能及時發(fā)現(xiàn)隱含的問題進(jìn)行及時處理。甚至有的施工人員并沒有按照施工方案中規(guī)定的進(jìn)行施工,反而進(jìn)行施工方案的修改,由于隧道施工中的地形較為復(fù)雜,即使是一點很小的改動也會影響整個施工的安全性,施工人員安全意識的缺少嚴(yán)重影響了隧道施工的安全管理。
目前,隧道施工水平與國外最大的差別就是隧道機(jī)械化水平落后,國內(nèi)隧道施工大部分使用人工操作,這樣做不但工作效率低,而且存在很多施工安全隱患,施工質(zhì)量也存在過多的問題,如果施工現(xiàn)場發(fā)生隧道災(zāi)害事故,對人員傷亡率比較大。現(xiàn)在大部分隧道采用人工風(fēng)鉆打眼,不但沒有發(fā)展前進(jìn),反而倒退了。鋼拱架架設(shè)、防水板鋪設(shè)、仰拱施工基本是采用人工配合簡易機(jī)械、簡易棧橋施作,勞動強(qiáng)度大,工效低,也存在安全隱患。分步開挖大型機(jī)械用不上,又不配套小型機(jī)械,完全人工施作。噴射混凝土基本采用人工抱噴槍噴射,很少采用噴射機(jī)械手噴射,還有個別單位采用干噴方法。
本項目起點位于貴陽白云區(qū),終點設(shè)為龍里北站,線路總長51.255km,本線路共建隧道數(shù)量23座,由環(huán)境影響報告內(nèi)容顯示,隧道施工過程中除了會產(chǎn)生較多的廢渣外,同時軟弱地質(zhì)圍巖地段隧道施工過程中會有極大可能引發(fā)地下水,從而造成地表水流失,開挖導(dǎo)致地表擾動等施工風(fēng)險因素的發(fā)生。本項目規(guī)劃地理位置圖如下圖1所示。
圖1 滬昆高鐵貴陽環(huán)城快鐵東北環(huán)段(白云至龍里北聯(lián)絡(luò)線)地理位置圖
塌方,瓦斯。由于隧道自身的地質(zhì)特點,且地下水主要類型為基巖裂隙水,造成土石方失穩(wěn)塌方,產(chǎn)生有害氣體的施工風(fēng)險易發(fā)生。
塌方、突水、突泥。隧道施工中,會穿越深埋地段,埋深量一般控制在地下30m~50m之間,強(qiáng)風(fēng)化層厚度大,且頂板的風(fēng)化層厚度薄,易導(dǎo)致圍巖破碎可能性大,發(fā)生突水和突泥的概率大。
結(jié)合以上發(fā)生概率較大的隧道施工風(fēng)險,應(yīng)采用大拱腳臺階法進(jìn)行開挖,不同級別的圍巖進(jìn)行復(fù)合襯砌,采用全環(huán)120b型鋼架結(jié)構(gòu),拱部φ42超前導(dǎo)管2.4m/環(huán)。加強(qiáng)施工空間的通風(fēng)與瓦斯監(jiān)控。
3.2.1 采用成熟先進(jìn)施工技術(shù)水準(zhǔn)、多點面控制
(1)使用超前的監(jiān)控量測手段
隧道施工時需結(jié)合多種手段來監(jiān)測指導(dǎo)現(xiàn)場施工:①TSP系統(tǒng),TSP系統(tǒng)是利用地震波在不均勻地質(zhì)體中產(chǎn)生的反射波特性來判定并預(yù)報隧道掌子面前方150m及周圍臨近區(qū)域地質(zhì)狀況;②超前水平鉆探法:超前鉆探法是采用超前水平鉆機(jī)在掌子面上導(dǎo)坑及下導(dǎo)坑拱部及邊墻通過鉆孔取芯,做好鉆孔記錄來判定掌子面前方30米的圍巖情況;③拱頂下沉及周邊位移:作為隧道主測項目通過監(jiān)測結(jié)果分析采用時態(tài)曲線和回歸分析法,依據(jù)時態(tài)曲線的形態(tài)對圍巖穩(wěn)定性、支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)做安全評價預(yù)測變形發(fā)展趨向,并將結(jié)果反饋給設(shè)計、監(jiān)理,從而實現(xiàn)動態(tài)設(shè)計、信息化施工并提出實施意見指導(dǎo)施工。為施工中調(diào)整圍巖級別、修改支護(hù)系統(tǒng)和設(shè)計變更提供依據(jù);④加深炮眼:是通過在掌子面開挖前在拱部和邊墻利用128風(fēng)鉆鉆孔,孔深6m在每個開挖班開挖前鉆孔,通過鉆孔的鉆進(jìn)速度快慢及鉆孔芯樣來判定掌子面前方的圍巖情況確保現(xiàn)場施工安全;⑤掌子面地質(zhì)素描法:主要通過對掌子面已揭露的圍巖進(jìn)行觀測與編錄,對掌子面前方圍巖延伸情況進(jìn)行有依據(jù)的推斷。
3.2.2 建立隧道施工風(fēng)險監(jiān)測及現(xiàn)場巡視制度
依據(jù)環(huán)境影響評價報告,結(jié)合施工現(xiàn)場環(huán)境,針對軟弱地質(zhì)圍巖施工特點,建立基于特殊地質(zhì)災(zāi)害突發(fā)為基礎(chǔ)的探測預(yù)報機(jī)制,具體的施工方式為:掌子面地質(zhì)素描;采用超前水平鉆孔,距離不小于30m,超長的炮眼孔數(shù)為3~5個,實際產(chǎn)生的距離為4~6m,在施工異常處,往往可以設(shè)置相應(yīng)的地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行檢測,或者利用紅外探水方式進(jìn)行處理。此外在監(jiān)控量測的工作中,應(yīng)結(jié)合開挖、支護(hù)作業(yè)等形式加強(qiáng)施工布點與監(jiān)測。
3.2.3 提高隧道機(jī)械化施工水平
目前,隧道施工水平與國外最大的差別就是隧道機(jī)械化水平落后,國內(nèi)隧道施工大部分使用人工操作,這樣做不但工作效率低,而且存在很多施工安全隱患,施工質(zhì)量也存在過多的問題,如果施工現(xiàn)場發(fā)生隧道災(zāi)害事故,對人員傷亡率比較大。但如果采用機(jī)械化施工不僅提高了工作效率,配備先進(jìn)的機(jī)械化設(shè)備,如現(xiàn)場采用混凝土自動噴射機(jī)械手、鋼拱架架設(shè)機(jī)、防水板鋪架臺車、隧道二襯噴淋養(yǎng)生設(shè)備、隧道施工多功能鉆機(jī)等;這樣不僅改善了現(xiàn)場作業(yè)條件和作業(yè)環(huán)境,避免災(zāi)害事故,而且會減少事故帶來的經(jīng)濟(jì)和人員損失。
隧道鉆孔設(shè)備性能是影響開挖的主要因素,人工風(fēng)鉆打眼配合臺車鉆進(jìn)開挖能力與先進(jìn)機(jī)械開挖鉆進(jìn)能相差很大。 采用人工鉆機(jī)進(jìn)行開挖對施工影響大,且隧道拱部及邊墻會存在不同程度的超挖現(xiàn)象及炮眼殘留率也不高,造成原材料浪費及初期支護(hù)后存在局部空腔從而為隧道以后運營埋下安全隱患。如使用先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備如引進(jìn)三臂鑿巖臺車,這樣不僅提高了隧道安全、質(zhì)量及進(jìn)度,而且提高了隧道初支表面平整度及炮眼殘留率,為二襯施工鋪墊了基礎(chǔ)。
梳理出風(fēng)險隧道的風(fēng)險源及應(yīng)對措施,制定風(fēng)險隧道施工工藝、逃生預(yù)案、施工作業(yè)指導(dǎo)書和安全保證措施并進(jìn)行培訓(xùn)和演練, 發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與設(shè)計不符、地質(zhì)突變等重大險情,要立即停工,及時報告,果斷采取措施。
3.2.4 建立完善的安全管理體系
完善的安全管理體系能夠有效的保障隧道工程施工的順利進(jìn)行,確保施工人員的安全,降低事故發(fā)生率,因此必須引起足夠的重視。我國的相關(guān)法律中明確規(guī)定了要重視施工的安全,隧道施工中面臨的各種突發(fā)性問題以及施工的難度相比其他施工中更為嚴(yán)重,安全管理就變得尤為重要。筆者認(rèn)為施工單位要嚴(yán)格貫徹國家的相關(guān)法律法規(guī),在公司規(guī)章制度和施工規(guī)范中進(jìn)行明確的規(guī)定,嚴(yán)格約束施工人員的施工行為,一旦出現(xiàn)違反法律規(guī)定和公司安全管理規(guī)范的行為,必須進(jìn)行嚴(yán)厲的處罰。并且可以通過獎懲機(jī)制的建立輔助安全管理體系的實施,通過對嚴(yán)格遵守安全施工和管理條例的人進(jìn)行獎勵可以起到一定的模范作用,加之懲罰機(jī)制的鋪助能夠更好的保障施工的安全順利進(jìn)行。
3.2.5 提高施工人員和施工隊伍的素質(zhì)和安全意識
(1)加強(qiáng)安全教育培訓(xùn)
施工隊伍的規(guī)范性管理和施工人員的安全責(zé)任意識,直接影響了隧道施工工程能否順利完成。隧道施工方案先行,工人上崗前必須進(jìn)行進(jìn)行崗前安全教育培訓(xùn),一個月不少于一次。培訓(xùn)完畢后進(jìn)行安全知識考核,這樣才能從根本上加深施工人員對安全知識的理解。
(2)加強(qiáng)安全質(zhì)量專項監(jiān)管
加強(qiáng)隧道安全質(zhì)量施工的質(zhì)檢人員, 對關(guān)鍵部位要嚴(yán)格把控, 發(fā)現(xiàn)隧道掌子面有變危及施工安全要立即要求現(xiàn)場人員停工撤離,確保施工安全。
(1)依據(jù)工程實例,分析了軟弱地質(zhì)圍巖隧道施工風(fēng)險特點,并對發(fā)生施工風(fēng)險的原因及對應(yīng)措施進(jìn)行分析。為規(guī)范施工技術(shù),做好風(fēng)險防護(hù)具有理論指導(dǎo)意義。
(2)在施工過程中,可建立專家指導(dǎo)及治理機(jī)制,成立專家評審小組,對施工風(fēng)險的識別、風(fēng)險管控等方面措施進(jìn)行深入分析,通過現(xiàn)場勘查和咨詢評估,對風(fēng)險管控措施進(jìn)一步優(yōu)化。
(3)重視隧道施工風(fēng)險應(yīng)急演練,由于隧道施工風(fēng)險因素大,施工環(huán)境惡劣,作業(yè)空間受限,再加上施工過程中的圍巖結(jié)構(gòu)是動態(tài)性變化的,因此應(yīng)建立風(fēng)險應(yīng)急演練體系,加強(qiáng)施工技術(shù)人員的施工安全保護(hù)意識。