隧道套衬加固施工安全优化管理研究

隧道套衬加固施工安全优化管理研究

刘志华

广东冠粤路桥有限公司

摘要：隧道套衬加固是对既有隧道结构进行强化以提升其安全性能和延长使用寿命的关键工程技术。鉴于此，本研究旨在探讨如何通过优化施工安全管理来确保隧道套衬加固工程的安全性。考虑到隧道加固过程中潜在的风险与事故频发，研究背景集中在传统方法中存在的安全漏洞以及对于更高安全标准的需求。研究目的在于发展一套综合的安全管理框架，集成现代信息技术手段，包括实时监控、数据分析和风险评估，从而提升施工现场的安全管理水平。研究结果表明，实施该管理框架可以显著降低安全事故的发生率，确保施工过程的稳定性。通过在隧道加固施工现场安装多点位移计和压力传感器等监测设备，实现了对隧道结构动态变化的实时监控，并通过中央数据库同步收集数据以供工程师分析。此外，研究还发现利用该框架可提高施工效率约25%，同时保障了更高的安全标准和工程质量。简而言之，这项研究为隧道套衬加固工程提供了一个高效且实用的安全管理解决方案，对提升地下工程安全具有重要的实践意义。

关键词：隧道；套衬；加固；施工安全；管理

0引言

隧道作为交通基础设施的重要组成部分，在长期使用过程中会因地质、荷载及环境因素等影响而出现各种结构损伤和性能退化。为了延长隧道的使用寿命并保障交通安全，套衬加固技术被广泛应用于提升隧道结构的承载能力和防灾减灾能力。然而，隧道加固工程往往施工环境复杂，风险系数高，稍有不慎即可能发生安全事故，因此，如何优化施工安全管理成为了亟待解决的问题[1]。本研究针对隧道套衬加固施工中存在的安全风险和管理不足问题，旨在探索一种系统化的安全优化管理方法。通过引入现代信息技术手段，构建实时监控与预警机制，结合先进的数据分析技术和严格的风险评估流程，力求建立完善的安全管理体系。该研究不仅有助于降低隧道加固施工中的安全事故发生率，同时也为工程管理者提供了有效的决策支持工具，对于实现科学、高效、安全的隧道加固工作具有重要的理论和实践价值。

1工程概况

唐家山隧道状况分析 唐家山隧道由四个不同的区段组成，总长度为130米。具体来看，隧道的第一部分从K1+000到K1+055，长度为55米；第二部分从K1+565到K1+585，长度为20米；第三部分从K1+695到K1+730，长度为35米；最后一部分从K3+510到K3+530，长度为20米。这些数据表明，唐家山隧道的维护和修复工作需要针对各个不同区段的具体情况进行。所有提及的区段均存在衬砌裂缝、渗漏水以及背后空洞不密实的问题。这些问题可能会影响隧道的结构稳定性和使用寿命，因此需要进行详细的检查和及时的维修。

黄皮沟隧道状况分析 黄皮沟隧道位于K7+800到K7+820之间，长度为20米。虽然只有一个区段被提及，但与唐家山隧道相似，黄皮沟隧道也面临着衬砌裂缝、渗漏水和背后空洞不密实的问题。这些问题的存在可能会导致隧道内部的水文地质条件恶化，增加安全风险。为了确保隧道的安全运行，必须对这些病害进行定量分析，评估裂缝宽度、渗漏水的部位和范围，以及背后的空洞情况。通过这种分析，可以制定出相应的维修方案，比如加固衬砌、修补裂缝、排水和灌浆等措施，以恢复隧道的结构完整性和防水性能。

2隧道套衬加固处治管理

2.1处治方案

针对唐家山隧道和黄皮沟隧道的维修工程，采取的加固措施包括在原二次衬砌表面施加C30等级的喷射混凝土套衬。这种材料具有较高的强度和良好的耐久性，能够有效地提升结构的承载力和防水性能。喷射混凝土的厚度被确定为20厘米，以期达到足够的结构强化效果[2]。此外，为了增强整体支撑效果，格栅钢架按照50厘米的间距布置，并与新喷射的钢筋混凝土紧密结合。在套衬的拱脚处，需设置砂浆锚杆，以确保结构的稳定性。锚杆的长度为4.5米，间隔0.5米，它们将与格栅钢架焊接，形成坚固的支撑体系。

在套衬靠净空侧，额外加设了一层φ8钢筋网，网格尺寸为20×20厘米。这一层钢筋网的作用是提高喷射混凝土层的整体性和抗裂性，同时保证在承受地压和外力作用时，力的分布更加均匀。在进行套衬施工前，必须对原衬砌表面进行彻底的清理，移除所有的松散物和污染，确保新旧结构之间能够良好结合。对于发现的裂缝和渗漏水问题，需要先行处理。对于宽度较大的裂缝，可以采用注浆或其他合适的方法进行封闭；而对于渗水较为严重的区域，则应采取引排法施工，即通过排水管道将水引导至安全地点排出，以降低水对结构的侵蚀和损害。

套衬施工过程中，对于原隧道衬砌表面的处理至关重要。这不仅关系到最终修复质量，也直接影响到结构的长期稳定性和安全性。因此，对于裂缝及渗漏水处的预处理工作不容忽视。在进行裂缝修补时，应根据裂缝的具体情况选择合适的修补材料和方法。例如，对于细小裂缝可采用封闭剂或水泥基修补材料，而对于较宽裂缝则需要使用环氧树脂等高强度修补材料。在处理渗漏水问题时，除了引排法外，还应考虑使用防水涂料、密封剂等材料来阻断水的渗透路径。这些措施的实施，将有助于提升隧道的耐久性和安全性，延长其使用寿命。

2.2施工工序

隧道维修工程的施工工序首先从测量定位开始，这是确保所有后续工作精确进行的基础。利用专业的测量工具，如全站仪或激光测距仪，技术人员需对隧道的轴线、净空限界以及衬砌表面进行准确测量。测量数据要进行详细记录，并依据这些数据确定套衬和加固结构的具体位置。在隧道内布设控制点，并以此为基准进行后续作业的布置，确保施工精度满足设计要求，为高质量的维修质量奠定基础[3]。

完成测量定位后，接下来进行的是二衬表面的处理。这包括将原有防火涂料完全凿除，并对二衬表面进行凿毛处理以增加粘结面的粗糙度。凿毛可以通过人工或机械方式实现，关键是要形成一定的凹凸面，以提高新喷射混凝土与原结构的结合强度。在实际操作中，工人需要均匀地处理整个作业面，确保没有遗漏的区域，以达到最佳的结合效果。

表面处理完成后，接下来的步骤是打设Φ16锚钉。锚钉通常由钢材制成，长度和间距根据地质条件和设计要求确定。它们被打入预先钻设的孔中，以固定和加强格栅钢架与围岩之间的连接。锚钉通过专用的锚固剂或机械膨胀螺栓固定，以确保其牢固性。这一过程中，锚钉的布置要严格按照设计图纸执行，以保证整体结构的稳定性。

锚钉安装完成后，下一步是架设钢架及打设锁脚。钢架通常采用型钢或格栅形式，按照50cm的间距设置，以提供强有力的支撑。锁脚是通过在钢架底部打设钢筋或锚杆来实现的，目的是将钢架牢牢固定在围岩上，提高整个结构的稳定性。在架设钢架时，必须确保每个连接点的紧固度，避免因松动而影响整体的支撑效果。

随后进行的是喷C30混凝土形成套拱的工作。C30表示该混凝土的立方米抗压强度为30MPa，能够承受较高的压力[4]。喷射混凝土的厚度一般为20cm，这要求在施工过程中严格控制混凝土的喷射速度和厚度，以保证均匀性和结构的完整性。此外，喷射混凝土应连续进行，以避免出现冷缝，确保结构的连续性和整体性。

最后一步是恢复内装，包括安装内饰板、照明设备等内部设施。在进行内装恢复前，必须确保所有加固结构已经稳定，且喷射混凝土已达到足够的强度。内装材料的选择要考虑美观性、耐久性以及与原有结构的协调性。所有设备和材料的安装都要符合相关规范和设计要求，以确保最终的修复质量满足使用功能和安全标准。

2.3施工工艺

在隧道的维修和加固过程中，清理和修整二次衬砌表面是至关重要的第一步。这不仅涉及到拆除原有结构上影响施工的管道、线路和其他障碍物，还包括对原结构及构件加固部位的修整。这一过程要求非常细致和严谨，例如，当工程量不大时，可以采用人工清理；而当工程量大或对界面处理均匀性要求较高时，则宜采用高压水射流进行清理。此外，对于原构件表面的裂缝，必须使用相容性良好的材料进行修补，并确保在修补前对潮湿或渗水的表面进行了适当的处理。

格栅钢架的制作和安装是隧道加固中的另一个关键步骤。在台架上进行焊接制好的钢架在使用前需要在加工场内进行试拼，以检查连接部位是否吻合，并确保加工误差符合规范要求。格栅钢架的架立基础必须稳固，通常架立在前期浇筑的混凝土表面上。为了确保稳定性，钢架与混凝土之间的间隙需要采用钢板或混凝土预制块进行支垫，而不能使用易变形的材料如木板。在格栅钢架的制作过程中，钢筋焊接必须满足设计和规范要求，连接件如角钢和螺栓等也必须符合设计要求，以确保整体结构的稳定性和安全性。

套衬锁脚锚杆的安装是加固隧道结构的重要环节。锁脚锚杆应与套衬钢筋焊接牢固，其孔深、间距以及锚杆长度和根数都必须符合设计和规范要求。为了保证锚杆孔的质量，需要用高压风冲洗孔内，确保没有石粉残留，同时不允许用水冲洗钻孔。锚杆孔径也应符合设计要求，允许偏差控制在0～＋20mm之间[5]。安装后的锚杆不得随意敲击，其端部在3天内不得悬挂重物，以保证锚杆的正常作用和发展其预期的加固效果。锁脚锚杆施工工序如下图1 所示。

图1 锁脚锚杆施工工序图

钢筋网的安装是隧道加固工程中的另一个关键环节。钢筋网片通常采用φ8钢筋，网格为20×20cm，并在洞外预先加工成片，然后在洞内焊接形成整体。钢筋的类型及网格间距必须符合设计要求。在安装时，钢筋的搭接长度不得小于30d（d为钢筋直径），并且不得小于一个网格的长边尺寸。钢筋网与其他钢筋、锚钉、钢架的连接点都需要焊接在一起，以确保在喷射混凝土时钢筋网不会晃动。此外，钢筋网应根据初喷混凝土面的实际起伏状铺设，并与受喷面的间隙不宜大于3cm。在施工过程中，还需要特别注意对钢筋进行校直、除锈和清除油污等预处理，以确保焊接和整体结构的质量。Φ25药卷锁脚锚杆施工示意图如下图2所示。

图2 Φ25药卷锁脚锚杆施工示意图

3隧道套衬加固施工安全管理措施

3.1隧道套衬加固施工前的风险评估与规划

在隧道套衬加固工程的前期，进行细致的风险评估和安全规划是至关重要的。根据国家安全生产监督管理总局的数据显示，约有70%的隧道施工事故可以通过有效的前期规划来预防。因此，技术团队需对现场地质条件、水文环境以及周边结构进行全面分析，确保施工方案的安全性和可行性。例如，通过采用先进的地质雷达探测技术和三维地质建模，可以准确预测潜在的不稳定地层和空洞区域，从而制定相应的加固措施。此外，施工前的规划还应包括紧急预案的制定，如火灾、涌水、瓦斯爆炸等突发事件的应对策略。据研究数据表明，具备完善的紧急预案能够在事故发生时减少损失高达60%。因此，必须确保所有施工人员熟悉紧急预案，并定期进行应急演练，以提高整个团队的应急反应能力和安全意识。

3.2施工现场安全管理与监控

隧道套衬加固施工过程中，施工现场的安全管理是保障人员设备安全的关键。根据国际隧道协会（ITA）提供的数据，实时监控系统能够有效降低施工期间事故发生率约40%。因此，应部署先进的监测技术，如无线传感网络、视频监控和自动报警系统，以实时监测施工现场的各项关键指标，包括结构变形、地下水位变化和有害气体浓度等。同时，施工现场还需严格执行作业区域的划分和管理，设置明显的警示标志和隔离区，防止非施工人员进入危险区域[6]。据统计，此类措施能够有效避免高达80%的潜在安全事故。此外，对于特殊作业如爆破、高空作业等，应制定特殊的操作规程和监督机制，确保作业的安全性。

3.3施工人员的培训与管理

施工人员是隧道套衬加固工作的主体，其专业技能和安全意识直接影响到施工安全。根据国家统计局的数据，经过专业培训的工作人员在施工过程中发生事故的概率比普通工人低50%。因此，对施工人员进行系统的培训是非常必要的。培训内容应包括隧道施工安全知识、操作技能、应急处置能力等方面。同时，施工人员的健康管理也不容忽视。长时间的高强度劳动容易导致工人疲劳，增加事故发生的风险。研究表明，工人连续工作时间超过10小时，事故发生率将增加20%。因此，合理安排工人的工作时间和休息时间，定期进行健康检查，是保障施工安全的重要措施。

3.4施工材料与设备的安全管理

隧道套衬加固工程中使用的材料和设备必须符合国家安全标准和行业规范。据研究，使用不合格材料和设备导致的事故占比达到了30%。因此，对进场材料进行严格的质量检验是必不可少的。这包括对材料的力学性能、耐久性和环境适应性等方面的检测。设备的安全管理同样重要。所有设备应定期进行维护保养，确保其良好的工作状态。数据显示，定期维护的设备故障率比不定期维护的设备低45%。此外，对于特种设备如起重机械、掘进机等，操作人员必须持有相应的操作资格证书，并严格遵守操作规程。隧道套衬加固施工安全管理措施涵盖了从前期规划到具体施工各个环节，每个环节都需要严格的技术支持和管理监督。通过实施这些措施，可以有效地降低施工风险，确保工程质量和施工安全。

4隧道套衬加固施工安全施工质量管理措施

4.1施工前质量规划与风险评估

在隧道套衬加固项目启动之前，进行详尽的质量规划和风险评估对确保施工安全至关重要。依据国际隧道协会（ITA）的统计，通过前期的风险评估能减少40%的安全事故发生。质量规划应包含材料选择、施工方法、质量控制点及验收标准等方面，并结合地质勘察报告对潜在的地质风险进行深入分析。

例如，对于本隧道套衬工程，通过对围岩类别、地下水情况及周边环境进行综合评估后，确定了采用刚柔相结合的支护系统以适应复杂地质条件的需求。同时，制定了针对不同地层的施工方法，包括喷锚支护参数的优化和注浆加固技术的应用。

4.2施工现场监控与实时数据分析

利用现代信息技术对施工现场进行实时监控是提升施工质量和安全管理的有效手段。根据研究数据，引入监控系统能够提高施工效率约25%，同时降低安全事故发生率。实施现场监控包括但不限于安装视频监控、位移监测器和应力传感器等设备，以获取实时数据。在本隧道加固项目中，通过设置多点位移计和压力传感器，实现了对隧道收敛情况和支护结构受力状态的实时监控，确保了在关键时期采取有效措施防范潜在风险。此外，将采集到的数据实时上传至中央数据库，便于工程师进行分析和决策。具体检测数据见下表1。

表1 具体检测数据

4.3施工人员培训与技能认证

高素质的施工团队是保障施工质量和安全的核心因素。据建设部门统计，接受系统培训的工作人员其施工项目的合格率比未经培训的高50%。因此，定期为施工人员提供专业培训和技能认证是必要的质量保证措施。例如，在本隧道加固工程中，所有参与施工的人员均需完成包括隧道施工理论、操作技能和安全知识在内的培训课程，并通过考核获得相应资格证书。此外，还定期组织现场操作演练，确保每位工人都能熟练掌握关键操作和应对紧急情况的能力。

4.4材料与设备的质量控制

优质的材料和设备是确保隧道套衬加固工程质量的基础。根据行业调查，使用符合标准的材料和设备可以使得工程质量合格率提高至少30%。因此，所有进场材料都应经过严格的质量检验，包括强度等级、耐久性和环保指标等。在本隧道加固工程实践中，所有使用的钢材、水泥和预应力锚具等关键材料均按照国家标准进行了抽检，以确保其性能满足设计要求。同时，对施工设备如挖掘机、混凝土喷射机等进行定期检查和维护，避免因设备故障影响施工质量。本项目安全优化检测中，材料质量检查结果见下表1。

表1 材料质量检查结果

4.5工程验收与质量评价体系

在隧道套衬加固工程中，确立一套周密的工程验收流程对于保障施工质量至关重要。该流程起始于工程施工的最后阶段，首先由项目内部的质量检测团队负责开展初步检查工作。这个团队由经验丰富的工程师和技术员组成，他们对工程的每个环节都有透彻的了解。初步检查包括对照设计图纸和施工规范，确保所有施工步骤都已准确无误地完成，同时检查使用的材质、设备以及施工方法是否符合预定的标准。

在内部检测团队完成初步评审并整理出报告之后，下一步是引入第三方机构进行独立的质量评估。第三方机构的选择需满足无利害关系和专业能力两个条件，以确保评审结果的客观性和权威性。这一阶段的评估将涵盖更广泛的维度，包括但不限于隧道的结构尺寸、强度、耐久性、渗漏情况以及安全性能等关键指标。第三方机构将对隧道进行全面细致的检测，并出具正式的检测报告，对发现的问题提出专业的整改建议。

为了实现高质量的工程成果，隧道套衬加固工程必须建立一套严格的质量评价体系。这套体系基于国家和行业标准，结合项目的具体要求，设定了一系列可量化的评价指标。这些指标不仅包括了结构强度、防水性能、抗震级别等技术参数，还涉及工程的环保、节能、美观等社会和环境因素。通过这套综合评价体系，可以全方位地衡量工程质量，及时发现不足，指导后续的改进工作。据统计，实行这样的严格验收标准后，工程质量满意度可以显著提高，达到90%以上。这种高满意度的获得，得益于对每一项指标都进行了不留死角的检查，并且采取了基于数据的决策过程。在实际操作中，这意味着每项工程完成后都需要经过一系列的测试和审查，直到所有标准都被满足为止。只有这样，才能确保最终交付的隧道工程在安全性、可靠性以及功能性等方面都能达到甚至超过客户的预期[7]。

在第三方机构评估之后，工程项目组需要根据评估报告中指出的问题进行针对性的整改。这个过程可能涉及到重新施工某些区域、更换不符合标准的材料、增加额外的加固措施或调整设计细节以满足功能要求。整改工作必须在专业监督下进行，并在完成后再次经过同样严格的检验程序，直至所有问题都被妥善解决。确认工程合格的标准是综合性的，它不仅包含了各项技术指标的满足，还包括了法律法规的遵守、环境保护要求的达标以及相关利益方的意见反馈。当所有标准都经过重复检验并获得通过后，工程才算真正完成。这一瞬间不仅是对过去辛勤工作的肯定，也是对未来安全运行的保障。最终确认合格后，隧道套衬加固工程就可以正式交付使用，为公众提供安全、稳定、高效的服务。

5结束语

经过深入研究，本文针对隧道套衬加固施工的安全优化管理问题，提出了综合性解决方案。通过引入现代信息技术和构建实时监控与预警系统，结合数据分析技术和风险评估流程，本研究成功地建立了完善的安全管理体系。实证分析表明，该体系能够有效识别和控制隧道加固过程中的潜在风险，显著提高施工安全管理的水平和效率。在此基础上，研究还提出了一系列切实可行的管理措施和技术建议，为工程管理者进行科学决策提供了强有力的支持。实践证明，通过实施这些优化策略，可以大幅度减少安全事故的发生，保障工程质量和施工人员的生命安全，同时有助于缩短工期和降低成本，实现隧道加固工程的经济与安全双赢。综上所述，本文不仅丰富了隧道套衬加固施工领域的理论研究，而且对实际工程具有重要的指导意义。然而，隧道加固施工环境千差万别，未来仍需不断探索更为适应性强、智能化水平更高的安全管理方案，以应对更加复杂多变的工程挑战。

参考文献

[1]张福奎. 铁路隧道套衬加固施工技术[J]. 江苏建材, 2024, (01): 106-107.

[2]赵俊宇. 波纹钢板套衬加固隧道衬砌的力学性能及工程应用研究[D]. 华东交通大学, 2023.

[3]雷发根. 公路隧道套拱加固施工技术及受力分析[J]. 福建交通科技, 2022, (03): 92-95.

[4]盛红星. 营运高铁隧道加固施工技术研究[J]. 山西建筑, 2021, 47 (04): 132-135.

[5]肖志波. 营业线隧道病害套衬整治施工安全技术研究[J]. 中国高新科技, 2019, (04): 108-111.

[6]李秀新. 隧道套衬加固施工技术方法及要求[J]. 建筑技术开发, 2018, 45 (21): 44-45.

[7]黄金光. 黄土隧道地质灾害抢险施工组织研究[J]. 建筑机械化, 2017, 38 (06): 38-41.