路桥建设中黄土隧道施工技术研究

申长伟　管朝红

摘 要：在黄土中开挖隧道应遵循“短开挖、强支护、勤测量、紧封闭”的原则，以尽量减少隧道在开挖过程的沉降变形；为了贯彻实施隧道施工“安全第一、预防为主”的理念，在安全管理控制措施上应着重在安全生产管理体系的构建、安全教育与培训、安全检查与奖罚、事故预警、第三方监控量测等方面进行控制。

关键词：隧道施工 安全问题 管理体系 安全生产

1、工程概况

此次隧道工程是某市的高速公路的黄土石隧道，由于常年开山挖石等人为作用，有较多陡崖和松散堆积碎石堆，隧道进口地表覆盖黄土层，经过多年的雨水冲刷和人为破坏，在地表形成了若干纵横交错沟壑，最深处达10余米。针对隧道洞口浅埋、偏压、软弱破碎、与既有隧道净距小的复杂条件地段易发生坍塌、变形破坏的问题，确定了合理的施工工艺。对光面爆破工艺、湿喷新工艺、全浆锚杆安装新工艺、EVA柔性防水层新工艺、钢架制作施工工艺、长管棚施工工艺及超前锚杆施工工艺进行深入的研究，掌握施工工艺的关键控制技术，保证了隧道安全、快速的施工。施工中特困难地段采用多台阶留核心土环形开挖法施工，以防止隧道冒顶坍塌。针对湿陷性黄土隧道开挖过程中变形过大，容易失稳引起隧道拱顶下沉和收敛变形采取了适宜的开挖、支护施工方法。隧道开挖后围岩的监控量测结果表明，进出口湿陷性黄土段开挖过程中围岩变形较大，开挖后自身失稳，施工前期按设计预留沉落量不能满足限界要求，施工中及时调整了预留沉落量，防止了施工过程中出现侵限现象，同时保证了施工的安全正常进行。

2、隧道施工安全问题

近年来，随着我国交通基础设施建设规模的逐步扩大，公路隧道修建的数量也日益增多，其中不乏有一些特殊隧道。目前在建的张承高速公路張家口至崇礼段就有隧道4座，特长隧道1座，长隧道1座，中隧道1座，短隧道1座。其中最典型的为草帽山隧道，为典型的黄土石隧道，是本段工程施工技术咨询的重点之一。隧道开挖是一个极为复杂的多步骤施工过程，由于本隧道埋藏浅、地表支离破碎、地质情况复杂多变，从而导致隧道在开挖过程中局部变形较大；又由于黄土本身具有承载力低和遇水湿陷等特点，进而在施工过程中出现了诸多的工程问题。隧道自开工以来遇到了拱顶下沉量大、地表开裂、支护开裂等问题，给工程施工带来了很大的安全隐患。隧道监测主要采用这两种方法，其中拱顶下沉量测是在隧道开挖后的拱顶处固定涂有十字交叉的反光涂漆角铁作为测桩。埋设前先用小型钻机在待测部位成孔，然后将膨胀螺钉拧紧角铁即可。对于稳定性较差的围岩，测桩可在锚喷支护后布置。隧道围岩周边位移量测测点的埋设方法与拱顶下沉相同；对于预设点的断面，在隧道开挖爆破之后，沿隧道周边在拱顶、拱腰、中墙和边墙部位分别埋设测桩。由于当时施工方对当时的安全隐患未给予足够的重视，在一次隧道初期支护的时候，发生了掌子面土体坍塌的事故，事故导致了现场喷射工人3人重伤2名轻伤的严重后果，隧道施工被责令停工整改。

3、隧道施工安全控制措施

3.1施工安全技术控制措施

在黄土中开挖隧道应遵循“短开挖、强支护、勤测量、紧封闭”的原则，以尽量减少隧道在开挖施工过程的沉降变形。为了保证该隧道在施工过程中的稳定性，在施工安全技术控制上制定了如下措施。

3.1.1改良地表土

草帽山黄土隧道由于其自身土体的湿陷特性，当隧道开挖遭遇降雨，先期稳定的隧道又会出现不同程度的沉降，进而加剧隧道的变形。为此，对浅埋段隧道地表实施注浆处理是对黄土的一种有效的加固方式。实践表明，隧道地表土注浆要在隧道掌子面掘进到该注浆区域之前20天以上效果显著，否则会由于注浆后土体自重的增加而加大地表下沉和洞内拱顶下沉量。

3.1.2控制开挖进尺及步长

施工中要严格控制开挖进尺，杜绝盲目冒进行为，防止随意加大循环进尺和钢支撑间距。由于黄土的散粒状特性，加之黄土的稳定性差，隧道拱部开挖进尺一般按1榀钢拱架间距控制，下台阶开挖进尺为2榀钢拱架间距，开挖循环进尺应控制在0.6～1.2m，而且左右错开开挖。在对隧道核心土的开挖中，应先对核心土的中心土体进行开挖，使左右两侧逐步卸荷，避免偏压引起较大的不均匀沉降。

3.1.3加强初期支护刚度

开挖后对应力局部不稳定部位及时进行初喷，以保证局部稳定，在变形较大的地段，应减少钢拱架之间的间距，局部地段视情况进行钢拱架加密处理，以大大提高初期支护刚度，减少变形。

3.1.4防排水

鉴于黄土的遇水湿陷性，一旦遇水，黄土先前的承载力会大大降低，所以开挖及初期支护施工过程中应加强施工用水管理，严禁浸泡初期支护基础，保证安全，防止整体下沉；针对先期已开挖浅埋段，对地表进行覆盖处理，将降雨排至隧道结构以外，避免降雨增加先期支护结构的下沉；做好洞顶、洞门及洞口的防排水系统工程，排水沟应进行辅砌，防止地表水下渗。

3.2施工安全管理控制措施

要确保施工的安全，就必须提高管理，加强施工过程安全管理。为了贯彻实施隧道施工“安全第一、预防为主”的理念，在安全管理控制措施上应着重在安全生产管理体系的构建、安全教育与培训、安全检查与奖罚、事故预警、第三方监控量测等方面进行控制。

3.2.1构建安全生产管理体系

在隧道施工期间，首先应根据项目自身建设特点，构建建设单位、监理单位、施工单位和其他项目参与单位为一体的安全生产组织机构；其次针对隧道施工过程中各分项工程施工特点及各阶段工况，对施工中存在的风险因素和事故类别应用大数据原理构建标准化防护措施；最后通过分析施工环境的危险源致灾机理，对隧道施工过程中存在的重大危险源进行识别。

3.2.2安全教育与培训

建立完善的隧道施工安全教育与培训制度，对新入场的工人和调换工种的职工实施严格的三级安全教育和技术培训，并经考核合格后方准上岗作业。定期组织工人对隧道施工中涉及的危险源、危险环境、危险自救等内容的学习。

3.2.3安全检查与奖罚

在安全检查上要推行项目领导带班检查制度，要求项目领导轮流在施工现场组织协调和指导项目的安全生产活动和安全检查。针对关键控制点和涉及重大危险源的工序施工，项目经理、总工都需在现场亲自检查组织方案和技术方案的可靠性，掌握第一手资料，及时发现和消除安全隐患和风险，并组织召开相关总结会，明确进一步保证安全质量的改善、改进方法和措施。在日常的检查过程中，应建立并完善奖罚制度，奖勤罚懒、奖优罚劣，对安全事故隐患零容忍。

3.2.4第三方监控

施工监控量测是隧道施工的灵魂，测是一项贯穿构筑隧道全过程的工作。是直接在整个隧道的施工过程中起到了极其重要的“眼睛”作用。为此，需要引入独立的第三方机构，对隧道做施工监控量测，为隧道支护系统的优化和施工决策做好服务，提高隧道施工的安全性。

4小结

隧道施工是一项极其复杂的工程建设活动，影响隧道施工安全的因素很多，危险源涉及面广。因此在隧道施工安全控制上应从技术手段和管理手段两方面进行改进和完善，并对其给予同等地位的重视，避免一味的加强技术手段而忽视了管理手段或加强管理手段而忽视了技术手段。

参考文献

[1]李海波.黄土隧道开挖过程中应注意的问题.公路与汽运，2004，8（103）：109-111.

[2]万俊峰.黄土质软弱围岩大跨隧道施工技术.西部探矿工程，2002，（001），216-217.