第一章

隧道安全措施一、隧道安全隱患一般包括以下幾個方面1）建設方面：投資不到位、工期不合理。2）設計方面：選線不當、勘測深度不夠、支護結構承受力不夠、變更不及時。3）地質方面：地質不明、復雜多變。4）施工方面：方案不合理、方法不當、施工工藝不能滿足安全質量需要、資源配備不足（或不能滿足安全質量需要）、管理失控、施工人員素質低、監(jiān)督檢查不嚴、弄虛作假、偷工減料、方案方法未完全落實。二、隧道施工中常發(fā)現(xiàn)的安全隱患現(xiàn)象1）超前地質預報不認真、不及時，流于形式，做假資料，準確性差，與實際出入較大。2）進出洞方式選擇不當，洞口邊仰坡防護不力，邊仰坡坡陡、過高，防排水措施不完善。3）施工方法選擇不合理，未根據實際地質情況，采用相適應的工法。4）支護不及時，封閉不及時，仰拱、二襯滯后。5）開挖進尺與工法不匹配，一次開挖進尺過大，臺階法施工臺階過長。6）超前支護不力。如超前管棚角度不對、間距大、數量少、長度不夠；超前注漿達不到加固地層的要求。7）開挖效果差，凸凹不平，超欠嚴重。8）鋼支撐強度不夠：原材料強度低（尺寸或材質不符合要求），加工質量差。9）鋼支撐安裝不符合要求：接頭連接不牢固，拱腳不穩(wěn)固，間距過大，安裝不垂直（垂直于地表及隧道軸線），與圍巖不密貼。10）噴混凝土厚度、強度不足，背后有雜物、空洞，與圍巖不密貼。11）錨桿安設質量不符合要求，如數量少、長度不夠、角度不對、砂漿不飽滿、未安墊板。12）仰拱底部軟弱、不穩(wěn)固，有集水、雜物、虛渣，未清理干凈。13）防排水措施不到位。14）二襯厚度、強度不符合要求，背后有空洞。15）變形量測不規(guī)范，不準確，不及時，不反饋，編假資料。16）瓦斯（有害氣體）隧道未按瓦斯隧道規(guī)定施工。17）易發(fā)巖爆隧道未按預防巖爆規(guī)定施工。18）高壓富水隧道，防治水措施不能滿足安全及環(huán)保要求。19）隧道內電線、電器不符合要求。20）隧道作業(yè)臺架不穩(wěn)固。三、隧道施工主要事故類型及危害1）突泥突水：掩埋隧道，機械損毀，人員傷亡，破壞環(huán)境。2）塌方：機械損毀，人員傷亡，破壞環(huán)境。3）瓦斯爆炸、燃燒：機械損毀，人員傷亡。4）巖爆：人員傷亡。5）觸電：人員傷亡。6）高空墜落：人員傷亡。四、原因分析一是客觀上地質和環(huán)境的復雜性，二是主觀上技術措施、施工方法及工藝、現(xiàn)場管理等原因。因此，提高對軟弱破碎圍巖的認識，提高設計和施工水平，做到“三超前、四到位、一強化”，對杜絕工程事故的發(fā)生十分重要。4.1隧道易發(fā)生坍方的地段和部位在山區(qū)修建山嶺隧道，因隧道穿越地區(qū)工程地質和水文地質條件復雜多變，決定了山嶺隧道的施工難度，由于我國山多、地質類型多，這就決定了我國隧道施工是世界上最復雜、最困難的地區(qū)，隨著我國國民經濟發(fā)展的需要，地下空間不斷得到開發(fā)利用，特別是鐵路公路修建標準的提高，山嶺隧道越來越多，越來越長，隧道施工中發(fā)生坍方的數量也就會有所增加。了解容易發(fā)生坍方的地段和部位，對預防隧道坍方非常重要。對統(tǒng)計數據進行分析，軟弱圍巖隧道事故主要表現(xiàn)在三個方面：一是洞口坍方，占20%。二是掌子面變形坍方，占33%。三是掌子面后方坍方“關門”，占47%。

1)定義：坍

方：因周圍巖體或支護失穩(wěn)破壞而引起的隧道垮塌。坍方類型：掉塊、偏幫、冒頂、關門。掉

塊：隧道局部巖塊失穩(wěn)而掉落，危害較小；偏

幫：隧道邊墻失穩(wěn)破壞的坍方，處理不當將引起大坍方，危害較大；冒頂：發(fā)生于隧道拱部的坍方，個別可塌穿至地表，危害很大；關

門：在隧道開挖面（掌子面）后方發(fā)生的坍方，多數可將前方施工人員、設備掩埋或堵在塌體至開挖面（掌子面）之間，危害極大。4.2容易發(fā)生坍方的地段1）埋深較淺地段。山嶺隧道埋深在100米以下時，圍巖由于受到地表水侵蝕，風化嚴重，如施工不當，支護不力，易發(fā)生坍方。特別是淺埋和超淺埋段，更易發(fā)生坍方。2）斷層破碎帶及斷層影響帶。因其圍巖破碎，自穩(wěn)能力差，并有大量的填充物和地下水，如處理不當，極易發(fā)生坍方。地下水豐富時，易發(fā)生突水突泥。3）巖層接觸帶。因其巖性不同，且大多伴有小構造，若重視不夠，可能會發(fā)生坍方。軟弱圍巖隧道地質特征：強度低。如黏性土、粉土、砂類土、黃土、全風化巖體等，圍巖強度低，承載能力低。節(jié)理發(fā)育、破碎。節(jié)理發(fā)育、巖體破碎的泥巖、頁巖、砂巖、千枚巖、板巖等，自穩(wěn)能力差。斷層帶呈散體結構。受構造影響，斷層帶結構面雜亂無序，呈角礫、縻棱狀或碎裂結構，充填泥質或泥夾巖屑，自穩(wěn)能力極差。4）高地應力地段，在軟質圍巖中，由于受到高地應力的影響，圍巖變形較大，若支護不力，極易發(fā)生坍方。硬巖易發(fā)生巖爆。5）在高水位富水區(qū)段，由于地下水豐富，圍巖受地下水影響較大，若措施不當，易發(fā)生坍方或突水。6）可溶巖地區(qū)，巖溶呈無規(guī)律性分布，隨時會遇到意想不到的溶洞，若防備不及，溶洞內的填充物及水突然涌出或塌坍，將給工程造成極為不利的影響。特別是高位富水區(qū)的大規(guī)模充填溶洞，危害更大。7）黃土地區(qū)及砂土地區(qū)，因圍巖自穩(wěn)能力差，若方法不當，支護不力，極易發(fā)生坍方。軟弱圍巖隧道工程特點：軟弱圍巖強度低、自穩(wěn)能力差，隧道開挖后地應力重新分布，使隧道周邊產生較大的松動圈。一旦工程措施（包括設計措施）和施工方法不當，將極易發(fā)生初期支護變形侵限和隧道坍方等工程事故。因此，軟弱圍巖隧道施工的核心是“控制變形、防止坍方”。4.3容易發(fā)生坍方的部位1）隧道洞口：隧道洞口集埋深淺，石質較差，受力結構復雜等不利因素于一體，處理不當極易發(fā)生坍方。2）隧道拱腳：當采用臺階法施工，開挖下部時，若臺階過長、拱腳懸空、背后空洞、支護不力、開挖過長，極易造成拱部冒頂或關門坍方。3）隧道墻腳：當進行檢底施工時，措施不當、墻腳懸空、開挖過長，致使邊墻失穩(wěn)而發(fā)生偏幫。4）

隧道拱部。當采用先拱后墻法施工或拱部變形較大，支護強度不足、背后有空洞時，易發(fā)生掉拱塌坍。5）

隧道與隧道的交叉部位，即兩洞交叉的部位，也就是通常所說的交叉三角區(qū)，因跨度大，受力復雜，如果處理不當，支護不力，極易發(fā)生坍方。6）在水平巖層或近似水平巖層中，拱部易發(fā)生掉頂；在垂直巖層或近似垂直巖層中，邊墻易發(fā)生偏幫。4.4突泥突水、瓦斯爆炸、巖爆易發(fā)區(qū)域1）突泥突水：高壓富水，斷層破碎帶，巖層接觸帶，巖溶，水下（河底、雨季溝底、海底、水庫底或旁邊），高地應力。2）瓦斯爆炸：富存瓦斯地區(qū)，煤系地層。

3）巖爆：高地應力區(qū)硬巖。五、預防措施方案方法規(guī)避風險，工藝過程控制風險，細節(jié)管理降低風險。5.1

隧道洞口段施工防坍隧道洞口段具有埋深淺、石質破碎、受力結構復雜等特點。洞口段是隧道施工中極易發(fā)生坍方的地段，為避免坍方，應遵循“早進晚出，安全、經濟”的設計施工原則，采取必要的防坍措施，安全通過洞口段。1）施工調查：設計部門提供的施工圖之地形地貌，往往與實際情況有出入，施工單位在進洞前必須對隧道洞口段實際地形地貌進行勘察、測繪，為制定施工方案提供依據。隧道洞口段一般有三種情況：1.1洞口不具備進洞條件（洞口有障礙物或緊靠河流

懸崖等），或施工埸地狹窄，不能滿足施工需要。1.2洞口雖具備進洞條件，施工埸地也能滿足施工需要，但地質條件較復雜，需要采取的加固措施不經濟，或從正面進洞易引起坍方，增加工程成本。1.3具備進洞條件，施工埸地滿足施工需要。2）進洞位置的選擇：針對上述三種情況，應選擇不同的進洞位置，以滿足安全經濟的要求。2.1

針對第一種情況，應及時向設計部門提出變更設計，并選擇合適的位置設橫洞，橫洞的設置除滿

足設計規(guī)范要求外，橫洞位置一般距洞口不大于500m。橫洞的位置、方向應根據現(xiàn)埸實際調查的地形情況確定，橫洞的設置必須經設計部門同意，納入整個工程設計，否則，將由施工單位承擔相關費用及責任。2.2

針對第二種情況，應對從正面進洞和設置橫洞兩種方案作詳細的經濟比較，選擇較為經濟合理的進洞方案。2.3

對于第三種情況，根據實際情況確定合理的洞口

位置，制定詳細的進洞施工方案，安全穩(wěn)妥的從正面進洞。下面是幾座設置了橫洞的隧道，現(xiàn)將這幾座橫洞情況列于附表1，供參考。鐵路隧道設置橫洞一覽表5.2

進洞防坍施工措施1）從橫洞進入正洞反向施工出洞：1.1進入洞口段石質較破碎時，應采用正臺階法施工，并架設鋼支撐，噴錨支護。1.2接近洞口時，應縮短開挖進尺，從上部以小斷面開挖出洞，打穿后，應從外部清除仰坡危石，并對洞口周邊及仰坡進行必要的加固，加固措施一般采用噴錨支護。然后自上而下擴挖到設計斷面，并按設計作好施工支護。1.3隧道洞口段施工爆破時，應在洞外加強防護，避免飛石傷人。2）從正面進洞施工2.1洞門位置應根據實際地形情況進行必要的調整，并報設計單位同意后，按變更后的洞門位置施工。2.2為減少植被的破壞，應盡量減少刷仰坡或不刷仰坡，一般埋深達到1.０m以上時，即可采用暗挖施工。進洞施工前，應對仰坡進行噴錨網加固。2.3洞口外土石方開挖時，不應一次開挖到隧底設計標高，應開挖至隧道起拱線標高（或上半斷面標高）即可，兩側邊坡應隨開挖隨進行噴錨網支護。2.4當明挖到地表距隧道拱頂1.０m以上時，即可采用暗挖法進洞施工。2.5暗挖施工前，在開挖輪廓線外打超前管棚。在洞口外架設2～3榀鋼支撐，間距0.5～0.7m，鋼支撐與仰坡防護層聯(lián)為一體。石質非常破碎時，管棚內應采用超前注漿，對圍巖進行加固。2.6正臺階法開挖進洞，按設計作好支護施工。臺階長度5m左右，逐步開挖進洞，并封閉成環(huán)。2.7洞口段開挖支護完畢，為確保安全，應及時施作二次襯砌或明洞和洞門。2.8洞口段爆破施工時，應作好安全防護，防止飛石傷人。5.3采用正確的施工方法防坍在山嶺隧道施工中，如果施工方法使用不當，不僅不能加快施工進度，而且也不能保證工程質量和施工安全，極易造成坍方。1）常用的施工方法：如何選擇安全合理實用的施工方法，與圍巖級別和隧道斷面的大小密切相關，下面是山嶺隧道施工中常用的幾種施工方法。1.1全斷面法：適用于圍巖整體性好，較堅硬的各種類型隧道，將隧道一次開挖爆破成型，其特點是施工速度快，爆破震動次數少，便于利用大型施工設備施工。1.2臺階法：適用于圍巖整體性較差，石質破碎軟弱的中小型斷面的隧道。其特點為：適用于不同圍巖和斷面，利于變換施工方法，臺階的級數和長度可根據圍巖的軟弱程度設置，一般情況下，臺階數為2～3級，臺階長度為3～5M是在軟弱圍巖隧道施工中，最為常用的一種施工方法。1.3側壁導坑法：分為單側壁導坑和雙側壁導坑兩種，適用于圍巖整體性差，破碎軟弱的大中型斷面的隧道。其特點為：工序較多，施工干擾較大，質量管理較困難，施工速度較慢，較不利于施工方法的變通，但對大斷面隧道中處理軟弱圍巖，是一種安全有效的施工方法。1.4

CRD法：適用于斷面大，圍巖特別破碎軟弱的隧道，特點為：工序多，施工干擾大，質量管理困難，施工速度慢，不利于施工方法的變通，但在大斷面隧道中處理軟弱圍巖，是一種最安全有效的施工方法。1.5中導坑法：適用于有輔助坑道（平行導坑、橫洞、斜井）的隧道，在圍巖較好的地層中，中導坑超前隧道正面施工，由隧道正面擴挖的一種方法。其特點是在輔助導坑內開辟正洞的第二工作面，加快了施工速度，利于施工通風，可利用導坑提前貫通。此方法不宜在圍巖軟弱破碎的地層中使用。各種施工方法在不同圍巖和隧道中的適用情況詳見附表2。5.4

常用的輔助施工方法在隧道施工中必要的輔助施工方法，是確保隧道施工安全的重要手段?，F(xiàn)介紹幾種常用的輔助施工方法。1）大管棚：一般應用于洞口段或隧道內圍巖極破碎地段超前支護，管徑φ80～φ150mm，管長10～30m，環(huán)距30～40cm，沿開挖輪廓線外，水平打進，采用鉆孔機鉆孔后安管或直接用夯管機夯進，從管口向管內注水泥漿。2）小管棚：應用于圍巖破碎軟弱地段超前支護，管徑φ40mm，管長2～3.5m，環(huán)距20～30cm，管壁周邊鉆φ10mm小注漿孔，沿開挖輪廓線打進，外插角2～5°，從管口注漿加固地層。3）帷幕注漿：在破碎軟弱地下水豐富的巖層中，開挖前須對前方及周圍巖體進行全斷面注漿加固堵水，注漿長15～30m，漿材為水泥漿或雙液漿，采用前進式或后退式分段注漿。4）徑向注漿：水壓較小地段，隧道開挖后沿周邊徑向利用注漿管注漿堵水。5）壁后注漿：隧道支護后，對支護背后空洞進行回填注漿。6）新意法（新意大利法）：開挖前預先加固地層、預先支護的施工方法。7）冷凍法：將地層冷凍后再開挖。5.5采用正確的支護手段防坍除了施工方法安全合理實用外，采用合理、經濟的施工支護手段也是防止坍方的關鍵。1）施工支護方法：施工支護方法與圍巖的破碎軟弱程度密切相關，在現(xiàn)代隧道中，普遍采用的施工支護方法有：噴砼、錨桿、鋼支撐、超前支護等。1.1噴砼：噴砼分網噴砼和素噴砼，網噴砼就是在噴砼前在巖面上掛設鋼筋網，提高噴砼的整體性。噴砼的材料分為：素砼、鋼纖維砼和微纖維砼。噴砼能在短時間內，迅速使噴到巖面上的砼形成一層薄殼狀的受力結構，避免落石和坍方事故的發(fā)生。此方法使用簡單，易于操作，能及時的封閉新開挖的圍巖，是目前隧道施工中最常用的一種施工支護手段。在建筑物邊坡的防護中，也大量采用噴砼防護。

1.2錨桿：錨桿是隧道施工中較為常用的一種支護手段，在其它的建筑物的邊坡防護中也得到廣泛應用。錨桿能及時有效的阻止巖體脫落，起到加固圍巖的作用。錨桿的種類很多。主要有：砂漿錨桿、樹脂錨桿、中空錨桿、自進式錨桿、膨脹式錨桿、楔形錨桿等，適用于各級圍巖隧道的施工支護，錨桿直徑一般為22ｍｍ及25ｍｍ，長度及間距根據圍巖級別確定。1.3鋼架支撐：鋼架支撐是在軟弱圍巖隧道施工中較強的一種支護手段，與錨桿、網噴砼相配合，能及時有效的抵抗較大的圍巖變形，從而起到防止坍方的作用。鋼架支撐類型主要有：型鋼和格柵。鋼架支撐橫斷面積和架設距根據圍巖軟弱情況和變形情況確定。1.4超前支護：超前支護是軟弱圍巖隧道施工中的一種輔助支護手段，常用的有：超前錨桿、超前管棚、超前預注漿等。在開挖前對前方圍巖進行超前防護及加固。防止開挖后，施工支護前的這段時間發(fā)生塌坍。1.5二次砼襯砌：二次砼襯砌是隧道施工中最后一道支護手段，砼襯砌應緊跟開挖面，一般相距150～200ｍ，特別是在非常軟弱的地層中，更應及時施做二次砼襯砌。砼的標號和襯砌厚度按設計施工。2）支護手段適用的條件:為了達到經濟、合理、安全的目的，不同圍巖應采用不同的支護手段，往往幾種支護手段相互配合應用于隧道施工中，幾種支護手段在不同圍巖中的適用情況詳見附表3。5.6

利用信息技術防坍在現(xiàn)代隧道施工中，利用先進的信息技術，及時反饋地質變化情況和支護受力變形情況，適時調整施工方法和支護手段，準備預防應急措施，避免坍方事故的發(fā)生，確保施工安全。在目前隧道施工中，一般采用超前地質預探預報技術、監(jiān)控量測技術等手段，預報工程開挖前方工程地質和水文地質情況，監(jiān)測支護結構受力變形情況，為施工中采取相應的施工方法和支護手段提供依據。1）超前地質預探預報技術：目前隧道地質預報中，采用的主要有以下幾種預報技術。1.1

TSP超前地質預報系統(tǒng)：利用地震波在不均勻地巖體中產生的反射特性來預報隧道掘開面前方及周圍區(qū)域內的地質狀況，?？煞奖憧旖莸念A報開挖面前方200ｍ范圍內地質情況，為施工方法和支護手段的選擇提供依據。1.2地質雷達：作為TSP202系統(tǒng)的補充，利用電磁波的反射原理，探測開挖面前方30ｍ范圍內的地質狀況。1.3紅外線探水：紅外線探測儀通過接收巖體的紅外線輻射強度，根據圍巖紅外輻射強弱來推斷掌子面前方30ｍ范圍內或周圍區(qū)域是否存在含水體。1.4水平鉆孔探測：在開挖面打水平鉆孔，根據巖芯和鉆進情況，預報前方地質狀況，調整修正儀器探測預報中的不足。1.5地質素描：地質素描是傳統(tǒng)地質預報手段，通過開挖后的圍巖節(jié)理發(fā)育情況，經過分析整理，預報前方地質的變化趨

勢。目前，可通過數碼技術對圍巖節(jié)理進行拍照，輸入電腦，由專門軟件進行分析處理，從而提高了工作效率。1.6導洞超前探測：利用平行于主洞的附洞超前探測，提前探明地質情況。1.7綜合地質預報技術：根據各種儀器和手段獲得的信息，進行室內分析整理，最后做出較為準確的地質預報成果，及時有效地指導隧道施工。2）監(jiān)控量測技術：監(jiān)控量測主要是利用各種量測手段監(jiān)控施工支護和圍巖的受力變形情況，為施工支護參數的選擇提供依據。2.1圍巖變位量測：在開挖支護后的圍巖表面設置固定量測點，定期量測圍巖變位情況，以便及時采取補強措施，阻止圍巖變位過大，防止坍方。2.2支護結構受力量測：在支護結構中埋設量測元件，通過儀器對支護結構的受力情況進行監(jiān)控，為調整支護參數提供依據。在多數隧道施工中，一般不進行支護結構受力監(jiān)測。5.7

隧道施工防坍要點1）易坍方地段選擇合理正確的施工方法。2）各工序之間間距合理，仰拱鋪地及二次襯砌緊跟，滿足安全需要，一般情況下，土質及砂質隧道：有水地段環(huán)狀開挖留核心土，臺階長3～5m，仰拱至掌子面15～30m，二襯至掌子面30～50m；無水地段環(huán)狀開挖留核心土，臺階長3～5m，仰拱至掌子面30～50m，二襯至掌子面50～100m；石質隧道：Ⅱ、Ⅲ級圍巖鋪底至掌子面100～150m，二襯至掌子面150～200m；Ⅳ、Ⅴ級圍巖環(huán)狀開挖留核心土，臺階長3～5m，仰拱至掌子面40～70m，二襯至掌子面70～100m。3）在破碎軟弱地段，必須及時封閉，必要時設臨時仰拱，必須體現(xiàn)“快挖、快支、快封閉”的三快原則。4）開挖進尺必須滿足安全要求，設鋼支撐地段，拱部每次進尺50～120cm（或不超過設計要求的一榀拱架間距），下部開挖每次進尺不超過兩榀拱架。5）鋼支撐拱腳處必須設鎖腳錨桿或錨管。6）支護背后不得有空洞或雜物，若背后因坍方引起的空洞較大時，背后空洞回填厚度不小于2m。7)根據需要和巖層方向設置錨桿，錨桿盡量垂直于巖面。8)必須采用光面爆破，嚴格控制超欠挖。既是安全質量的需要，也是降低成本的需要。9)防水結構必須按設計施做，滿足防水要求，漏水地段應在二襯施工前處理完畢。10)二次襯砌必須墻拱一次灌注成型。11)建立健全嚴格的施工管理制度，并嚴格落實到位，任何施工防坍技術都必須建立在嚴格的施工管理基礎上，才能發(fā)揮其有效作用。在隧道施工中，每道工序都要有嚴格的施工紀律，確定的施工方案、施工方法和支護措施必須嚴格執(zhí)行，不得隨意更改，只有加強施工管理，嚴格施工紀律，采用經濟、合理、安全的施工技術，才能確保隧道施工順利，才能避免坍方。第二章

隧道環(huán)保措施1.傳統(tǒng)與新趨勢對比傳統(tǒng)公路隧道施工中，普遍采用晚進早出的策略，雖然能夠節(jié)約造價，但這種方式通常需要對洞口坡面進行大規(guī)模的挖掘和刷坡。這種做法嚴重破壞了原生態(tài)，導致原地貌難以恢復，還對自然景觀造成了難以彌補的損害。隨著社會對隧道建設環(huán)保和安全問題的日益關注，以及隧道工程建設單位對環(huán)保的日益重視，

環(huán)保意識的增強推動了零開挖技術成為隧道施工的新常態(tài)。在隧道進洞的淺埋及軟弱圍巖區(qū)域，我們該如何實施“零開挖”進洞施工，以確保隧道的安全、減少開挖量，并實現(xiàn)環(huán)保進洞呢？2.零開挖進洞實施解析2.1洞口布置圖分析在實施“零開挖”進洞技術時，

通過詳細分析隧道洞口的平面布置圖，獲取洞口的詳細尺寸、位置和周邊環(huán)境的關鍵信息，為安