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浅谈岩溶富水高风险隧道施工安全管理
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1 工程概况及地质条件
宜(昌)万(州)铁路是我国铁路建设史上施工难度最大的一条铁路,齐岳山隧道是宜万铁路重难点控制性工程,被列为宜万铁路八座Ⅰ级风险隧道之首。隧道全长10 581 m,洞身最大埋深670 m,全隧单面反坡排水,为13‰, 15. 3‰的下坡。本标段隧道工程地质和水文地质极其复杂,主要地质构造为齐岳山背斜,穿越二、三叠系灰岩地层,全部位于可溶岩地段,发育有大、小鱼泉及得胜场三条暗河,穿越9条较大断层。预测日正常涌水量约为14. 6万m3,日最大涌水量约为74. 3万m3。施工难度极大[1, 2],主要施工难题为:岩溶及岩溶高压富水;突水、突泥等。鉴于以上工程地质条件及安全风险特点,被国内专家确定为世界性难题。（参考《建筑中文网》）
2 高风险隧道施工条件下的安全管理
2.1 方案制定确保安全
施工方案制定:坚持“安全第一、质量至上、兼顾工期”的原则,与现场施工紧密结合[3],组织管理、技术、安全员、现场带班人员等人进行方案讨论,综合比选优化,最终选出最合理可行的方案进行现场实施。始终坚持将超前地质预报纳入施工工序,不断提升现场操作质量和分析水平,将物探和钻探措施有效结合,综合探明前方地质情况,为施工方案的正确制定提供依据。成立超前预报工作组,将此项工作专项细化、预报效果精益求精。
2.2 落实责任保证安全
明确细化安全责任,设置安全总监1名,专职安全工程师1名,按不同工种设专职安全员10名。完善洞内施工各大系统(安全应急报警逃生救援系统、有轨运输系统、电力抽排水系统、视频监控系统等)的设置管理情况。定岗位、明职责、严检查、勤维护,保证达到最理想的效果。
2.3 过程控制确保安全
确保各道工序施工中安全、质量达标是我们日常管理的重要指标。施工中坚持按规范标准施作,强化“三工”政策,即工前安全技术交底,工中检查、指导,工后反馈、讲评,保证了各道工序施作的安全规范性。同时,强化信息反馈责任制,加大监督检查力度。几年来,形成了齐岳山隧道的专项安全检查文化。
2.4 依靠科技确保安全
1)视频监控系统:为时刻掌握洞内施工情况,加强对风险源的监控,确保洞内外信息畅通,在隧道各施工掌子面和风险点建立了视频监控系统。摄像头采用SQ220X型带有雨刷、红外、自动调焦、远程推近和旋转控制的探头进行视频信号采集,确保对探头周边100 m范围通道内进行近距离视频摄像、录像和记载[4]。信号采用光纤电缆通过光收发器将视频输回监控中心, 4 000 m信号输送基本无损失。洞口安全预警室设置数据交换机和显示器等终端设备,并安装有500G硬盘刻录机,可保存一个月的洞内施工记录,对视频采集系统设专人负责,及时下载存档,保证施工声像记录完善。将该信号与移动通信进行联网,可进行远程监控。
2)声光报警系统:在突发事件发生时,为加快报警信息在洞内各作业区的传送,在洞内各掌子面、衬砌作业段、泵站等有作业人员的区域,设置与洞外预警室联动的声光报警装置。在某一作业区发生突发事件后,值班安全员通过报警器开关或对讲机遥控立即启动附近报警器装置,因所有报警装置在洞内外均为联动,所以全隧报警装置均被启动。洞口安全预警室根据视频监控确定突发事件发生地段,通过应急电话指导现场值班员组织人员疏散通过安全通道进行撤离。洞口预警室通过应急电话,通知项目部相关人员,启动应急管理,根据视频监控系统做好各项应急工作准备。
3)有线通信系统:为确保洞内外信息畅通,保证施工组织正常和各工序的衔接紧凑,从洞外安全预警值班室到洞内施工各作业面、大型泵等均设置有线通信电话,所有作业人员配发有电话号码简表,在发生异常或出现险情时,随即通知洞口预警室,进而启动应急预案。
4)应急照明系统:由于隧道内施工,动力电源均由高压进洞,在隧道遭遇大规模涌水等紧急情况下,为确保撤离人员安全,需及时切断洞内电源,此时洞内动力用电和照明用电均被切断。为保证人员的撤离,洞内每隔40 m在右侧边墙设置一台专用双头应急照明灯,保证在全隧停电的情况下洞内人员行走需要。
2.5 技术创新保证安全
在齐岳山隧道六年的攻坚作战中,我们逐步掌握了岩溶的探测、处理路子,总结出了岩溶隧道施工的部分经验,在技术创新方面也有许多案例,试验性的提出了适合齐岳山隧道不同时期的施工措施,确保了高风险隧道的安全稳步推进。
1)优化、完善了施工现场的超前预报技术、手段:通过对不同种类的溶腔探测、处理、揭示,在失败和教训中,优化、完善、强化了施工现场超前预报技术、手段[5]。在地质变化异常频繁段,为了进一步减少钻探盲区,由最早的通过风枪加深炮眼至5. 0 m来探测开挖面前方可能隐伏的岩溶,演变为利用风枪钻孔对掌子面前方、周边专门进行短距离密集型探测即每循环超前5 m钻探。该探孔在进行爆破钻孔前完成,由钻爆工人操作,遇到异常,掌子面严禁爆破,停止掘进。该方式钻孔对岩溶隧道施工的安全保证十分有效,是保护生命安全的最后一道防线。施工中逐渐形成了“物探先行、钻探验证”“物探与钻探相结合、长中短超前钻探相结合”的综合超前地质预报方法。有效地规避了高风险隧道施工的安全风险。在施工中有不少溶腔是由该方式钻孔探测发现的,如:平导PDK361+870富水溶腔、正洞DK364+218充填性溶腔及许多岩溶管道、岩溶裂隙等。
2)总结了岩溶隧道注浆部分施工经验:在岩溶处理中,通过注浆工艺封堵高压岩溶裂隙、岩溶管道、充填性溶腔及注浆加固大规模破碎带、断层施工中,逐渐培养和形成了自己的专业化注浆队伍,在齐岳山隧道F11大断层施工中发挥了巨大的作用。注浆加固作为隧道施工的辅助措施,有效规避了富水破碎带突水、突泥、塌方、变形等施工风险。
3)采用了小断面迂回绕行施工:在施工过程中探测遭遇溶腔后,为了整体施工组织,最大程度减少停工窝工造成的损失,在所遇到溶腔不能及时直接处理通过时,采用了迂回绕行施工,这样既可继续向前推进又为迂回后对溶腔夹击处理提供了条件。正洞先以小断面施工、后面扩挖紧跟可以进行灵活的工序调整和各项安排,保证平导、正洞前方工作面交错齐头并进,不致因一方遭遇溶腔造成全面停滞或独头掘进的局面。在齐岳山隧道前期施工中确保了施工安全。如正洞DK362+277溶腔的迂回夹击处理、正洞DK363+629溶腔、平导PDK364+005溶腔的迂回绕行施工、正洞小断面与平导齐头挺进等施工方案。
4)洞内泄水支洞施工等新颖方案及释能降压理论的提出及成功实施,确保了大型富水溶腔的安全顺利通过,如PDK361+870溶腔、DK363+090溶腔、DK363+629溶腔,通过施工泄水支洞,成功处理通过。
2.6 精心组织保证安全
在建立健全安全管理制度的同时,现场进行精心组织,形成“一个系统、一个体系、一条路线”的专项应急安全逃生体系。
1)应急指挥系统。现场除了值班的安全员,管理技术人员,还专另设置应急指挥员,应急指挥员由具有从事十几年施工管理且具备丰富隧道施工经验的老施工人员担任,所有值班人员佩戴相应袖标和配套用品,一旦出现异常险情,安全员启动声光报警系统并通知洞口安全预警室,同时应急指挥员立即开展现场疏散撤离工作,进行一线应急指挥,洞内外按照应急预案即可开展施救工作。
2)安全救援体系。为保证人员快速撤离,或在紧急状况下,进行最大程度的自救,在洞内各作业区附近隧道边墙放置了救生衣、浮块、竹筏,放置时保证紧急状态下随手可用,并在全隧范围内右侧边墙设置了安全救援绳索,可作为扶手,加快撤离速度。在措施管理方面,由于隧道洞身较长,为确保紧急状态下施工人员最大程度上、最远距离的撤离,在各作业面附近停放值班轨道车辆,保证长距离人员撤离。
3)疏散逃生路线。为确保人员顺利撤离,专门增设应急逃生栈桥,且在人员撤离的通道边墙安装具有醒目反光的红色疏散通道标志,确保紧急情况下按指示方向安全快速撤离。
4)日常安全教育确保安全。针对施工人员数量多,工种杂的特点,项目注重人员安全教育培训和新增人员进场岗前培训,并对所有人员配发印有安全知识、安全救援设施位置、使用方法及应急疏散路线的“应知应会卡片”。此外,定期召开各队安全管理会议,提高人员安全防范意识和责任意识。在每天下午的调度例会上对洞内安全隐患和潜在不安全因素以及某些不安全行为进行通报,在隧道洞口设置24 h安全预警值班室,进出洞都必须登记,严格做好安全管理工作。
宜(昌)万(州)铁路是我国铁路建设史上施工难度最大的一条铁路,齐岳山隧道是宜万铁路重难点控制性工程,被列为宜万铁路八座Ⅰ级风险隧道之首。隧道全长10 581 m,洞身最大埋深670 m,全隧单面反坡排水,为13‰, 15. 3‰的下坡。本标段隧道工程地质和水文地质极其复杂,主要地质构造为齐岳山背斜,穿越二、三叠系灰岩地层,全部位于可溶岩地段,发育有大、小鱼泉及得胜场三条暗河,穿越9条较大断层。预测日正常涌水量约为14. 6万m3,日最大涌水量约为74. 3万m3。施工难度极大[1, 2],主要施工难题为:岩溶及岩溶高压富水;突水、突泥等。鉴于以上工程地质条件及安全风险特点,被国内专家确定为世界性难题。（参考《建筑中文网》）
2 高风险隧道施工条件下的安全管理
2.1 方案制定确保安全
施工方案制定:坚持“安全第一、质量至上、兼顾工期”的原则,与现场施工紧密结合[3],组织管理、技术、安全员、现场带班人员等人进行方案讨论,综合比选优化,最终选出最合理可行的方案进行现场实施。始终坚持将超前地质预报纳入施工工序,不断提升现场操作质量和分析水平,将物探和钻探措施有效结合,综合探明前方地质情况,为施工方案的正确制定提供依据。成立超前预报工作组,将此项工作专项细化、预报效果精益求精。
2.2 落实责任保证安全
明确细化安全责任,设置安全总监1名,专职安全工程师1名,按不同工种设专职安全员10名。完善洞内施工各大系统(安全应急报警逃生救援系统、有轨运输系统、电力抽排水系统、视频监控系统等)的设置管理情况。定岗位、明职责、严检查、勤维护,保证达到最理想的效果。
2.3 过程控制确保安全
确保各道工序施工中安全、质量达标是我们日常管理的重要指标。施工中坚持按规范标准施作,强化“三工”政策,即工前安全技术交底,工中检查、指导,工后反馈、讲评,保证了各道工序施作的安全规范性。同时,强化信息反馈责任制,加大监督检查力度。几年来,形成了齐岳山隧道的专项安全检查文化。
2.4 依靠科技确保安全
1)视频监控系统:为时刻掌握洞内施工情况,加强对风险源的监控,确保洞内外信息畅通,在隧道各施工掌子面和风险点建立了视频监控系统。摄像头采用SQ220X型带有雨刷、红外、自动调焦、远程推近和旋转控制的探头进行视频信号采集,确保对探头周边100 m范围通道内进行近距离视频摄像、录像和记载[4]。信号采用光纤电缆通过光收发器将视频输回监控中心, 4 000 m信号输送基本无损失。洞口安全预警室设置数据交换机和显示器等终端设备,并安装有500G硬盘刻录机,可保存一个月的洞内施工记录,对视频采集系统设专人负责,及时下载存档,保证施工声像记录完善。将该信号与移动通信进行联网,可进行远程监控。
2)声光报警系统:在突发事件发生时,为加快报警信息在洞内各作业区的传送,在洞内各掌子面、衬砌作业段、泵站等有作业人员的区域,设置与洞外预警室联动的声光报警装置。在某一作业区发生突发事件后,值班安全员通过报警器开关或对讲机遥控立即启动附近报警器装置,因所有报警装置在洞内外均为联动,所以全隧报警装置均被启动。洞口安全预警室根据视频监控确定突发事件发生地段,通过应急电话指导现场值班员组织人员疏散通过安全通道进行撤离。洞口预警室通过应急电话,通知项目部相关人员,启动应急管理,根据视频监控系统做好各项应急工作准备。
3)有线通信系统:为确保洞内外信息畅通,保证施工组织正常和各工序的衔接紧凑,从洞外安全预警值班室到洞内施工各作业面、大型泵等均设置有线通信电话,所有作业人员配发有电话号码简表,在发生异常或出现险情时,随即通知洞口预警室,进而启动应急预案。
4)应急照明系统:由于隧道内施工,动力电源均由高压进洞,在隧道遭遇大规模涌水等紧急情况下,为确保撤离人员安全,需及时切断洞内电源,此时洞内动力用电和照明用电均被切断。为保证人员的撤离,洞内每隔40 m在右侧边墙设置一台专用双头应急照明灯,保证在全隧停电的情况下洞内人员行走需要。
2.5 技术创新保证安全
在齐岳山隧道六年的攻坚作战中,我们逐步掌握了岩溶的探测、处理路子,总结出了岩溶隧道施工的部分经验,在技术创新方面也有许多案例,试验性的提出了适合齐岳山隧道不同时期的施工措施,确保了高风险隧道的安全稳步推进。
1)优化、完善了施工现场的超前预报技术、手段:通过对不同种类的溶腔探测、处理、揭示,在失败和教训中,优化、完善、强化了施工现场超前预报技术、手段[5]。在地质变化异常频繁段,为了进一步减少钻探盲区,由最早的通过风枪加深炮眼至5. 0 m来探测开挖面前方可能隐伏的岩溶,演变为利用风枪钻孔对掌子面前方、周边专门进行短距离密集型探测即每循环超前5 m钻探。该探孔在进行爆破钻孔前完成,由钻爆工人操作,遇到异常,掌子面严禁爆破,停止掘进。该方式钻孔对岩溶隧道施工的安全保证十分有效,是保护生命安全的最后一道防线。施工中逐渐形成了“物探先行、钻探验证”“物探与钻探相结合、长中短超前钻探相结合”的综合超前地质预报方法。有效地规避了高风险隧道施工的安全风险。在施工中有不少溶腔是由该方式钻孔探测发现的,如:平导PDK361+870富水溶腔、正洞DK364+218充填性溶腔及许多岩溶管道、岩溶裂隙等。
2)总结了岩溶隧道注浆部分施工经验:在岩溶处理中,通过注浆工艺封堵高压岩溶裂隙、岩溶管道、充填性溶腔及注浆加固大规模破碎带、断层施工中,逐渐培养和形成了自己的专业化注浆队伍,在齐岳山隧道F11大断层施工中发挥了巨大的作用。注浆加固作为隧道施工的辅助措施,有效规避了富水破碎带突水、突泥、塌方、变形等施工风险。
3)采用了小断面迂回绕行施工:在施工过程中探测遭遇溶腔后,为了整体施工组织,最大程度减少停工窝工造成的损失,在所遇到溶腔不能及时直接处理通过时,采用了迂回绕行施工,这样既可继续向前推进又为迂回后对溶腔夹击处理提供了条件。正洞先以小断面施工、后面扩挖紧跟可以进行灵活的工序调整和各项安排,保证平导、正洞前方工作面交错齐头并进,不致因一方遭遇溶腔造成全面停滞或独头掘进的局面。在齐岳山隧道前期施工中确保了施工安全。如正洞DK362+277溶腔的迂回夹击处理、正洞DK363+629溶腔、平导PDK364+005溶腔的迂回绕行施工、正洞小断面与平导齐头挺进等施工方案。
4)洞内泄水支洞施工等新颖方案及释能降压理论的提出及成功实施,确保了大型富水溶腔的安全顺利通过,如PDK361+870溶腔、DK363+090溶腔、DK363+629溶腔,通过施工泄水支洞,成功处理通过。
2.6 精心组织保证安全
在建立健全安全管理制度的同时,现场进行精心组织,形成“一个系统、一个体系、一条路线”的专项应急安全逃生体系。
1)应急指挥系统。现场除了值班的安全员,管理技术人员,还专另设置应急指挥员,应急指挥员由具有从事十几年施工管理且具备丰富隧道施工经验的老施工人员担任,所有值班人员佩戴相应袖标和配套用品,一旦出现异常险情,安全员启动声光报警系统并通知洞口安全预警室,同时应急指挥员立即开展现场疏散撤离工作,进行一线应急指挥,洞内外按照应急预案即可开展施救工作。
2)安全救援体系。为保证人员快速撤离,或在紧急状况下,进行最大程度的自救,在洞内各作业区附近隧道边墙放置了救生衣、浮块、竹筏,放置时保证紧急状态下随手可用,并在全隧范围内右侧边墙设置了安全救援绳索,可作为扶手,加快撤离速度。在措施管理方面,由于隧道洞身较长,为确保紧急状态下施工人员最大程度上、最远距离的撤离,在各作业面附近停放值班轨道车辆,保证长距离人员撤离。
3)疏散逃生路线。为确保人员顺利撤离,专门增设应急逃生栈桥,且在人员撤离的通道边墙安装具有醒目反光的红色疏散通道标志,确保紧急情况下按指示方向安全快速撤离。
4)日常安全教育确保安全。针对施工人员数量多,工种杂的特点,项目注重人员安全教育培训和新增人员进场岗前培训,并对所有人员配发印有安全知识、安全救援设施位置、使用方法及应急疏散路线的“应知应会卡片”。此外,定期召开各队安全管理会议,提高人员安全防范意识和责任意识。在每天下午的调度例会上对洞内安全隐患和潜在不安全因素以及某些不安全行为进行通报,在隧道洞口设置24 h安全预警值班室,进出洞都必须登记,严格做好安全管理工作。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201108/15016.htm
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