公路隧道拆除與擴(kuò)挖工程中的安全管理與控制措施
——以廣東某高速公路隧道為例

姚凱敏，李 龍，卜繁敏，趙 陽

中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001

1 工程概況

某隧道結(jié)構(gòu)為高速公路雙洞單向分離設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)車速為100km/h。隧道采用洞口小間距，中間分離式的形式，間距變化范圍為21～27m，間距21m處樁號(hào)約為K9+933，間距27m處樁號(hào)約為K10+175。進(jìn)、出口洞門為端墻式，隧道路線縱坡2.6%，穿越山體，最大埋深為140m，地形坡度一般為20°～35°。該工程原設(shè)計(jì)雙向六車道，設(shè)計(jì)變更為高標(biāo)準(zhǔn)雙向六車道（實(shí)際為雙向八車道），變更后最大斷面為247m2。目前隧道出口段已完成二襯552.5m，襯砌厚度為45～60cm，強(qiáng)度為C35P8。因變更需要拆除與擴(kuò)挖813m，單獨(dú)擴(kuò)挖260.5m。

2 工程重難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.1 圍巖特性風(fēng)險(xiǎn)

擴(kuò)挖施工段從隧道出口段開始施工，其中左線出口LK10+520～LK10+595地層巖性為殘坡積的粉質(zhì)黏土，全～強(qiáng)風(fēng)化花崗斑巖，在天然狀態(tài)下土體呈可塑－硬可塑狀或碎塊狀，遇水軟化，力學(xué)性質(zhì)較差、穩(wěn)定性差、成洞條件差，且存在明顯的偏壓，對(duì)支護(hù)要求高，施工過程中容易出現(xiàn)洞口失穩(wěn)問題。該工程擴(kuò)挖段均施工不到2年，圍巖的內(nèi)部應(yīng)力調(diào)整還未完成，故在隧道擴(kuò)建過程中，勢必重新擾動(dòng)圍巖，導(dǎo)致圍巖的應(yīng)力再次重分布，使圍巖的荷載分布更加復(fù)雜，給設(shè)計(jì)和施工帶來極大的挑戰(zhàn)。

2.2 對(duì)周邊構(gòu)筑物的影響和控制指標(biāo)

隧道左線出口段LK10+525及LK10+560處分別側(cè)穿1座110kV和1座220kV高壓電塔，2座高壓電塔均位于左線隧道南側(cè)，與左線隧道開挖輪廓水平距離分別為16.6m、13.9m，鐵塔基礎(chǔ)高程高出隧道頂拱開挖輪廓分別為35m、18m。由于高壓電塔距離左線隧道較近，并且洞口處于淺埋、地質(zhì)條件較差段，又是擴(kuò)建為四車道隧道的風(fēng)險(xiǎn)極高區(qū)段，容易造成高壓電塔基礎(chǔ)的總體沉降或塔體的傾斜。

2.3 施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

擴(kuò)建隧道時(shí)需分步拆除原有的支護(hù)結(jié)構(gòu)，然后按新的隧道輪廓線擴(kuò)挖，每次支護(hù)結(jié)構(gòu)的拆除長度、拆除分塊方案、拆除過程中圍巖的穩(wěn)定情況、掌子面前方支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定情況、分塊拆除時(shí)剩余支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定情況、臨時(shí)輔助支撐的穩(wěn)定性、臨時(shí)輔助支撐解除的時(shí)機(jī)和具體的方案、二次襯砌距離臨時(shí)支撐或掌子面的距離等均會(huì)影響施工過程中的安全，需要在施工過程中予以重點(diǎn)關(guān)注。

施工前依據(jù)隧道工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南，對(duì)隧道工程施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。主要考慮隧道地質(zhì)條件、建設(shè)規(guī)模、氣候與地形條件等評(píng)估指標(biāo)。依據(jù)隧道工程施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，該隧道總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ（高度風(fēng)險(xiǎn)）。

3 隧道拆除與擴(kuò)挖過程中的安全技術(shù)措施

3.1 隧道拆除與擴(kuò)挖主要施工順序

總體擴(kuò)挖施工程序?yàn)槎r分區(qū)拆除→初支拆除→變更斷面擴(kuò)挖→擴(kuò)挖后初支→繼續(xù)推進(jìn)一定距離后轉(zhuǎn)入下一個(gè)分區(qū)。二襯拆除施工程序?yàn)榕R時(shí)支撐安裝→沙袋回填→分序切割拆除鋼筋混凝土→拆除混凝土并裝運(yùn)→沙袋分序拆除。

洞身擴(kuò)挖根據(jù)圍巖類別而采用不同的方法，其中洞身段圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)時(shí)，采用變形雙側(cè)壁導(dǎo)坑擴(kuò)挖法（八步擴(kuò)挖法）；洞身圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)時(shí)，采用CD工法擴(kuò)挖（七步擴(kuò)挖法）；洞身圍巖等級(jí)為Ⅲ級(jí)時(shí)，采用兩臺(tái)階法擴(kuò)挖（三步擴(kuò)挖法）。

3.2 Ⅴ級(jí)圍巖擴(kuò)挖施工安全技術(shù)措施

根據(jù)前期施工資料可知，Ⅴ類圍巖需要拆除的洞段位于左線隧道LK10+549～LK10+591段，長度為42m。總體每個(gè)斷面分為6個(gè)區(qū)，按8個(gè)步驟完成擴(kuò)挖，擴(kuò)挖每循環(huán)進(jìn)尺及臨時(shí)鋼支撐間距為0.5m，施工過程中要在確保安全的前提下根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)整循環(huán)進(jìn)尺，同時(shí)需注意切割間距避開原有工字鋼位置，并留有一定安裝空間，共需84個(gè)循環(huán)。

3.3 高壓線塔處超前支護(hù)安全技術(shù)措施

側(cè)穿鐵塔段隧道圍巖為中風(fēng)化花崗巖，屬于Ⅴ類和Ⅳ類圍巖，實(shí)施期間控制開挖進(jìn)尺，采用機(jī)械方式開挖，以減少對(duì)高壓鐵塔的擾動(dòng)；通過設(shè)置觀測點(diǎn)監(jiān)測豎向位移或變化速率以及根據(jù)實(shí)際巖層情況增加超前支護(hù)措施等措施，確保高壓線塔的穩(wěn)定安全。結(jié)合現(xiàn)有設(shè)計(jì)在隧道出口處鉆設(shè)超前大管棚，其中大管棚鉆設(shè)深度為44m，對(duì)應(yīng)支護(hù)的樁號(hào)范圍是K10+548～10+592，同時(shí)在110kV高壓線塔對(duì)應(yīng)洞段K10+538～10+559段設(shè)置Φ50超前小導(dǎo)管加強(qiáng)支護(hù)。鉆機(jī)采用液壓履帶式鉆機(jī)，鉆孔傾角為8°～10°，鋼管與大管棚水平搭接長度不小于3m。施工管棚時(shí)，第一節(jié)鋼管交替采用3m和6m兩種長度的鋼花管，其余節(jié)數(shù)均采用6m長的鋼花管，以保證同一截面內(nèi)的接頭數(shù)不超過管數(shù)的50%。

4 隧道拆除與擴(kuò)挖過程中主要安全風(fēng)險(xiǎn)管理與控制措施

4.1 組織措施

成立以主要負(fù)責(zé)人為組長的安全生產(chǎn)領(lǐng)導(dǎo)小組，明確各級(jí)各崗位的安全職責(zé)；設(shè)置安全管理部門，配置安全總監(jiān)及專職安全管理人員負(fù)責(zé)隧道拆除與擴(kuò)挖過程中的安全管理工作；編制隧道拆除與擴(kuò)挖專項(xiàng)技術(shù)措施，經(jīng)專家評(píng)審與論證后組織實(shí)施，技術(shù)人員在施工全過程監(jiān)督方案執(zhí)行落實(shí)情況，嚴(yán)禁不按方案施工。同時(shí)編制安全獎(jiǎng)罰制度，對(duì)不按照方案施工以及出現(xiàn)“三違”現(xiàn)象的，加大處罰力度。

4.2 技術(shù)交底與教育培訓(xùn)

隧道拆除與擴(kuò)挖工程施工前，組織安全技術(shù)交底，確保交底到各級(jí)各崗位；同時(shí)，編制隧道拆除與擴(kuò)挖過程中易發(fā)生安全事故的應(yīng)急預(yù)案，并定期組織相關(guān)人員進(jìn)行相關(guān)應(yīng)急預(yù)案的培訓(xùn)及應(yīng)急演練，以提升人員處置突發(fā)事件的應(yīng)急能力以及逃生技能。對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行三級(jí)安全教育培訓(xùn)，對(duì)特種作業(yè)人員進(jìn)行專項(xiàng)教育，對(duì)操作人員進(jìn)行技能考核等。

4.3 防護(hù)措施和新技術(shù)應(yīng)用

隧道施工應(yīng)設(shè)置門禁系統(tǒng)、人員應(yīng)急逃生系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、隧道電話通信系統(tǒng)、隧道監(jiān)控系統(tǒng)等安全管理五大系統(tǒng)。進(jìn)出隧道車輛、人員要做好詳細(xì)登記，人員應(yīng)正確穿戴安全帽、反光衣、防塵口罩、防噪耳塞等勞動(dòng)防護(hù)用品；高處作業(yè)人員應(yīng)系好安全帶，確保“高掛低用”。每班作業(yè)前，現(xiàn)場管理人員應(yīng)對(duì)隧道內(nèi)氧氣含量以及易燃易爆、有毒有害氣體進(jìn)行檢測，符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后方可進(jìn)洞施工。積極推進(jìn)“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”作業(yè)，加大安全投入，同時(shí)控制隧道進(jìn)出人員數(shù)量，從根本上減少重大事故發(fā)生概率。

4.4 監(jiān)控量測

應(yīng)根據(jù)量測結(jié)果，分析可能發(fā)生危險(xiǎn)的征兆，判斷工程的安全狀況，并采取措施遏制危險(xiǎn)發(fā)生。以施工量測的結(jié)果指導(dǎo)現(xiàn)場施工，進(jìn)行信息化反饋，并及時(shí)調(diào)整施工方法。同時(shí)，提供判斷圍巖和初期支護(hù)基本穩(wěn)定的依據(jù)，確定二次襯砌的施作時(shí)間，確保整個(gè)隧道施工過程的安全性。

（1）隧道部分。①該隧道為洞口小凈距、洞身分離式隧道，需進(jìn)行爆破振動(dòng)速度的量測，要求爆破對(duì)相鄰隧道的最大臨界值振動(dòng)速度Ⅴ級(jí)圍巖不大于5cm/s，Ⅳ級(jí)圍巖不大于10cm/s，Ⅲ級(jí)圍巖不大于15cm/s。②根據(jù)位移速率判斷，當(dāng)周邊位移速率為0.1～0.2mm/d或拱頂下沉小于0.07～0.15mm/d時(shí)，認(rèn)為圍巖位移達(dá)到基本穩(wěn)定；當(dāng)周邊位移為0.2～1.0mm/d或拱頂下沉速率在0.15～1.0mm/d時(shí)，表明位移不穩(wěn)定，應(yīng)加強(qiáng)觀測；當(dāng)周邊位移或拱頂下沉速率大于1mm/d時(shí)，圍巖處于急劇變形狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)。③初期支護(hù)承受的應(yīng)力、應(yīng)變、壓力實(shí)測值與允許值之比大于或等于0.8時(shí)，圍巖不穩(wěn)定，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)；初期支護(hù)承受的應(yīng)力、應(yīng)變、壓力實(shí)測值與允許值之比小于0.8時(shí)，圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）高壓線塔。隧道左線側(cè)穿高壓塔洞段屬于Ⅴ級(jí)、Ⅳ b級(jí)圍巖洞段，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法拆除擴(kuò)挖施工。洞內(nèi)擴(kuò)挖采用爆破施工時(shí)，應(yīng)控制裝藥量、炮孔間距，以控制振動(dòng)速度不大于0.5cm/s。

5 結(jié)束語

公路隧道擴(kuò)挖可能將打破原圍巖的穩(wěn)定性，導(dǎo)致現(xiàn)有圍巖應(yīng)力集中，發(fā)生冒頂?shù)劝踩鹿剩虼艘谒淼罃U(kuò)挖前編制專項(xiàng)技術(shù)方案以及應(yīng)急預(yù)案，組織施工人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，加強(qiáng)突發(fā)事故應(yīng)急逃生培訓(xùn)和實(shí)戰(zhàn)演練。同時(shí)，隧道擴(kuò)挖過程中要嚴(yán)格按照專項(xiàng)技術(shù)方案實(shí)施，做好過程監(jiān)測等，通過安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用，采取科學(xué)防護(hù)措施，從而有效減少擴(kuò)挖過程中安全事故的發(fā)生，保障人員和機(jī)械設(shè)備的安全。