注册监理工程师网络继续教育公路工程第章 隧道施工技术.docx
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注册监理工程师网络继续教育公路工程第章隧道施工技术
第六章 隧道施工技术
第一节 现代公路隧道的特点和长大隧道发展所面临的问题
第二节 隧道施工监理与信息化施工技术
第三节 不良地质地段的隧道施工技术
第四节 长大隧道施工的工程地质预测预报技术
第五节 高速公路隧道监理案例
新奥法施工方法
1、全断面法
常适用于Ⅰ~Ⅲ级硬岩的石质隧道,可采用深孔爆破施工。
2、台阶法
多适用于Ⅳ、Ⅴ级围岩中。
(1)长台阶法
(2)短台阶法
(3)超短台阶法
3、分部开挖法
(1)台阶分部开挖法
适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。
(2)单侧壁导坑法
适用于围岩稳定性较差,隧道跨度较大,地表沉陷难于控制地段。
(3)双侧壁导坑法
适用于在软弱围岩中,当隧道跨度更大或因环境要求,且要求严格控制地表沉陷地段。
4、其它施工方法
中隔墙法(简称“CD”法)和交叉中隔墙法(简称“CRD”法)
是两种适用于软弱地层的施工方法,特别是对于控制地表沉陷有很好的效果。
新奥法施工中可能发生的问题及其处理措施
施工中现象
措施A
措施B
净空位移量增大,位移速率变快,掌子面变得不稳定。
1.缩短掘进长度,保留核心土
1.缩小开挖断面,改变施工方法。
2.向掌子面或隧底喷射混凝土,形成封闭支护
2.预支护围岩(打超前导管等)
3.必要时设置钢支撑
开挖面顶部出现掉块
立即施喷混凝土和打锚杆
1.加钢支撑
2.预支护围岩
3.改变施工方法
开挖面出现涌水或涌水量增加
1.加速混凝土硬化(增加速凝剂等)
1.加强排水措施(井点降水等)
2.喷射混凝土前作好排水
2.注浆止水
3.设置钢筋网,或将钢筋网格加密。
3.改变施工方法
地基承载力不足,下沉增大或产生底鼓。
1.加厚底脚处的喷射混凝土,增加支撑面积。
1.缩短掘进长度
2.尽快施作仰拱,形成闭合支护
2.预加固地层
3.改变施工方法
喷混凝土层出现明显裂缝、脱离甚至塌落
开挖后尽快喷射混凝土,并适当加厚喷层或封闭支护。
1.挂钢筋网
2.打局部锚杆
3.设置系统锚杆
锚杆轴力增大,垫板松弛或锚杆断裂。
1.增补锚杆(根数、直径、密度)
1.缩短掘进长度,尽快闭合支护。
2.改变锚杆型号或类型(如将砂浆锚杆改为中空锚杆)
2.改变施工方法
瓦斯或岩爆
1.瓦斯检测并进行稀释
1.全断面开挖
2.注水
2.超前预裂爆破、切缝等释放能量
新奥法施工程序
新奥法施工基本原则
基本原则为“少扰动,早支护,勤量测,紧封闭”。
锚杆
1、锚杆的支护效应
2、锚杆的种类
3、锚杆的布置和质量检查
钢拱架
在围岩条件较差地段或地面沉降有严格限制时,应在初期支护内增设钢拱架。
五、喷射混凝土
1、喷射混凝土的特点
是用喷射机把渗有速凝剂的粗细骨料混凝土以适当的压力,高速喷射到隧道岩壁表面凝结而成的混凝土。
2、喷射混凝土的喷射方式
干喷、潮喷、湿喷。
3、喷射混凝土的材料及其组成
4、喷射混凝土的机械(具)设备
混凝土喷射机
5、喷射混凝土堵管问题的处理
6、喷射混凝土的质量检查
当前公路隧道建设特点及存在的主要问题
■数量多、规模大、长度长
■技术难度大
■高风险隧道较多
■安全形式严峻
■设计、施工、建设管理人员相对欠缺
■其他(如:
受拆迁等因素影响工期紧张)
1、突发性的地质灾害
·隧道通过突水、突泥、岩溶地段
·隧道通过顺层、滑坡地段
·隧道通过煤层、瓦斯、采空区
·辐射
·岩爆
·高地温
隧道灾害事故种类比例
XX隧道发生突水事故4人死亡1人失踪
08年4月11日下午5时10分左右,位于恩施市屯堡乡的XX隧道洞内突然发生涌水,十几万立方米的瞬间涌水当场造成1人死亡、4人失踪。
12日上午,陆续发现了3名失踪人员的遗体。
2、对围岩稳定性判释不准,设计支护措施偏弱
部分发生塌方的隧道,是由于在勘测设计阶段对影响围岩稳定性的工程地质情况认识不足,而在施工过程中又没有及时地进行变更设计,致使采用的支护措施偏弱,稍有不慎,就会发生大规模的塌方。
3、施工不到位,初期支护措施的力度不能满足围岩稳定的要求
很多隧道在施工时,没有严格按照设计文件的要求采取工程措施,有的隧道是擅自改变工法,有的是施工工序质量不合格,有的是偷工减料,有的是施工方法不当。
例如某隧道原设计采用双侧壁导坑法施工,施工时改为CRD法,但横向支撑施工不及时,数量偏少,造成坍塌;有的隧道是由于拆换侵限的初期支护拱架时发生塌方;有些隧道是由于上台阶施工太长,没有及时进行封闭,衬砌滞后,造成坍塌。
4.现场施工安全措施不健全,施工管理不到位
对施工现场的爆破器材管理不善,用电线路、钢筋焊接等作业安全措施不到位,台车拼装和边坡刷方作业安全意识淡薄等。
例如某隧道由于风枪打眼时碰到了隧道内的哑炮上,发生了爆炸造成人员伤亡,某隧道是洞内火工品爆炸造成了安全事故。
某隧道斜井工区由于洞内漏电保护器失灵、电线过热引燃排架和防水板,某隧道斜井因为电焊钢筋头引燃排水盲管和防水板造成火灾;另外有些隧道是由于洞口边坡滑塌造成安全事故。
隧道案例1高阳寨隧道进口塌滑事故
隧道案例2XX公路XX隧道工程特别重大瓦斯爆炸事故
一、事故经过
2005年12月22日14时40分,XX公路建设工程项目X合同段XX隧道工程右线隧道发生特别重大瓦斯爆炸事故,造成44人死亡,11人受伤,直接经济损失2035万元。
(一)隧道工程及事故相关单位概况
董家山隧道是都汶高速公路工程项目的重点控制工程之一,位于四川省都江堰市。
该隧道设计为上下行左右线隧道,洞口线间距39m,其中左线隧道进口里程K12+350,全长4060m。
该隧道工程地质祥勘工作由四川省地质工程勘察设计研究院完成;设计单位为XX省交通厅公路规划勘察设计院。
中标施工单位为XX一局四公司;中标工程监理单位为XX工程咨询有限公司西南分公司。
(二)隧道工程地质情况
根据地质勘察报告、设计文件和相关资料描述,该隧道地质条件复杂,隧道穿越地层为三叠系上统须家河组,穿越层位共16层,其中9层不同程度有炭质泥岩及薄煤层(厚度一般为0.1~0.3m),岩性主要为炭质泥岩、砂岩、泥岩砂岩互层、煤岩,此外,在砂岩段中零星分布冲刷煤屑或包体,有瓦斯设防段、涌水段和岩爆段,其中V级围岩呈间隔分布,共有5个段落、左右洞V级围岩合计1740m,占管隧道总长度5065m的34.35%。
发生瓦斯爆炸地段的掌子面位于龚家背斜组成的复式褶皱中,为挤压强烈、地应力相对集中地段。
该地带节理裂隙发育、岩层十分破碎,构成瓦斯并存的空间。
地质详勘报告指出,此段隧道穿越一组背斜,在其褶曲轴部地带中的炭质泥岩及薄煤层中并存有瓦斯等有害气体,有瓦斯聚集涌出的可能,施工中应按防瓦斯安全规程进行重点设防,加强通风及瓦斯的监测工作。
(三)隧道施工情况
该隧道左洞进口端于2004年3月1日开工。
该洞在施工过程中曾于2005年3月6日在K14+272处处理洞顶塌方时发生瓦斯燃烧,使正在处理塌方的6名作业人员被烧伤,2名作业人员从高处跳下脚部扭伤。
2005年10月12日、右洞开挖至K14+872处时,施工单位发现K14+790至K14+872段初期支护变形超限,当即停止开挖。
从10月17日开始,施工单位按照建设、设计、监理、施工四方会勘纪要对变形地段初期支护进行拆除。
12月16日,初期支护钢拱架拆换至K14+860(距掌子面12m)处,随着围岩的剥落,K14+860至K14+865段逐渐形成大空腔(塌腔高度约0~4m),并伴有直径约5cm的股状水流出。
12月19日下午,初期支护钢拱架拆换至K14+865处,原有初期支护背后围岩左前上方形成一漏斗状空腔,建设、设计、监理、施工四方有关人员再次对现场进行了会勘。
12月20日至21日,施工单位按照四方共同研究的处理方案对塌腔内进行了喷射混凝土支护,但塌方没有得到控制,空腔继续扩大,至22日零点班,塌腔已与掌子面连通,形成4~5m高、6~7m宽、约5m长的空腔,空腔内时有掉块现象。
(四)事故经过及抢救情况
2005年12月22日白班先后有43人进入右洞。
其中,在掌子面附近喷射混凝土作业5人、打锚杆前准备作业8人、架设拱架作业4人、二次衬砌浇注混凝土作业11人,在2号横洞出渣作业1人,接风管作业1人,瓦斯检查员2人,运输工6人,技术员和管理人员5人。
这些人中,有9人于14时30分先后出洞。
14时40分,洞外人员突然听到从右洞传来巨大爆炸声,同时看到洞口一片昏暗,爆炸冲击波将停放在距右洞口20m重达70T的模板台车冲出40多米,洞口通风机错位、配电柜损坏,大幅宣传牌被掀飞,在洞外组装模板台车人员、门岗等有10人死亡、11人受伤。
事故后,施工单位及时向省市及有关部门报告了事故情况,并立即撤出当时在左洞作业的人员。
四川省人民政府及有关部门接到事故报告后,迅速启动应急议案,副省长率领有关部门、市政府和8支矿山救护队迅速赶到事故现场组织抢救。
随后,省长、安全监管总局副局长和中铁工程总公司负责人也赶到事故现场督促指导事故抢救和善后工作。
救护队到达事故现场后,立即进入右洞进行搜救,并迅速安装风筒,恢复右洞通风。
经救护队多次进洞侦察搜索,洞内没有发现生还者,当时在右洞和2号横洞工作的人员全部遇难。
救护人员于24日10时30分前将遇难人员尸体运出洞外,结束抢救工作。
此次事故共造成44人死亡(其中洞内死亡34人,洞外死亡10人)、11人受伤,大量施工设备损坏。
二、事故原因及性质
(一)直接原因
由于掌子面处塌方,瓦斯异常涌出,致使模板台车附近瓦斯浓度达到爆炸界限,模板台车配电箱附近悬挂的三芯插头短路产生火花引起瓦斯爆炸。
(二)间接原因
XX局四公司作为施工单位,违规将劳务分包给无资质的作业队伍。
在施工过程中没有严格执行安全生产法规和有关规章制度,施工现场安全管理混乱,对农民工的安全知识和技能培训不到位,有部分瓦斯监察员无证上岗;通风管理不善,右洞掌子面拱顶瓦斯浓度经常超限。
1.施工单位
虽然在《XX路X合同段XXX隧道实施性施工组织设计》中要求在开挖掌子面与二衬之间全部使用防爆电器和设备,但施工队在衬砌模板台车上使用非防爆配电箱并接普通插座。
右洞仅有一台甲烷传感器,事故当天安装于隧道左侧距垮塌处5m、离隧道底板2m高的地方,安装位置不符合要求,不能有效监控瓦斯;瓦斯检查员全部使用便携式瓦斯报警仪检查瓦斯,对高处一般将便携式瓦斯报警仪绑在一根2-3m的竹竿上举起进行检查,未达到规定检查高度,而且存在检查次数不符合规定等情况。
2.X一局集团有限公司
X一局集团有限公司作为虽然制定了《瓦斯隧道工程施工指南》等安全生产规章制度,但对该隧道工程施工安全管理不力,没有认真督促所属四公司和项目经理部严格执行防治瓦斯措施,未能督促有关部门和人员及时解决工程建设中存在的安全生产隐患等问题。
3.监理单位
X工程咨询有限公司作为中标监理单位,没有认真履行监理职责,从参加投标到实施监理都是委托他人操作,没有派人参加具体监理业务,没有对西南分公司的监理工作实施监督管理。
工程咨询有限公司西南分公司对合同段监理部管理混乱,第2监理组人员长期缺编,人员岗位变换频繁,关键岗位人员不符合资质条件,无证上岗,对隧道施工中的安全生产监理不到位。
4.业主
公路有限责任公司作为公路的项目法人,对施工单位违规分包、现场安全管理混乱、监理单位人员缺编和人员资质不符合要求等问题,未能加以纠正;没有及时采用有效措施解决隧道施工过程中出现的瓦斯隐患问题,未能有效地督促项目法人单位加强对该工程的安全生产管理,督促各方加强对瓦斯隧道施工过程的安全管理。
5.省交通厅公路规划勘察设计院
省交通厅公路规划勘察设计研究院作为设计单位,对涉及施工安全的瓦斯异常涌出认识不足,在施工现场技术服务中对瓦斯异常涌出的防范措施不到位,特别是在右洞施工处于预测的高瓦斯工区和发生塌方的情况下,没有充分考虑瓦斯异常涌出情况和瓦斯异常涌出后可能造成的危险,未能及时向有关单位提请修改设计,提高瓦斯设防等级。
6.省公路水运质量监督站
省交通厅公路水运质量监督站作为公路水运工程建设质量安全监督机构,对该隧道项目参建各方的安全生产工作监督检查不力,未能及时督促各有关单位发现并纠正施工中存在的安全隐患及管理不到位问题。
案例3
XX省XXX高速公路XXX段
XXX隧道坍塌事故报告
2006年9月11日上午11时40分左右,XX省XXXX高速公路XX段第XX合同“XXX隧道”左线K169+870-890处发生坍塌事故,造成25名施工人员被困隧道内。
经过近26个小时的紧张抢救,9月12日13时30分,25名被困人员全部成功获救且身体状况良好,无一伤亡。
一、项目情况
xxx高速公路xxx段是国道主干线(GZ75)xxxx公路在xx省境内的一段,全长73.9公里。
全线按四车道高速公路标准建设,计算行车速度80公里/小时,路基宽度24.5米,全线设分离式隧道9座,总长12411米,隧道占路线总长8.5%。
2004年,交通部以交公路发[2004]538号文件《关于xx国道主干线xx-xx公路初步设计的批复》批准该项目的初步设计。
项目业主为xxxxx高速公路有限公司。
此次发生事故的第xx合同段施工单位为xxxxx公司,监理单位为xxxx建设监理公司,施工监控单位为xxx公路工程试验检测中心。
合同段全长4.4公里,共有隧道4座,单幅总长4575米,其中xxx隧道为分离式隧道,左幅全长715米,右幅全长755米。
2005年8月23日开始施工,2005年12月1日曾因为山体出现裂纹停止施工,2006年1月18日恢复施工,之后,因为工人罢工和资金问题又有过几次停复工,到事故发生的2006年9月11日,撑子面掘进到397米。
二次衬砌施工到278米,相距119米。
2006年8月22日,施工监控单位xxx公路工程试验检测中心曾对隧道K169+835-890段(涵盖坍塌段)的格栅拱架进行检测,结果平均间距为107cm,其中最大间距127cm(设计间距100cm);该段内格栅拱架设计榀数为60榀,实际榀数为56榀,不符合设计要求。
二、事故现场情况
隧道坍塌的位置距离隧道口约305米,坍塌长度约20米左右。
从坍塌现场看,坍塌止于衬前约10余米,初期支护的双侧拱腰(约距地面2.5米)处已经连续断裂,相邻二衬未发现裂缝,塌落的岩体较坚硬(三类围岩),无渗漏水。
到现场查看时,坍塌已经发生30多个小时,但形变仍未停止,救助时采用的钢管临时支撑不时吱吱作响,有的已经弯曲变形,洞顶仍有渣土坠落(应力还未完全释放)。
造成垮塌的原因比较复杂,没有明显的直接诱因。
据施工现场技术人员介绍,事发前也没有明显的征兆。
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