張吉懷鐵路大堯隧道下穿高速公路施工安全管理

方 寧

（中鐵五局集團第一工程有限責任公司，長沙 410117）

隧道建設是鐵路工程中重要施工的一環，其質量缺陷整治的安全是項目管理工作的關鍵問題。本著“早排查，早整治，保證結構受力安全，保證結構形成安全”的原則，能夠盡快發現和解決問題，確保結構使用性能，減少襯砌大拆大換。近些年，隧道施工過程中的各種不確定因素，以及后期維護的問題，嚴重影響了人身安全、財產和設備的安全，并拖延了鐵路隧道的工程工期[1-4]。

因此，鐵路隧道施工中和后期維護的安全問題成為目前隧道工作者重點關注的問題，應節約投資，確保工程安全合格交驗，實現“運營零整治”目標。其次，施工單位需要了解施工區域的地質水文情況，并通過現場監測控制施工質量，進而保證鐵路工程的施工質量安全。

1 鐵路隧道施工質量控制及安全保證措施分析

第一步，應準確掌握其施工中的各種風險源。在隧道施工過程中，常常由于施工環境復雜，增加了施工過程中的風險因素。因此，在進行施工前期，應加強了解施工環境，全面掌握分析各種風險因素，從而建立較為完備的風險評估體系。第二步，對鐵路隧道的各項施工技術要點進行嚴格掌控，相應調整前期的勘察數據和施工的技術參數，技術交底工作同步完成，保證一線施工人員掌握各項線路設計和技術要點，加強監測施工全過程的質量安全，動態監測掘進參數并進行記錄分析。第三步，掌握其施工過程中的重難點問題，由于其施工環境較為復雜，出現隧道開裂和襯砌厚度不足等情況較多，針對問題進行重點分析和建立相應的安全保證措施，防止其對施工安全和指令產生較大的影響[1-2]。

2 施工質量及安全保證實踐分析

2.1 工程概況

大堯隧道是張吉懷鐵路（衛星方位如圖1 所示）重要一環，在DK176+365.4 里程處下穿杭瑞高速公路路基，雙向四車道路基寬26 m，交叉范圍內最不利斷面豎向凈距為18.67 m（隧道頂至高速公路路基坡腳水溝底距離），大堯隧道與高速交叉口橫斷面，如圖2 所示。下穿路基段主要為灰質頁巖、白云質灰巖。泄水洞在XSDK176+369.6 里程處下穿杭瑞高速公路路基，泄水洞隧道頂與高速公路路面凈距41.18 m，交叉范圍內最不利斷面豎向凈距為26.52 m（泄水洞頂至高速公路路基坡腳水溝底距離），泄水洞與高速交叉口橫斷面，如圖3 所示。

圖1 張吉懷工程衛星方位

圖2 大堯隧道與高速交叉口橫斷面

圖3 泄水洞與高速交叉口橫斷面

2.2 地質水文情況

大堯隧道下穿段地質主要巖性為碳質頁巖夾石煤層，黑色，全～弱風化，風化層巖體極破碎，部分呈土狀，弱風化巖體節理發育，整體較碎，屬弱巖；白云質灰巖、夾硅質巖、夾碳質頁巖，灰黑色、黑色，全～弱風化，風化層巖體極破碎，弱風化巖體節理較發育，巖體較破碎，局部破碎，屬硬質巖夾軟巖；白云質灰巖，深灰色，弱風化，整體屬硬質巖。地表水較發育，主要為溝溪水；地下水類型主要為基巖裂隙水，較發育。由于碳質頁巖及石煤水理性質差，施工掘進在地下水作用下易出現大范圍坍塌，且上方地處為高速公路。白云質灰巖巖溶整體弱發育，基于巖溶發育的復雜性，不排除洞身附近發育溶腔的可能，掘進過程中可能遭遇小規模突涌水事故，施工中應加強超前質地預報。

3 大堯隧道施工重點和難點分析

穩定性極差：斷面大，埋深較淺，土層松散。

CD 法施工工藝復雜、工序多，中隔壁臨時支護。

巖體破碎，節理發育，地表溝溪水與地下基巖裂隙水較發育。

4 大堯隧道施工質量及安全保證措施分析

4.1 工期安排

大堯隧道正洞穿越段施工根據施組計劃安排于2018 年7 月25 日—10 月9 日。

泄水洞穿越段施工根據施組計劃安排于2018 年7 月10 日—8 月20 日。

4.2 交通管制安全保證措施分析

施工前，聯系建設單位、包茂高速管理單位及交通管理部門進行協商，取得相關部門同意后，再組織施工。

采取如下措施確保交通安全。

1）當路面不均勻沉降大于±10 mm 而小于±20 mm出現明顯跳車現象時，在隧道與高速公路交叉處的前后500 m 處，設置醒目的道路減速標志，施工期間高速公路實行交通管制，車輛限速通過，通過速度60 km/h。夜間設置相應的交通警示燈。

2）安排專職安全員、技術員對路況實行24 h 不間斷沉降觀測，若發現路面不均勻沉降超過±10 mm 時，應立即停止掘進，并及時上報相關部門。

4.3 監測斷面及測點布置保證措施分析

施工前，沿隧道縱向中線每間隔20 m 在地表設置1 個監測斷面（共8 個），縱向監測范圍里程為DK176+290—+450、XSDK176+290～+450；沿高速公路硬路肩邊緣線或路緣帶在斷面橫向每隔5 m 設置1 個監測點（共26 個）進行沉降觀測。

1）地表沉降：根據二級變形測量的精度要求，選用精密水準儀進行量測；量測前布置好測點和基準點，并測量測點及基準點聯網的相對高程。

2）拱頂下沉：測量觀察點與基準點之間的高差，選用精密水準儀、鋼尺進行觀測，得出拱頂下沉量，觀測精度為（0.1 mm），拱頂下沉觀測頻率見表1。

表1 緊急情況的預防與響應措施

3）水平收斂：選用收斂計進行量測，收斂計測試精度為±0.06 mm，量測頻率見表2[5]。

表2 隧道沉降收斂及地表沉降量測頻率

4.4 下穿段隧道三臺階法掘進保證措施分析

掘進方法：下穿高速公路段掘進采用三臺階臨時仰拱法施工，每部分支護的長度控制在0.5 m。

施工工藝流程如下。

1）掘進①部臺階，同時每循環進尺一次，均應做好超前支護，施做洞身結構的初期支護（初噴4 cm 厚混凝土），架立鋼架及臨時鋼架，并設置鎖腳錨管，打設系統錨管并復噴至設計厚度。

2）上臺階施工5～10 m 后，掘進②部臺階，接長鋼架，重復另一流程。

3）上臺階施工5～10 m 后，掘進③部臺階，重復流程2），并及時封閉初期支護。

4）灌筑該段內Ⅳ部仰拱。

5）灌注該段內Ⅴ部隧底填充。

6）施作排水板、土工布、防水板等防排水措施，采用襯砌模板臺車一次性灌筑Ⅵ部二次襯砌（拱墻襯砌一次性施作）。

5 大堯隧道施工安全保證措施分析

根據大堯隧道施工條件，進行安全措施分析。

施工作業平臺必須搭設牢固，平整。

以管棚鉆孔作為地質預探預報的手段，并及時整理地質資料。

在鉆孔作業中，為防止孔口噴水突泥需采取措施。

鉆孔中發生卡鉆、掉鉆、孔斜和坍孔等故障時，需采取對策，防止廢孔與損傷鉆機。

掘進施工安全保證措施：以新奧法原理施工，采用超前地質預報探測掘進掌子面前方地質條件，對軟弱圍巖采取超前預支護。掘進過程中需要地質素描及監控量測，關注圍巖變化，若發生圍巖變形量無變緩趨勢或噴射混凝土產生較大的剪切狀態時需停止掘進，采取加固措施。

緊急情況的預防與響應措施見表3[6]。

表3 緊急情況的預防與響應措施

建立圍巖和支護結構的監控量測系統：需進行信息化施工管理，明確施工過程中的動態變化，合理安排調整施工工藝和設計參數并及時支護，對初期支護、二次襯砌的施工方法做出修正，進而實現安全、快速的施工目的。

通風與防塵安全：隧道施工中的通風符合設計施工規范的要求，并設專職人員管理，每月至少取樣分析一次內部的空氣成分，以及檢測一次風速、含塵量。

鉆眼施工安全：在進行施工前，應首先檢查工作面的安全狀態，如支護、頂板及兩幫是否牢固，如有松動的巖石應立即加以支護或清除。

支護及二次襯砌安全：開挖后應基于圍巖情況，選取合理的支護；過程中，需對各部支護進行定期檢查；在不良地質地段，設置專項專人檢查，若出現支護變異或損壞，需馬上修整加固。

裝碴與運輸安全：設置專項專人檢查各種運輸設備，不得人料混裝和摘掛作業；專人收放裝碴機上的電纜；洞內成洞地段，自卸汽車最大行車速度為20 km/h，洞內施工地段，自卸汽車最大行車速度為15 km/h[1，2，7]。

6 結束語

在鐵路隧道施工過程中，常常由于地下空間環境和地質水文條件復雜，施工規模大，安全隱患多，較大影響鐵路隧道施工的質量以及施工安全。因此，施工單位需要明確施工現場的重難點問題，并加強控制和監測鐵路隧道全過程的施工質量安全。同時，需重視隧道安全施工工作，來保證隧道工程的安全施工，降低安全事故的發生率[1，3，4]。