1、2008 年 9 月 20 日 地下厂房等大型地下洞室施工安全探讨地下厂房等大型地下洞室施工安全探讨 殷家庆、黄常之、徐钢 （四川华能康定水电有限责任公司） 一、前言 随着“和谐”社会理念的提出，“以人为本” 、“安全第一”是当今发展主流，近几年来国家先后出台了多项安全生产法规，对安全工作越来越重视，因此各行各业都必须把安全工作放在生产经营的第一位。 由于西部大开发战略的实施，西部的水电建设 也正在进行大力的开发之中。由于西部的地形地貌特征，水电站的引水或发电系统大多布置在地下，地下工程不可避免要遇到塌方、地下涌水、有害气体、岩爆等危险因素，再加之受到场地制约，施工安全问题非常突出，因此加强地
2、下洞室的施工安全管理是水电工程建设安全工作的重要环节。 二、地下洞室开挖的安全危害 1、地下洞室在开挖过程中存在的安全隐患分析 1.1 造成安全隐患或事故的原因 水电工程在建设过程中要贯彻安全第一的指导 方针。近年来在水电工程建设中发生了多起安全事故，其中地下洞室的施工安全事故占了相当比例，重视和减少地下工程的施工安全事故刻不容缓。从安全事故的形成机理分析，有人为主观因素、自然客观因素及突发事故三类。 1）人为因素造成的安全隐患 人为的安全因素一般包括施工用电、高空作业 、爆破、支护不及时或质量不合格、2008 年 9 月 20 日 地下厂房等大型地下洞室施工安全探讨措施不合理、施工人员素质低
3、等原因造成的安全隐患。一般来说，人为因素的安全隐患只要参建各方高度重视是可以避免的，或者说重视以后一般不会造成大的安全事故。而事实上在工程建设过程中往往会因为片面追求经济效益、进度、施工方便等原因留下安全隐患并引发安全事故，近几年国家行政主管部门通报的责任安全事故给了我们血的教训。 施工人员经验缺乏或施工方案不合理是隧洞发 生安全事故的重要原因。比如临时支护有很多种类型或办法，因人而异可选择不同的安全支护方案，如参建各方经验不足或对现场实际地质情况判断不准确，按照不合理的方案实施，必然会导致事故的发生。例如在一电站引水隧洞溶蚀堆积物和断层带的开挖过程中，开挖施工作业队无开挖软地层的经验，而承包
4、商的技术人员大多为刚从学校毕业参加工作的学生，对洞室开挖没有经验，导致隧洞变形、局部垮塌、进度严重滞后，安全隐患特别突出，最后在业主、监理的要求下，承包商更换了有经验的开挖作业队才使问题得到改善。 2）自然客观因素形成的安全隐患 客观因素主要是指不良地质条件及目前的技术水平的限制。 不良地质条件：不良地质条件包括断层破碎带 、岩爆、地下水、有害气体（如瓦斯等） 、特殊地层（如煤层、流变岩体） 。对于不良地质条件，设计要加强预报工作、参建各方提前做好应急准备措施，才能保证临阵不乱。对于不良地质洞段的安全支护，参建各方要共同进行研究、群策群力，集中大家的智慧，确定最佳的支护方案。在洞室开挖过程中，
5、对可能出现异常地质现象的地段要通过仪器、钻孔等手段进行探测，防止发生有害气体、地下暗河涌水等突发事故。 技术水平的限制：对于一些很特殊的地质条件 ，如岩爆现象，还没有非常有效的办法来预测其发生和发展的规律以及防治方法，目前只能通过挂网和锚杆来预防岩爆石块伤及施工人员。另外由于受到场地制约，一些洞室无法采用先进的施工设备，导致支护不及时或进度跟不上，增加了发生塌方事故的几率。 3）突发事故 在地下洞室开挖施工过程中因客观条件的限制 也会发生一些预料之外的事故。比如在喷锚支护施工过程中，喷浆管突然爆裂，刚好有人通过就有可能伤人或浆液喷到人身2008 年 9 月 20 日 地下厂房等大型地下洞室施工
6、安全探讨上等情况发生。这种情况施过程中较常见，也会对人身、财产造成一定的危害。在施工过程中，由于强烈的地震作用，可能导致隧洞掉块、局部垮塌而伤及人员。 2.地下洞室开挖过程中的安全危害防治 2.1 施工人员安全教育，提高安全意识 对一个工程在开工前需对参建各方进行必要的 安全教育，特别是承包商的施工人员及民工的安全培训，在施工过程中加强宣传教育、强化意识、树立安全第一的观念；对特殊工种如电工、焊工、爆破作业人员、起吊设备操作人员等必须执证上岗。 2.2 建立建全安全监督检查机制 在工程建设管理过程中，建立包括监理、业主 、承包商、设计在内的“四位一体”的安全管理体系，建立安全管理规章制度，明确
7、各方的安全职责；业主、监理要严格审查施工方案，每项施工方案都必须有切实可行的安全措施和预防措施，在施工过程中要检查和落实。对工地现场实行定期与不定期的周、月、季各级安全大检查，在检查中发现的安全隐患要督促相关责任单位及时整改或停工整改，绝不姑息。对安全工作做得好的单位要进行奖励，对安全工作做得差的单位一方面督促其定期整改，另一方面要和其上级沟通，及时扭转其安全工作状况。执行过程中必须做到奖罚分明，以提高安全执行力度和自觉性。在洞室施工过程中，安全管理工作的重点是预防和整治相结合、责任到人、主要领导牵头抓，只有这样才能杜绝重大安全事故的发生。 2.3 采取合理的技术措施 加强地质预报、及时支护、
8、控制施工质量、采用新工艺是保证洞室安全的重要措施。对预报中可能出现的不良地质段提前作好材料及设备的准备工作，开挖后要及时进行支护，针对不同的地质情况调整开挖和支护方式。 三、地下洞室开挖的安全措施 1、无轨运输的排烟通风措施 由于无轨运输方便快捷而被广泛采用在较大洞 室的开挖中。施工过程中产生烟尘有爆破和无轨运输设备排烟，爆破产生的烟尘相对易排，而无轨运输设备排烟对安全生产2008 年 9 月 20 日 地下厂房等大型地下洞室施工安全探讨的危害要大的多。特别是隧洞 开挖作业面距进洞口（或通 风口）距离 较远时，若采取常用的单一压入式通风就难以解决洞内的排烟通风问题。这时要首先考虑洞群系统通风排
9、烟，其次是采取压入新鲜空气和抽出洞内污浊的空气。在鲁布革水电站地下工程的施工实践证明，这种“送排”结合的措施是一个非常有效的通风排烟方法。 2、针对不良地质段的坍塌措施 诸如岩层产状不利、围岩风化严重、承载力低 等不良的地质因素是引起坍塌的主要原因。如在褶皱地区，经常出现断层、破碎带、节理裂隙带等，而断层破碎带一般又是地下水和地表水渗透活动场所 ，塌方的可能性就愈大。在 施工过程中,根据现场的实际地质情况，如何采取有效合理的措施预防塌方就成了洞室开挖的关键。根据前人积累的施工经验，预防塌方的通常方法如下： (1)勤观测。在施工过程中，要随时观察和量测现场工程地质及水文情况，研究变化规律，据此制
10、定相应的施工对策。在地质构造复杂地段，有条件的可埋设观测仪器，随时量测围岩变形，及时预报围岩变形情况，并根据围岩变形情况制定相应的支护措施。 (2)短进尺开挖。在不良地质地段开挖洞室，应严格控制开挖进尺，采用控制爆破，以保持围岩不受过分扰动，在施工时应严格遵循“短进尺、弱爆破、少挠动、勤支护”的原则，使整个掘进过程不致因爆破振动而出现塌方。 (3)强支护。强支护是预防塌方的主要措施，一般来说，塌方不是在开挖之后立即发生的，而是经过一定时间，经过多次爆破震动，使围岩失去平衡才形成的。所以爆破后必须及时对围岩进行有效的强 支护，才能有效的限制围岩 变形的发展,从而防止岩体因松动、脱位而造成塌方，因
11、此，及时进行强支护是消除塌方的重要手段。 (4)最佳支护时机的选择。新奥法的理论认为，不允许围岩变形是不现实的，也是没有必要的，合理的做法是：既允许围岩产生一定的变形，但又要对它加以限制，不让它发展到有害的程度。因此，选择一个有利的支护时机是非常重要的，而支护时机的选择目前还无法通过理论计算去解决，主要还依赖于施工现场所具备的量测手段，多数情况下根据现场施工经验进行掌握。在施工中，既要考虑围岩自身条件的影响，还要充分考虑各工序间的干扰，选择的时机应最大限度地有利于施工安全和围岩稳定。对特别不良地质情况，可采取打超前锚杆、超前管棚等方法，甚至可以对围岩进行固结灌浆；对地2008 年 9 月 20
12、 日 地下厂房等大型地下洞室施工安全探讨下水丰富地段，可采用在掌子面超前打入花管进行集中排水，防止因地下水的作用影响围岩的稳定。 3、针对岩爆段的措施 岩爆是地下洞室内处在高地应力条件下的围岩 在开挖过程中，因开挖卸荷引起周边围岩产生应力分异作用，造成岩石内部破裂和弹性应变能突然释放引起的爆裂松脱、剥离、弹射乃至抛掷性破坏现象。岩爆问题是地下洞室开挖中较难解决的一个问题，早已在国内外受到了重视，工程界也对岩爆机制、发生条件、岩爆分级、岩爆预测等方面的问题做了大量的研究。综合各项研究成果，预防岩爆主要有以下几点经验： （1）在岩壁面上喷洒冷水，以便岩石应力的释放和调整。这种方法在渔子溪一级水电站
13、引水隧洞工程中使用过。 （2）钻孔水力破裂法，即钻孔高压注水法，通过钻孔向地应力聚集的岩体注水，使地层湿润塑化卸载，注水孔的 压力、注水量， 应足以使 岩层塑化消压为宜。高压水注水法是克服岩爆的有效措施之一， 它能使水注入岩体较深， 因而这种方法比较安全可靠。 （3）钻孔卸压法，方法是在聚集巨大应力的岩层中钻入大约 95mm105mm 直径的钻孔，采用遥控大功率钻进机进行施工，其孔深、孔径、孔距视具体条件而定。这种方法过去首先在西德，随后在前苏联、日本等国的采矿工业中使用。 我国采用超前钻和径向钻孔，以降低应力集中，同样起到卸压的作用。 4、针对围岩长期应变而产生的掉块措施 地下洞室施工中围岩
14、掉块虽不会引起隧道围岩 的大范围坍塌，但会影响施工中人员的安全，如何对地下洞室中可能掉块的围岩进行判断和分析，对不稳定岩体事先采取防范措施就成为地下洞室施工中一个重要的方面，综合多项施工经验，对地下洞室掉块的防范措施归纳如下： （1）预测危石首先要弄清楚层状岩层的产状、层间结合情况； （2）搞清所处地区所属构造体系，即弄清其可能存在不良构造面（断层、节理）的产状； （3）搞清所处地区的岩性及其组合，尤其是不稳定岩层的位置； （4）搞清洞室所处地区的地应力的大小和方向。 2008 年 9 月 20 日 地下厂房等大型地下洞室施工安全探讨5、针对爆破安全的措施 地下洞室的爆破工程不仅要考虑爆破人员
15、和设 备的安全，还要充分考虑爆破后围岩的安全。 （1）爆破人员和设备的安全 首先保证爆破人员和设备的安全距离，其中包 括：飞石的安全距离、爆破地振作用的安全距离、空气冲击波影响的安全距离、殉爆安全距离和有害气体扩散安全距离。这里重点介绍爆破中危害最大的瞎炮及其处理。 通过引爆而未能爆炸的药包称为瞎炮。瞎炮不仅达不到预期的爆破效果，造成物力、财力的浪费， 而且会直接影响现场施工人员的人身安全。 发生这种情况要及时加以处理，才能保证施工安全。通常，炮孔外有残留的导火索、引爆电线或传爆线，炮孔附近地表有裂缝， 而无明显松动和抛掷现象， 炮孔或药室有明显未爆破的间隔等都是瞎炮的迹象。处理瞎炮常用的方法
16、如下述： 1）若通过检查证实雷管正常，炸药未失效，则宜接线重新起爆；否则取出雷管。 2）若证实药已失效，且其敏感度不高，则可将炮泥掏出，再装起爆药引爆。 3）对散装的药粉硝铵炸药可用水冲洗，冲出炮泥和炸药，对于不防水的包装炸药也可灌水浸泡，使其失效再予以清除。 4）若属起爆体的问题，应清除阻塞物，取出起爆体进行检查处理，唯需注意邻近药包爆破后，引起药量和导洞的变形和错动，谨防洞顶跨塌。对炸药亦应浸泡后再行清除。 5）距瞎炮炮孔 3060cm，钻平行炮孔装药爆破，但切勿与瞎炮炮孔斜交钻孔。 （2）围岩的安全 洞室开挖爆破以后，应避免围岩出现有害的松 驰。为了预防塌方或松动掉块而产生安全事故，应根
17、据地质条件、洞室断面、开挖方法和暴露时间等因素，对开挖出来的空间进行必要的临时支撑。只有当岩层坚硬完整，经地质鉴定后，才可以不设临时支撑。 临时支撑与开挖面之间的距离和时间间隔，决 定于地质条件和施工方法等因素，一般要求在开挖之后，围岩松动到足以破坏之前安设完毕，尽可能做到随开挖随支撑。在松动的岩层中，支撑应尽量靠近开挖面；在良好的岩中，支撑距开挖面可以远些。 临时支撑的形式很多，有木支撑、钢支撑、预 制混凝土或钢筋混凝土支撑、喷混凝2008 年 9 月 20 日 地下厂房等大型地下洞室施工安全探讨土和锚杆支撑等，可根据地质条件、材料来源、安全经济等要求来选择。 6、 针对地下大型洞室上下层交
18、叉作业的措施 洞室高度大于 8m，断面积大于 130m2 时比较常用的掘进方式常采用分层开挖，例如二滩水电站右岸导流隧洞、云南省漫湾水电站左岸导流隧洞等的开挖。如果围岩比较坚固稳定，洞线又不太长，可先分部开挖掘进、贯通以后再进行衬砌；在地质条件比较差，或围岩允许暴露时间不宜过长时，可以采用上部掘进一段后，如主厂房开挖，将顶拱衬砌支护好，再进行下部开挖的程序，以策安全。 分部开挖时，上部超前掘进的距离以保证人员 和设备安全及操作方便而定，一般为2.03.5m，超前太多，上部清渣很不方便。这种方法的主要优点是采用小型机械设备，就能进行大断面洞室的开挖，比较机动灵活，能适应地质条件的变化。采用分层开挖、分层衬砌支护的措施，是施工组织比较复杂，施工速度受到影响。 四、问题及建议 1、 提高工程项目参建各方的安全防范意识和提高管理水平是地下工程施工安全管理的首要任务。 2、工程项目的安全措施投入是地下安全生产的物质保证，业主在安全生产投入方面应加大投入。 3、建议业主项目公司统一采购一批确保地下工程安全生产的先进机械设备，提供给施工承包商使用。如机械手喷桨机 、锚杆机（钻孔和安装锚杆） ，有了机械手喷桨机、锚杆机这样的手段才能在地质不良段和岩爆严重区等关键地点及时支护稳定围岩，起到安全生产的决定性作用。
