大斷面復(fù)雜地質(zhì)隧道施工全過(guò)程安全管理

辜文昱

1 引言

隨著國(guó)家交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的持續(xù)深入，隧道施工技術(shù)的快速發(fā)展，大斷面復(fù)雜地質(zhì)條件的隧道建設(shè)數(shù)量與規(guī)模不斷上升，如何在保證工程施工質(zhì)量、進(jìn)度的同時(shí)，有效保證工程建設(shè)施工的安全性，是相關(guān)行業(yè)與單位長(zhǎng)久的研究課題。隧道施工安全管理工作需要在對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境與工程技術(shù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上展開(kāi)，除了對(duì)工程相關(guān)的人員、技術(shù)等信息進(jìn)行管理之外，還要根據(jù)施工的地質(zhì)、環(huán)境等信息進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警，全面、綜合地開(kāi)展施工安全管理工作，保證隧道施工的效率與質(zhì)量。

2 復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下下隧道施工面臨的挑戰(zhàn)

眾所周知交通工程隧道的功能是：克服高程障礙、克服平面障礙、避開(kāi)不良地質(zhì)、避開(kāi)其它建筑、工程等障礙，規(guī)避不良?xì)夂颍粌?yōu)點(diǎn)是可以縮短道路里程、降低能耗、節(jié)約土地、保護(hù)環(huán)境，大大提高交通服務(wù)水平，對(duì)我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展有著促進(jìn)作用。我國(guó)地域遼闊、地形多樣的特征，使得道路施工環(huán)境復(fù)雜，隧道施工當(dāng)中遇到的技術(shù)難點(diǎn)較多。復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境之下進(jìn)行隧道工程的建設(shè)，面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素會(huì)更多，施工安全管理的難度和需求都明顯增加；在針對(duì)工程環(huán)境開(kāi)展綜合調(diào)研探討的前提之下，采取針對(duì)性的管理方法與技術(shù)手段相結(jié)合的方式進(jìn)行安全綜合管理，是提高復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工質(zhì)量、進(jìn)度的重要方法之一。

3 項(xiàng)目概況

攀枝花至大理高速公路（四川境）寶鼎2號(hào)隧道位于四川省攀枝花仁和區(qū)境內(nèi)，設(shè)計(jì)為雙洞分離式四車道高速公路隧道，左洞起止樁號(hào)：ZK14+535～ZK23+310，全長(zhǎng) 8775m，右洞起止樁號(hào)：K14+560～K23+322，全長(zhǎng)8762m。隧道左右洞凈距為30m，隧道最大埋深646m。豎井一座，深230m，直徑9.6m排風(fēng)道和送風(fēng)道凈空面積均為16.49m2。

TJ7標(biāo)段承擔(dān)寶鼎2號(hào)隧道進(jìn)口端的施工任務(wù)，施工里程為：左洞ZK14+535～ZK18+920，全長(zhǎng) 4385m；右洞 K14+560～K18+940，全長(zhǎng) 4380米。進(jìn)口端左右洞巖層全部為Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖，Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)圍巖開(kāi)挖斷面面積達(dá)到107.16m2與100.4m2。

本隧道為高瓦斯隧道，進(jìn)口端左洞計(jì)長(zhǎng)3.165km、右洞計(jì)長(zhǎng)3.12km為高瓦斯地段，其余地段為瓦斯突出段，施工安全風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別高。

隧道選址地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜多變、種類比較多。隧道線路東向西穿越，主要穿過(guò)區(qū)域?yàn)閷毝Ρ承薄⒋笫w地背斜兩大褶皺及F2、F5、F8、F9等斷裂地層，極易產(chǎn)生冒頂、坍塌，根據(jù)鉆探可知裂隙發(fā)育、斷層破碎，產(chǎn)生涌突水和涌泥可能性大。隧道穿越場(chǎng)區(qū)三疊系上統(tǒng)大蕎地組及大箐組含煤底層，其中穿越大蕎地組可開(kāi)采煤層12層，瓦斯聚集。

4 大斷面復(fù)雜地質(zhì)隧道施工全過(guò)程安全管理措施

4.1 合理規(guī)劃和管控工程施工進(jìn)度

基于隧道工程有工期緊、任務(wù)重的特點(diǎn)，施工項(xiàng)目經(jīng)理部必須對(duì)工程進(jìn)度合理規(guī)劃，保證工程質(zhì)量的同時(shí)按期交工。對(duì)施工質(zhì)量與施工進(jìn)度的掌控，一方面先需從人員、材料、施工設(shè)備及施工工藝手段等方面著手，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，同時(shí)結(jié)合施工地質(zhì)環(huán)境的及時(shí)改變調(diào)整施工技術(shù)。另一方面，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與監(jiān)控、監(jiān)測(cè)信息對(duì)工藝參數(shù)以及施工技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格管理（見(jiàn)圖1），防止施工中出現(xiàn)偷工減料等不良現(xiàn)象發(fā)生，從而保證不同地質(zhì)條件的施工安全與工程質(zhì)量。

圖1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)公示牌

4.2 施工安全管理方案的制定與實(shí)施

開(kāi)展隧道施工安全管理工作，必須按隧道實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)及隧道施工安全專項(xiàng)方案執(zhí)行實(shí)施。①施工承包單位及其項(xiàng)目經(jīng)理部要通過(guò)實(shí)地調(diào)研分析，明確施工安全管理中的風(fēng)險(xiǎn)因素，在此基礎(chǔ)上編制可行的隧道實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)，并制定隧道施工專項(xiàng)（安全）方案，明確工程施工的流程與安全管理制度。在工程施工中嚴(yán)格執(zhí)行施工專項(xiàng)（安全）方案，在不良地質(zhì)環(huán)境施工時(shí)加大施工技術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)性與安全管理的嚴(yán)格性。寶鼎2號(hào)隧道根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，分別編制了爆破專項(xiàng)施工方案、施工通風(fēng)專項(xiàng)方案、臨時(shí)用電專項(xiàng)方案、煤與瓦斯突出施工專項(xiàng)方案及揭煤專項(xiàng)技術(shù)方案，按規(guī)定組織專家進(jìn)行評(píng)審，報(bào)公司和監(jiān)理審批后實(shí)施。②做好施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估與防控工作。首先應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的地質(zhì)、環(huán)境、管理、人員素質(zhì)等風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析辨識(shí)，制定相應(yīng)的應(yīng)急救援預(yù)案并組織演練，使務(wù)工人員明確在發(fā)生相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)如何應(yīng)對(duì)處理。同時(shí)，還要加大對(duì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)測(cè)工作的重視管控力度，將其納入安全管理體系當(dāng)中，保證地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性、指導(dǎo)性。③強(qiáng)化安全知識(shí)培訓(xùn)與安全體驗(yàn)工作。攀大高速TJ7項(xiàng)目部在工地現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)安全體驗(yàn)館（圖2），加大務(wù)工人員對(duì)滅火器、觸電、安全帽等安全器材設(shè)備的認(rèn)知與體驗(yàn)力度，通過(guò)實(shí)物演示與體驗(yàn)使施工人員能夠更加直觀、深刻地掌握相關(guān)安全知識(shí)與技能。

圖2 攀大高速TJ7標(biāo)段安全體驗(yàn)館

4.3 創(chuàng)新教育方式，加強(qiáng)科技手段

通過(guò)移動(dòng)式多媒體安全培訓(xùn)教育工具箱（圖3）來(lái)開(kāi)展授課、交底。多媒體工具箱當(dāng)中包含著十分豐富的多媒體安全培訓(xùn)課程，其課程的具體內(nèi)容十分全面，可以迎合項(xiàng)目經(jīng)理部對(duì)現(xiàn)場(chǎng)務(wù)工人員開(kāi)展各種形式安全培訓(xùn)的需求。為了能夠很好的改進(jìn)施工人員對(duì)于培訓(xùn)內(nèi)容不感興趣、課程培訓(xùn)不夠全面的問(wèn)題，將安全專家“請(qǐng)進(jìn)來(lái)”，本項(xiàng)目部前后邀請(qǐng)了攀枝花市安全生產(chǎn)應(yīng)急救援指揮中心、四川省煤炭設(shè)計(jì)研究院的相關(guān)專家進(jìn)入到施工現(xiàn)場(chǎng)，向施工人員以及管理人員傳授救護(hù)知識(shí)以及安全生產(chǎn)知識(shí)。通過(guò)攝像、攝影、門禁系統(tǒng)、監(jiān)控視頻以及微信群等方式，對(duì)于隧道場(chǎng)地開(kāi)展實(shí)時(shí)的過(guò)程把控及監(jiān)控。通過(guò)GPS定位，將進(jìn)入洞中作業(yè)的人數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的限制。

圖3 移動(dòng)式多媒體安全培訓(xùn)工具箱

4.4 加大隧道施工安全管理系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)用力度

上述管理措施屬于常規(guī)性的安全管理辦法，能夠使隧道施工安全管理工作質(zhì)量得到一定程度的優(yōu)化。除了常規(guī)的管理措施外，還要加大對(duì)智能化安全管理系統(tǒng)的建設(shè)力度，形成適合本工程的綜合安全管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全面、智能、科學(xué)的安全管理工作。針對(duì)寶鼎2號(hào)隧道的大斷面復(fù)雜地質(zhì)條件，建立綜合安全管理系統(tǒng)，主要包含了多元異構(gòu)、有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，人員進(jìn)出、定位管理系統(tǒng)、人員/車輛門禁通道系統(tǒng)、LED同步顯示系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、施工進(jìn)度管理等模塊（子系統(tǒng)）。

（1）多元異構(gòu)系統(tǒng)是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理的部分，通過(guò)信息交流與連接將安全管理系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行連接與兼容。多元異構(gòu)系統(tǒng)（圖4）是保證使用者登錄、信息查詢等功能的模塊。

圖4 寶鼎2號(hào)隧道進(jìn)口端安全管控平臺(tái)

（2）有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（圖5）主要是測(cè)定氣象參數(shù)、瓦斯（CH4）、CO、H2S、SO2濃度、風(fēng)速、風(fēng)量等參數(shù)。該系統(tǒng)在瓦斯隧道施工期間，成立專門的瓦斯檢測(cè)隊(duì)伍系統(tǒng)，由自動(dòng)監(jiān)控與人工監(jiān)控系統(tǒng)組成，并作為施工工序管理，由現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人主管。在開(kāi)挖面、二襯斷面等需要進(jìn)行有害氣體監(jiān)測(cè)的地方，安裝相應(yīng)有害氣體監(jiān)測(cè)裝置，利用檢測(cè)儀實(shí)現(xiàn)對(duì)該區(qū)域有害氣體的監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)將實(shí)時(shí)氣體濃度信息通知后臺(tái)，做到及時(shí)防范，安全報(bào)警，保證隧道施工更加正常安全的進(jìn)行。

（3）LED同步顯示系統(tǒng)（圖6）是將氣體監(jiān)測(cè)、門禁管理、人員定位等子系統(tǒng)管理成果的集中展現(xiàn)，是將LED大屏幕安裝在隧道施工入口附近，靠近門禁房或值班室為最佳，用于實(shí)時(shí)顯示隧道洞內(nèi)施工人員、氣體環(huán)境的信息，使管理先進(jìn)化、透明化。顯示的內(nèi)容包括：標(biāo)簽號(hào)、姓名、工種、部門、進(jìn)洞時(shí)間，總?cè)藬?shù)，施工進(jìn)度等，使領(lǐng)導(dǎo)及監(jiān)管人員不用進(jìn)到隧道去，也不必查看監(jiān)控室電腦就能及時(shí)解洞內(nèi)施工人員情況。LED大屏幕顯示系統(tǒng)不僅可以使用洞人各區(qū)域的施工人員信息形象、直觀、一目了然的體現(xiàn)出來(lái)；而且，開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)交流會(huì)，可以在大屏幕上顯示各種歡迎標(biāo)語(yǔ)、宣傳標(biāo)語(yǔ)；平時(shí)可以通過(guò)大屏幕滾動(dòng)提示施工人員相應(yīng)的施工安全要點(diǎn)，在高溫、霜凍等惡劣天氣時(shí)可以及時(shí)進(jìn)行提示。以上功能充分體現(xiàn)隧道施工項(xiàng)目部管理上的人性化、現(xiàn)代化、科學(xué)化。

圖5 寶鼎2號(hào)隧道進(jìn)口端有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

圖6 寶鼎2號(hào)隧道進(jìn)口端LED同步顯示系統(tǒng)

（4）視頻監(jiān)控系統(tǒng)（圖7）采用的是監(jiān)控?cái)z像機(jī)隧道施工現(xiàn)場(chǎng)各視頻點(diǎn)進(jìn)行24h的實(shí)時(shí)監(jiān)控。對(duì)于一些關(guān)鍵視頻點(diǎn)可啟動(dòng)視頻移動(dòng)偵測(cè)功能和報(bào)警功能，系統(tǒng)根據(jù)圖像移動(dòng)情況自動(dòng)識(shí)別、觸發(fā)，并進(jìn)行錄像（有預(yù)先錄制機(jī)制，預(yù)錄時(shí)長(zhǎng)能提前20s以上）；同時(shí)系統(tǒng)將圖像、聲音、報(bào)警等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控室電腦，管理人員可以通過(guò)本地監(jiān)視、遠(yuǎn)程IE監(jiān)視、WEB網(wǎng)頁(yè)客戶端等方式隨意切換前端任意監(jiān)控點(diǎn)的視頻，能直觀地了解和掌握施工各視頻監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)情況，從而達(dá)到隨時(shí)隨地及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)其進(jìn)行監(jiān)管。

圖7 寶鼎2號(hào)隧道進(jìn)口端視頻監(jiān)控系統(tǒng)

（5）地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)模塊需要對(duì)工程未開(kāi)挖施工的地質(zhì)條件進(jìn)行探析，并將地質(zhì)預(yù)報(bào)信息傳送至施工管理人員處，保證施工安全管理工作具有豐富、準(zhǔn)確的地質(zhì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，主要的檢測(cè)方式有雷達(dá)檢測(cè)、超前鉆探檢測(cè)以及TSP地震波檢測(cè)三種。寶鼎2號(hào)隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，為了保證檢測(cè)結(jié)果的專業(yè)性、準(zhǔn)確性，采取承包給有資質(zhì)的社會(huì)專業(yè)機(jī)構(gòu)實(shí)施；根據(jù)地質(zhì)條件與環(huán)境的差異性，本項(xiàng)目主要采取超前地質(zhì)水平鉆探的檢測(cè)方式，必要時(shí)輔以其它的方法，確保了地質(zhì)預(yù)報(bào)的預(yù)先性與準(zhǔn)確性。

（6）施工進(jìn)度管理系統(tǒng)需要將工程施工組織計(jì)劃錄入系統(tǒng)，同時(shí)保證施工實(shí)時(shí)進(jìn)度的錄入與管理，實(shí)現(xiàn)隧道工程施工進(jìn)度的可視化顯示，通過(guò)工程開(kāi)挖與二襯進(jìn)度子系統(tǒng)明確工程施工的進(jìn)度。

此外根據(jù)工程特點(diǎn)還可配置對(duì)工程圍巖和重要結(jié)構(gòu)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要對(duì)隧道圍巖信息、危險(xiǎn)源信息等進(jìn)行監(jiān)測(cè)錄入，為安全管理提供保證。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)制定和實(shí)施施工安全管理措施、豐富施工安全教育技術(shù)手段、合理規(guī)劃和管控工程施工進(jìn)度、加大隧道施工安全管理系統(tǒng)的研發(fā)力度幾點(diǎn)措施，能夠有效優(yōu)化大斷面復(fù)雜地質(zhì)隧道施工全過(guò)程安全管理，提升復(fù)雜地質(zhì)隧道施工安全管理工作的質(zhì)量，為隧道施工的安全性與穩(wěn)定性提供保障。本文結(jié)合攀大高速寶鼎2號(hào)特長(zhǎng)隧道為例探討的大斷面復(fù)雜地質(zhì)隧道施工全過(guò)程安全管理措施，在內(nèi)容方面還存在一定的不足與改進(jìn)的地方，希望業(yè)內(nèi)人士給予指正。