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隧道塌方的预防与应对措施

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  摘要:塌方在隧道施工过程中是一个常见的施工事故。正确而有效地进行预防,防止塌方的发生是对施工安全的最有利保证。也是保证施工进度和施工质量的前提。更能确保隧道结构的长期稳定,降低施工风险,节约成本。一旦塌方发生,行之有效的应对措施能使塌方带来的灾害损失降到最低,能最大程度的挽回生命和财产的损失。因此对塌方的预防和制定塌方应对措施是施工中的一项重要工作。
  关键词:隧道塌方;预防;措施;施工
  
  1预防塌方的技术措施
  隧道施工预防塌方首先要做好地质预报工作,掌握地质情况,选择安全、合理的施工方法和制定可靠的保证措施。
  1.1预报程序
  1.1.1在接近破碎带时,采用地震波探测仪对掌子面前方30~100m范围内的不良地质体的位置、规模、性质作较为详细的预报,粗略的预报围岩级别和地下水情况,每100m施作一次,当有异常情况时适当加密。
  1.1.2在地震波探测仪的基础上采用超前探测验证。对掌子面前方30m左右范围的地质情况作更准确的预报,先进行红外超前探测(每掘进循环一次),然后每个断面布设5个探测孔(其中一孔取岩芯),对掌子面前方地下水、地温及围岩情况进行探测,探测孔25m一个循环,单孔长度为30m左右,相邻探测孔之间的搭接长度为5m。当有异常情况时,结合预测结果判断,可加密钻孔或加深部分爆眼孔,钻孔布置应针对物探异常进行调整。
  1.1.3对多项预测预报手段所得的资料进行综合分析与评判,相互印证,并结合掌子面揭示的地质条件、发展规律、趋势及前兆进行预测、判断,根据超前地质预测预报结果,相应优化调整措施,以确保施工安全及结构安全。
  1.2 预报方式
  TSP-203超前地质预报、SIR-2000地质雷达、工程地质类比、掌子面超前钻孔预报等。
  1.2.1TSP-203超前地质预报
  TSP-203超前地质预报系统是专门为隧道和地下工程超前地质预报研制开发的目前世界上在这个领域先进的设备,它能准确预报隧洞施工前方150m范围内地质条件和岩石特性的情况,为隧道变更施工工艺提供依据,大大减少了隧道施工塌方带来的危险性,减少了人员和机械损伤。
  1.2.2地质雷达
  地质雷达作为TSP-203超前地质预报的补充,在地质复杂地段对TSP-203预报的异常点,比如确定异常体的规模、性质及危害性判断有困难时采用地质雷达作为补充手段。
  1.2.3红外探水
  红外探水测量速度快,基本不占用生产时间;资料分析快,测量完毕即可得出初步结论,室内整理和编写报告可在2h内完成;有较高的准确率,但对水量、水压等重要参数无法预测。
  1.2.4掌子面超前钻孔预报
  用地质钻机超前钻出40~60m的水平钻孔,根据钻孔的岩屑、钻速、水质等的变化情况,综合判断预报前方地质、水文条件。
  预报效果检查:开挖到预报位置时,将实际地质进行素描,和预报地质资料进行对比,以此来评价预报的准确性,积累经验,为以后的预报提供参考,并及时将预测数据、结果反馈至设计单位。
  1.2.5超前探水
  在用TSP203超前地质预报仪和红外线探水仪探测预报的基础上,采用超前水平地质钻机钻孔进行超前探水,探水孔φ55mm,每次超前探水钻孔5个。采用水平钻机钻孔,每次探水段长度40~50m,开挖保留2.50m再进行下一循环探水。钻孔完毕,采用LQ-10B数显流量计测量出水点水量,采用DY-120孔隙水压测试仪测量水压,并做好记录。探水钻孔前,要根据预计的水量、水压,对探水眼孔口进行加固,安装套管可控制阀门;为了防止高承压水突然涌出,钻孔一定要在高压滞水层前面预留15~20m的不透水层作为防护。
  当隧道前方接近可能和地表水系相连通的断层、裂隙发育的岩层破碎带时,以及隧道掘进中发现将有涌水的迹象时,停止掘进,进行探水作业,摸清情况并确定施工方案后再进行掘进。
  2制定应急预案
  经理部成立应急抢险救援指挥领导小组,项目经理任组长,项目工程部、安质部、办公室、物资设备部分工合作,各司其职;在隧道施工至风险较大的段落时,提前准备一些型钢钢架,当初期支护变形或收敛过快,立即采用刚度较大的型钢钢架支撑;施工过程中需预先准备一些较长的中空钢管,如果洞身发生坍塌,可以通过中空钢管,给受困在掌子面附近的施工人员输入新鲜空气和食物;加强通风管路设置,确保在洞身发生坍塌时不致损坏通风管,使隧道施工通风畅通无阻;发生隧道险情后,经理部应急抢险救援指挥系统立即投入运作,在现场设立指挥场所,相关人员到位,组织实施抢险工作;应急抢险救援指挥组织人员现场勘察,救助受困人员至安全地带、撤离施工设备;隧道内发生险情,应急抢险领导小组应立即查明原因、采取有效措施防止事故进一步扩大;对受伤的人员进行临时处置,就近送医院治疗;由项目总工组织制定险情处理措施,交现场技术人员组织实施。
  3施工技术措施
  3.1先排水
  在施工前和施工中都要采取相应的防排水措施,施工时随工作面的向前推进应挖好排水沟。反坡掘进时,还应准备足够的抽水设备。坑壁或坑底有水流出时,应凿眼安置套管集中引排,使其不漫流。
  3.2短开挖
  控制每循环进尺,使各部开挖工序间的距离尽量缩短,以减少围岩暴露时间。
  3.3弱爆破
  破碎岩层尽量用风镐等人工开挖,必须爆破时,要用浅眼、密眼,并严格控制用药量。
  3.4快、强支护
  每步开挖后要及时进行初期支护并封闭成环,针对围岩变形情况,调整支护参数确保支护结构有足够的强度。
  3.5快衬砌
  衬砌工作须紧跟开挖工作面进行,力求衬砌尽快成环。
  3.6勤检查、勤量测
  加密监控量测频率,发现围岩变形或异状,立即采取有效措施及时处理隐患。
  4塌方处理措施
  4.1防止塌方扩大
  塌方发生后,首先要采取有效的抢险措施,防止塌方范围继续扩大。在塌方范围内顶部与侧壁的危石及大裂缝处,要抢先进行清除或锚固。加强原有支护,对塌方范围前后原有的支护进行加固,以防止塌方扩大。在塌方范围内架设支撑或喷射混凝土,必要时加设锚杆。对塌方两端尽快作好局部衬砌,以保证塌方不扩大。
  4.2处理塌方
  如塌方体积较小,且塌方范围内已进行喷锚或已架设好较为牢固的构件支撑时,可由两端或一端先上后下地逐步清除坍碴,随挖随喷射混凝土,随架设临时构件支撑支顶。如塌方体较大,或地表已下沉,或因坍体堵塞无法进入塌方范围进行支护时,则可注浆加固坍体,然后用“穿”的办法在坍体内进行开挖、衬砌。在处理塌方的同时,要加强排水作业,以减少水对塌方的影响。
  4.3塌方段支护
  塌方稳定以后要立即着手进行支护,以确保安全。一般情况下,锚喷支护要比架设支撑的方法更快、更安全、更省料。
  锚喷支护前要由外向里、自上而下逐段清理危石,先在围岩表面喷一层砂浆,再分层喷混凝土,每层5cm,在喷射1~2层混凝土以后立即打锚杆,挂网喷射混凝土。在稳住了塌方体以后,即可清除塌方,进行模筑衬砌和衬砌后回填。
  用支撑构件处理塌方时,可以根据塌方洞体的情况采用人字架支撑、排架支撑、井箍支撑等形式将塌方体支住。支撑构件必须有足够的强度和刚度,支撑之间一定要连接紧密,不得移动和变形,支撑杆件和岩体之间一定要用填塞木塞紧,以免塌方继续扩大。
  4.4衬砌和回填
  塌方支稳以后,立即清方进行模筑衬砌,快速成环,在衬砌拱圈的适当位置预留注浆孔。在衬砌背后先在拱背上浆砌2~3m片石护拱,其余空腔再用轻型砌块回填,最后采用注水泥浆、水泥砂浆或其它材料将其回填密实。
  5结语
  隧道施工地质情况千变万化,必须根据地质情况、围岩稳定情况等等,制定切实可行的预防措施。一旦塌方要实施有效的塌方处理方法,并立即组织实施。尽可能的减少塌方损失。
  参考文献
  [1] TB10417-2003,铁路隧道工程施工质量验收标准[S].
  [2] TB10204-2002,铁路隧道施工规范[S].

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