公路隧道拆除與擴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

某隧道結構為高速公路雙洞單向分離設計，設計車速為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處樁號約為K9+933，間距27m處樁號約為K10+175。進、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°。該工程原設計雙向六車道，設計變更為高標準雙向六車道（實際為雙向八車道），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，強度為C35P8。因變更需要拆除與擴挖813m，單獨擴挖260.5m。

2 工程重難點及風險評估

2.1 圍巖特性風險

擴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黏土，全～強風化花崗斑巖，在天然狀態下土體呈可塑－硬可塑狀或碎塊狀，遇水軟化，力學性質較差、穩定性差、成洞條件差，且存在明顯的偏壓，對支護要求高，施工過程中容易出現洞口失穩問題。該工程擴挖段均施工不到2年，圍巖的內部應力調整還未完成，故在隧道擴建過程中，勢必重新擾動圍巖，導致圍巖的應力再次重分布，使圍巖的荷載分布更加復雜，給設計和施工帶來極大的挑戰。

2.2 對周邊構筑物的影響和控制指標

隧道左線出口段LK10+525及LK10+560處分別側穿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，與左線隧道開挖輪廓水平距離分別為16.6m、13.9m，鐵塔基礎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、地質條件較差段，又是擴建為四車道隧道的風險極高區段，容易造成高壓電塔基礎的總體沉降或塔體的傾斜。

2.3 施工安全風險評估

擴建隧道時需分步拆除原有的支護結構，然后按新的隧道輪廓線擴挖，每次支護結構的拆除長度、拆除分塊方案、拆除過程中圍巖的穩定情況、掌子面前方支護結構的穩定情況、分塊拆除時剩余支護結構的穩定情況、臨時輔助支撐的穩定性、臨時輔助支撐解除的時機和具體的方案、二次襯砌距離臨時支撐或掌子面的距離等均會影響施工過程中的安全，需要在施工過程中予以重點關注。

施工前依據隧道工程施工安全風險評估指南，對隧道工程施工安全總體風險進行評估。主要考慮隧道地質條件、建設規模、氣候與地形條件等評估指標。依據隧道工程施工安全總體風險分級標準，該隧道總體風險等級為Ⅲ（高度風險）。

3 隧道拆除與擴挖過程中的安全技術措施

3.1 隧道拆除與擴挖主要施工順序

總體擴挖施工程序為二襯分區拆除→初支拆除→變更斷面擴挖→擴挖后初支→繼續推進一定距離后轉入下一個分區。二襯拆除施工程序為臨時支撐安裝→沙袋回填→分序切割拆除鋼筋混凝土→拆除混凝土并裝運→沙袋分序拆除。

洞身擴挖根據圍巖類別而采用不同的方法，其中洞身段圍巖等級為Ⅴ級時，采用變形雙側壁導坑擴挖法（八步擴挖法）；洞身圍巖等級為Ⅳ級時，采用CD工法擴挖（七步擴挖法）；洞身圍巖等級為Ⅲ級時，采用兩臺階法擴挖（三步擴挖法）。

3.2 Ⅴ級圍巖擴挖施工安全技術措施

根據前期施工資料可知，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。總體每個斷面分為6個區，按8個步驟完成擴挖，擴挖每循環進尺及臨時鋼支撐間距為0.5m，施工過程中要在確保安全的前提下根據實際情況進行試驗調整循環進尺，同時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個循環。

3.3 高壓線塔處超前支護安全技術措施

側穿鐵塔段隧道圍巖為中風化花崗巖，屬于Ⅴ類和Ⅳ類圍巖，實施期間控制開挖進尺，采用機械方式開挖，以減少對高壓鐵塔的擾動；通過設置觀測點監測豎向位移或變化速率以及根據實際巖層情況增加超前支護措施等措施，確保高壓線塔的穩定安全。結合現有設計在隧道出口處鉆設超前大管棚，其中大管棚鉆設深度為44m，對應支護的樁號范圍是K10+548～10+592，同時在110kV高壓線塔對應洞段K10+538～10+559段設置Φ50超前小導管加強支護。鉆機采用液壓履帶式鉆機，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，第一節鋼管交替采用3m和6m兩種長度的鋼花管，其余節數均采用6m長的鋼花管，以保證同一截面內的接頭數不超過管數的50%。

4 隧道拆除與擴挖過程中主要安全風險管理與控制措施

4.1 組織措施

成立以主要負責人為組長的安全生產領導小組，明確各級各崗位的安全職責；設置安全管理部門，配置安全總監及專職安全管理人員負責隧道拆除與擴挖過程中的安全管理工作；編制隧道拆除與擴挖專項技術措施，經專家評審與論證后組織實施，技術人員在施工全過程監督方案執行落實情況，嚴禁不按方案施工。同時編制安全獎罰制度，對不按照方案施工以及出現“三違”現象的，加大處罰力度。

4.2 技術交底與教育培訓

隧道拆除與擴挖工程施工前，組織安全技術交底，確保交底到各級各崗位；同時，編制隧道拆除與擴挖過程中易發生安全事故的應急預案，并定期組織相關人員進行相關應急預案的培訓及應急演練，以提升人員處置突發事件的應急能力以及逃生技能。對作業人員進行三級安全教育培訓，對特種作業人員進行專項教育，對操作人員進行技能考核等。

4.3 防護措施和新技術應用

隧道施工應設置門禁系統、人員應急逃生系統、人員定位系統、隧道電話通信系統、隧道監控系統等安全管理五大系統。進出隧道車輛、人員要做好詳細登記，人員應正確穿戴安全帽、反光衣、防塵口罩、防噪耳塞等勞動防護用品；高處作業人員應系好安全帶，確保“高掛低用”。每班作業前，現場管理人員應對隧道內氧氣含量以及易燃易爆、有毒有害氣體進行檢測，符合規定標準后方可進洞施工。積極推進“機械化換人、自動化減人”作業，加大安全投入，同時控制隧道進出人員數量，從根本上減少重大事故發生概率。

4.4 監控量測

應根據量測結果，分析可能發生危險的征兆，判斷工程的安全狀況，并采取措施遏制危險發生。以施工量測的結果指導現場施工，進行信息化反饋，并及時調整施工方法。同時，提供判斷圍巖和初期支護基本穩定的依據，確定二次襯砌的施作時間，確保整個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，需進行爆破振動速度的量測，要求爆破對相鄰隧道的最大臨界值振動速度Ⅴ級圍巖不大于5cm/s，Ⅳ級圍巖不大于10cm/s，Ⅲ級圍巖不大于15cm/s。②根據位移速率判斷，當周邊位移速率為0.1～0.2mm/d或拱頂下沉小于0.07～0.15mm/d時，認為圍巖位移達到基本穩定；當周邊位移為0.2～1.0mm/d或拱頂下沉速率在0.15～1.0mm/d時，表明位移不穩定，應加強觀測；當周邊位移或拱頂下沉速率大于1mm/d時，圍巖處于急劇變形狀態，應加強初期支護。③初期支護承受的應力、應變、壓力實測值與允許值之比大于或等于0.8時，圍巖不穩定，應加強初期支護；初期支護承受的應力、應變、壓力實測值與允許值之比小于0.8時，圍巖處于穩定狀態。

（2）高壓線塔。隧道左線側穿高壓塔洞段屬于Ⅴ級、Ⅳ b級圍巖洞段，采用雙側壁導坑法拆除擴挖施工。洞內擴挖采用爆破施工時，應控制裝藥量、炮孔間距，以控制振動速度不大于0.5cm/s。

5 結束語

公路隧道擴挖可能將打破原圍巖的穩定性，導致現有圍巖應力集中，發生冒頂等安全事故，因此要在隧道擴挖前編制專項技術方案以及應急預案，組織施工人員進行安全技術交底，加強突發事故應急逃生培訓和實戰演練。同時，隧道擴挖過程中要嚴格按照專項技術方案實施，做好過程監測等，通過安全監測數據的分析與應用，采取科學防護措施，從而有效減少擴挖過程中安全事故的發生，保障人員和機械設備的安全。