木寨岭隧道建设安全管控对策

木寨岭隧道建设安全管控对策

严强

四川省公路院工程监理有限公司四川成都610041

摘要：结合在建渭武高速公路木寨岭特长隧道工程，通过现场调查分析，提出了应对V级软岩大变形特长隧道高风险作业安全管控对策，大力引进和推广现代科技在隧道工程建设安全管理过程中的应用，以减少或降低作业人员劳动强度和安全风险。

关键词：木寨岭隧，建设，安全管控，对策

引言

公路特长隧道建设工程，具有“地质复杂、条件艰苦、连续作业、涉险人员多、危害性大，施工作业期长，施工安全风险高”等特点，对现场施工组织和管理提出了很高的要求。因此，认真做好隧道建设安全管理工作，作为隧道工程参建各方的首要工作。在隧道工程建设过程中更需要具有一大批认真负责、吃苦耐劳，有担当的施工技术和安全管理人员敢作敢当、攻坚克难，长期坚持不懈努力，超前预判防范安全风险，及时投入，应急处置到位才能减少事故的发生，才能取得隧道工程建设的最后胜利。

1工程概况

木寨岭隧道位于渭武高速公路定西段，隧道穿越最高海拔为3252米的漳河与洮河分水岭木寨岭，横跨漳县、岷县两县。隧道采用分离式设计，其中左线全长15231米、右线全长15163米，洞身最大埋深约629.1米。线路走向与G212国道线走向基本一致，与兰渝铁路木寨岭隧道平面距离约900至1000米。全隧设3个斜井辅助施工，1#斜井长1623m，坡度14.1%；2#斜井长1823m，坡度8.1%；3#斜井长1265m，坡度14.5%，峻工后斜井作为永久通风道使用。因此，在隧道建设过程中，斜井交通运输安全面临的压力很大。

木寨岭隧道地处多个地块交界地带，整体海拔较高，地质构造复杂、类型多样，断裂活动强烈，是著名的南北地震带及青藏高原东北缘的重要组成部分，区域性的断裂带属压扭性逆断层，全隧共有12条贯通性断层穿过，断层两侧岩层挤辗强烈，十分破碎，在活动强烈的区域地震断裂带作用下，极易形成构造应力和能量集中，被称为“国内独有、世界罕见”，被专家判定为“极高地应力”软岩大变形隧道，刷新了我国地应力等级极限，因而被称为隧道工程的“禁区”。

木寨岭隧道的主要特点和难点是：全隧道围岩主要为炭质千枚岩、炭质板岩、砂岩及黄土，设计均为五级软弱围岩；隧道受构造地应力影响，初期支护容易发生大变形，永久衬砌结构开裂破坏，施工风险极高。

为建好木寨岭公路特长隧道，国内知名专家学者先后在对木寨岭隧道进行实地考察后，对隧道建设工程施工技术、质量安全建言献策，由于木寨岭隧道建设项目的特殊性，特成立了以中国科学院孙钧院士、何满潮院士牵头的院士工作站，定期或不定期对现场施工开展技术指导，预防、控制软岩大变形带来的安全风险。

2隧道围岩地质特征

隧道围岩分级是设计、施工的基础，是施工方法的选择、衬砌结构类型及参数确定的重要支撑，隧道施工定额、材料消耗标准的制定都要以围岩分级作为主要依据。

公路隧道围岩根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标BQ（及其对应关系应符合《公路隧道施工技术细则》JTG/TF60-2009附录A中的有关规定）将围岩分为六级，其中具有软岩，岩体较破碎、裂状、松散结构，围岩基本质量指标BQ<250的岩体划分为Ⅴ级围岩，现正在建设中的木寨岭公路隧道就是典型的Ⅴ级软弱围岩特长隧道，其个别段落渗水较大，碳质板岩遇水软化，易崩解、垮塌，初支变形较大，作业风险极高。

3安全风险分级

3.1根据木寨岭隧道地质G（围岩情况、瓦斯含量、富水情况）、A开挖断面、L隧道全长、S洞口形式和C洞口特征对隧道进行风险评估如下：

木寨岭隧道地质G：左右线V级围岩占比大于20%，小于40%（分值：2分）；无瓦斯（分值：0分）；隧道穿越围岩主要为碳质板岩等多处大断层断层为导水断层，易造成涌水（分值：2分）。

A开挖断面：单洞两车道（分值：2分）

L隧道全长：左线长15231米，右线长15163米（分值：4分）

S洞口形式：隧道1#、2#、3#为斜井（分值：2分）

C洞口特征：隧道洞口为黄土层部分地段为浅埋偏压施工困难（分值：2分）

根据R=G（A+L+S+C）计算方式，木寨岭隧道工程总体风险分值R=40分，按照风险分级标准R>22分风险等级为Ⅳ级，属于极高风险，应组织开展专项风险评估。

3.2施工作业条件危险性评价（LEC评价法）

LEC评价法是采用定性或定量的方法对风险事故发生的可能性及其严重程度进行数量估算。本案例采用D=LEC法进行风险估测，该方法采用与系统风险率相关的3个方面指标之积来评价系统中人员伤亡风险大小。

L为事故发生的可能性大小

E为人体暴露在这种危险环境中的频繁程度

C为一旦发生事故会造成的损失后果

风险分值D越大，说明该系统性风险越大，需要增加安全措施，或改变事故的可能性，或减少人体暴露在这种危险环境中的频繁程度，或减轻事故损失，直至调整到允许范围内，其D=LEC计算结果如下表：

从计算结果可以看出，初期支护最易发生坍塌事故，同时，钻孔和爆破作业也应采取必要的安全措施加强防护。

结合《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南》以及《公路隧道建设安全风险评估指南》中的隧道安全风险事件及风险源调查表，从隧道建设条件、结构方案和施工技术三方面入手，对隧道建设过程中存在的重大风险事件及与之相关的风险源进行检查和初步辨识，木寨岭隧道存在的主要风险事件为洞口失稳、坍塌、大变形、突涌水、施工安全和环境保护等6大风险。

4风险控制措施

木寨岭隧道在进行施工安全总体风险评估后，各参建施工单位在此基础上组织施工阶段风险评估论证，在认真落实人、机、料、法、环等安全防护措施的同时，重点抓好以下几方面防范措施。

4.1安全管理对策

全面落实一岗双责，领导带班巡查制度，施工现场必须执行“双员”（技术员和专职安全员）跟班作业制度，及时认真排查整改安全隐患，做到早发现、早整治，创建“平安工地”示范达标工地。

4.2安全教育对策

做好全员安全培训教育，要有针对性，分工种做好安全技术交底，不能流于形式；作业人员对现场作业环境危险源会辨识，会防范，会使用安全防护用品，紧急情况会自救。安全培训教育的最终目的就是更新知识，确立理念，增加技能，提升绩效。让安全行为成为一种习惯，让珍爱生命成为一种理念。

4.3安全技术对策

4.3.1施工方建立以围岩变形量测、支护内力监测、围岩应力监测为重点的信息化监控体系，强化施工监控标准化。首先，参建各方要用创新、协调、绿色、开放、共享的五大理念武装思想，以实事求是的态度，敢于担当的精神，正确认识大变形隧道，树立“以人为本、安全第一、生命至上”安全文化理念。

4.3.2施工前的地质工作由于技术手段和投入经费的限制，加之地质体的复杂性，所取得地质资料往往十分粗略和有限，难以完全满足施工的要求，尤其对于深埋隧道更是如此。在隧道施工过程中，对掌子面前方的地质条件和可能的地质灾害开展超前地质预报，将对隧道的正常施工和顺利贯通发挥举足轻重的作用。成功的预测促使施工及时采取应对措施，防范于未然。同时，为适时指导施工作业，掌握围岩和支护的动态信息，发现问题及时预警预防，必须将隧道施工监控量测工作纳入施工组织设计和工序管理的一项重要内容，通过对围岩的适时监控，分析各项量测信息，确认或修改支护系统设计参数，对预防软岩大变形起着举足轻重的作用。可以说，没有及时精准的监控量测数据，我们隧道参建者们将一片茫然，不知所措，现场作业人员处在极度危险工作状态中。

4.3.3严格按照审批的专项施工方案作业，隧道内开挖进尺严格按照隧道施工技术规范等相关规定和设计要求作业，当隧道采用台阶法施工作业时，Ⅴ级围岩上台阶开挖进尺为1榀（一榀钢拱架间距为50～80cm），中台阶开挖进尺为2榀，下台阶为3榀，仰拱开挖长度为3米。隧道两侧中、下台阶不得对挖，隧道同侧中下台阶开挖时，应保持5米以上间距，各安全步距应符合《公路工程施工安全技术规范》相关要求。施工现场进行严控，以减少违规施工作业造成安全风险增加。

4.4配置隧道专业抢险应急救援队伍。我们在尽力做好施工安全风险防范措施的同时，不排除突发事件的发生，这时，隧道抢险救援工作就尤显重要，让专业人才干专业工作，体现应急工作的极强专业性，快速高效、尽一切力量保障作业人员的生命安全。

5现代科技在隧道施工安全管理中的运用

5.1为适时掌握施工现场安全生产情况，木寨岭隧道建设项目采用信息化视频监控和数据采集系统全天候对隧道进行监控。在隧道每个洞口设置门禁数据采集值班室，进出隧道的作业人员和机械设备车辆携带“芯片”，在通过门禁系统数据采集器时，人员设备信息即时上传到值班室，洞内二衬台车处安装视频监控和“五位一体”（CH4、CO、SO2、粉尘浓度、安全步距）数据采集器，辅以人工每天对含氧量的检测，随时随地对施工现场职业健康安全作业环境进行管控，现场监控系统与省交通质监局重大项目监控系统对接，达到对重大危险源适时监管。

5.2木寨岭隧道工程建设项目以“机械化、工厂化、专业化、信息化”四个手段作为重要支撑，通过“信息流”实现管理的数字化、可视化、实时化。重要机械设备张贴二维码，随时随地可以查看机械设备检验和维修保养状况，尽力做到“本质安全”。对试验室、搅拌站、监控量测、施组、专项方案、检验批等实行了信息化监控、处理，即时上传各项质量安全监管信息，动态掌掌握现场安全生产状况，进一步促进了规范化、标准化安全作业。

5.3木寨岭隧道引用三维激光扫描仪，以通过高速激光发射器运用激光测距原理（包括脉冲激光和相位激光），瞬时测得空间三维坐标值，每次测量的数据不仅仅包含X，Y，Z点的信息，还包括R，G，B颜色信息，同时还有物体反射率的信息，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉，是常规测量手段无法做到的，对现场施工程工质量和安全防护设施进行“全身”体检，找出“病灶”对症处置，达到消除质量安全隐患的目的。

优点：相对于传统人工监测，三维激光扫描仪具有很强的时效性，一次扫描仅需要几分钟；数据自动采集，精准可靠，智能分析；数据具备可追溯性，前后连续性好；非接触测量，无人身安全风险。

6“NPR恒阻锚索施工技术”在软岩隧道建设中的应用

为解决Ⅴ级软岩大变形给施工带来的重大安全隐患和经济损失，木寨岭隧道建设方与院士工作站深度合作，在木寨岭隧道开展NPR恒阻器锚索施工技术应用，此技术具有快速锚固和张拉的作用。原理有：悬吊理论、组合梁理论、组合拱（承载拱）理论。

悬吊理论。预应力锚杆将松动破碎的岩体悬吊在稳定的岩体上面，以防止其出现离层脱落的情况发生。对于一些软岩会在外界扰动情况下出现抗力降低的情况，通过锚杆（索）的锚固作用可以对其稳定性加强。其作用示意图见下图。

此技术在木寨岭隧道Ⅴ级软弱围岩支护中效果较好，其优点如下：

a.降低了作业人员劳动强度，锚索施工技术所用材料体积小、重量轻。

b.快速锚固和张拉，快速阻止了开挖扰动软岩变化速率。

c.减少了拆换拱作业带来的安全风险。

d.高效推进，加快了施工进度。

NPR恒阻器锚索施工技术在相同地质环境中施作后，围岩变化速率在可控范围内，极大地避免初支变形破坏、失效、侵限现象，作业安全风险得以明显降低。

7施工现场安全管理工作存在的不足项

7.1设计未及时根据隧道围岩情况的变化修正支护方式和参数，施工方案未及时优化，管理制度僵化，动态设计和变更管理程序不适应现场需要，工作效率低，施工风险增大。

7.2隧道施工中安全步距的要求，在现场实际施工中存在缺陷，当初期支护后围岩变化速率不能稳定后，为保证安全步距，就立即施作二衬，易造成二衬早期强度不足受力开裂、破坏，应综合考虑，不能教条化，当围岩较好时，易造成施工进度缓慢。

7.3掌子面的逃生管每根单管宜长不宜短，在仰拱施工时，为便于安装，逃生管需横跨仰拱施工段，减少逃生管中间接头和节省安装时间。

7.4掌子面开挖时，围岩破碎，拱顶钻孔作业易掉块伤人，可制作简易钢架防石块掉落伤人，在拼装钢拱架时需要作业人员较多，机械化施工程度低，特别是围岩破碎严重时施工安全风险高。

7.5斜井进主洞交叉口施作时，隧道开挖断面大，二衬施作不能及时跟进，为防止围岩突发坍塌甚至关门事件，在掌子面附近配置一定数量的氧气袋、饮用水、食品等应急物品。同时，从主洞掌子面附近设置小钢管通往斜井二衬处，解决了隧道有限作业空间安装大型逃生管带来的不便，同时为掌子面作业人员发生紧急情况时多一份生命保障。

8结束语

现阶段，在工程项目建设设安全生产管理中，我们不缺法规制度，不缺各种安全文件，我们缺的是高素质的专业安全管理人员，缺的是吃苦耐劳，敢于担当勇于奉献的工程技术人员和高技能的一线作业人员，只有安全投入到位，安全防范措施到位，急管理工作落实到位，让无视安全隐患而造成事故的企业和个人没有生存的空间，无论条件多复杂，环境多艰苦的工程项目，我们都有能力，有信心干好。

参考文献：

《施工安全总体风险评估报告》（渭源至武都高速公路定西段建设项目桥梁与隧道工程北京中交诚通工程技术研究院）

《施工阶段安全风险评估报告》（兰州至海口国家高速公路渭源至武都段长安大学）

《两阶段施工图设计》（兰州至海口国家高速公路渭源至武都段中交第一公路勘察设计研究院有限公司）