矿山法施工技术及风险特点

中国中铁隧道集团科研所矿山法施工技术及安全风险特点二〇一〇年六月北京市轨道交通建设管理有限公司监控中心矿山法咨询组王刚（13613792971）北京市轨道交通工程建设安全风险管理体系中国中铁隧道集团科研所大纲一、概述二、施工安全风险监控各阶段内容及特点三、施工过程中突发安全风险事件中国中铁隧道集团科研所随着城市地铁的发展，矿山法作为地铁隧道主要施工方法之一，已发展为修建地铁的主要施工方法。北京市轨道交通工程建设矿山法(浅埋暗挖法)施工，其过程一般包括超前支护、开挖、初期支护、二次衬砌、背后注浆等。矿山法包括的主要开挖方法：全断面法、正台阶法、上半断面临时封闭正台阶法、正台阶环形开挖法、单侧壁导坑正台阶法、双侧壁导坑法(眼镜工法)、中隔墙法(CD法、CRD法)、中洞法、侧洞法、柱洞法、洞桩法等。一、概述中国中铁隧道集团科研所施工准备期地质、环境安全风险识别与分析设计方案实施安全风险识别与分析施工方案安全性评估施工组织合理性评估施工过程中开挖面地质情况监控、评估与预警支护体系的监控、评估与预警周边环境监控、评估与预警施工工艺监控、评估与预警施工组织管理及作业状况监控、评估与预警二、施工安全风险监控各阶段内容及特点中国中铁隧道集团科研所地质安全风险因素识别与分析环境安全风险因素识别与分析矿山法易出现安全风险的部位识别与分析施工准备期地质、环境安全风险识别与分析设计方案实施安全风险识别与分析施工工艺（支护工艺、开挖工艺）受力复杂部位（特大断面、马头门、变断面等）环境保护措施（建构筑物、管线等）降水设计（针对降水方案、工艺参数等）中国中铁隧道集团科研所地质、环境因素变化对矿山法施工工艺参数及设备适应性评估施工工艺及设备对地质、环境影响评估矿山法易出现安全风险的部位识别与分析施工准备期施工方案安全性评估施工组织合理性评估施工部署（施工场地布置、施工任务划分、施工顺序、施工总体方案等）施工准备（技术准备、施工现场准备及抢险物资准备等）安全风险管理体系（安全风险组织机构、专职安全管理人员配置、安全生产管理制度、安全生产监督管理措施、安全生产教育情况等是否责任明晰、满足施工组织设计要求进行评估）中国中铁隧道集团科研所土层性质及稳定性（土质性质及其变化情况、开挖面土体渗漏水情况、工作面坍塌等）降水效果（抽降水控制效果、降水井井位、出水量及含沙量、变化情形及持续时间、附近地面沉陷情况等）施工过程中开挖面地质情况监控、评估与预警支护结构体系监控、评估与预警支护体系施作及时性情况渗漏水情况支护体系开裂、变形变化情况支护体系施工质量缺陷支护体系拱背回填情况中国中铁隧道集团科研所工作面暴露时间开挖进尺超挖情况超前支护施工参数是否符合要求背后注浆情况特殊断面施作施工工序施工过程中施工组织管理及作业状况监控、评估及预警人员、设备、应急物资到位情况安全保护措施落实情况设计文件落实情况施工组织设计及施工专项方案落实情况违章作业情况安全风险管理体系运行情况施工工艺监控、评估与预警中国中铁隧道集团科研所施工过程中常见问题喷砼质量差空洞区域初支背后存在较大空洞格栅连接质量差下部格栅每步开挖两榀中国中铁隧道集团科研所三、施工过程中突发安全风险事件拱顶坍塌隧道突泥涌水隧道初支失稳隧道过河湖渗漏管线变形过大建（构）筑物变形过大道路坍塌有毒气体中毒中国中铁隧道集团科研所拱顶坍塌一般发生在隧道开挖过程中或开挖完成后架设钢格栅的过程中。坍塌前一般会有局部或小范围掉块。风险特点一般超前加固效果不好；开挖步距太大或钢格栅架设不及时、喷射混凝土不及时；超挖严重导致开挖范围超出超前注浆加固区；各种原因导致的钢格栅封闭不及时或拱脚不实；带水作业等。产生原因（包括但不限于）超前支护效果差，拱顶土体塌落中国中铁隧道集团科研所拱顶坍塌施工前对隧道通过和影响地段进行空洞普查，对空洞采取注浆或其他措施回填，保证回填密实；加强降水工作，确保无水作业；加强超前支护施工质量；拱部采用人工开挖，预留核心土，保证在加固范围内开挖，严禁挖“神仙土”；保证及时封闭成环；开挖完成后及时架设钢支撑和喷射混凝土；及时加强背后回填注浆；开挖过程中如出现小范围的局部坍塌时，应立即停止开挖，并封堵开挖面，待制定可靠的防止继续坍塌措施后方可继续施工；加强监控量测，根据监测结果调整施工工艺和参数。预防措施中国中铁隧道集团科研所隧道突泥涌水隧道突泥涌水一般发生在隧道开挖过程中，通常出现在隧道拱部。如出现突泥涌水可能会导致隧道坍塌，甚至坍塌至地面。风险特点隧道开挖过程中各种原因导致的水管突然破裂，或连通有强烈补给的地下水体，或在开挖过程中围岩突然变化而相应的超前支护措施没有及时改变。产生原因（包括但不限于）拱部存在水囊，发生较大突水现象。中国中铁隧道集团科研所隧道突泥涌水施工施工前，对沿线地层和管线进行一次普查，对发现有管线渗漏的情况立即通知相关单位进行修补和加固，同时采取可靠的保护措施；加强对不良地质提前采取加固处理措施；加强详细调查地下水的补给来源，采取多种措施切断其补给；开挖前加强降水工作，确保隧道开挖无水作业；在打设超前小导管时，如发现管内大股流水等异常情况，应立即封闭掌子面，待制定可靠措施后方可继续施工；加强地质素描和超前地质预报工作，一旦发现围岩发生变化，立即改变超前支护手段和措施；预防措施中国中铁隧道集团科研所隧道初支失稳隧道隧道初支失稳往往发生在隧道开挖完成后，二次衬砌施工前，往往出现在有临时仰拱或临时中隔墙的大断面隧道结构中。出现初支失稳前可能出现沉降或收敛过速过大的现象，同时可能伴随喷射混凝土开裂等现象。风险特点临时支撑的数量不足或刚度、强度不足；临时支撑架设和联接不及时或不符合要求；喷射混凝土不及时或不符合要求；由于背后回填注浆压力过大或其他原因造成的导致初期支护承受过大荷载；在变形还没有稳定时拆除临时支撑或临时支撑拆除时间、方式、顺序等不符合要求。产生原因（包括但不限于）中国中铁隧道集团科研所从超前支护、格栅间距、开挖步序、开挖台阶长度等方面严格按设计文件要求组织施工，对有临时支撑的工法施工时，应严格控制每步的开挖断面尺寸；保证格栅和纵向联结筋，特别是临时支撑的联接和焊接质量；施工过程中防止临时仰拱堆载过大和动载：在二次衬砌施工前，严格按设计及施工组织设计的要求的方式、时间和顺序拆除临时支撑；加强拱顶沉降、收敛和应力应变的监控量测工作，并加强对监测数据的整理分析，如发现异常立即停止施工，对初支进行加固；进行背后回填注浆时，随时监测初支的变化情况，严格控制注浆压力。预防措施隧道初支失稳中国中铁隧道集团科研所隧道过河流渗漏隧道过河湖渗漏发生在开挖过程中，开挖完成，甚至衬砌完成后，在开挖过程中出现渗漏影响开挖安全、质量、导致坍塌甚至塌至和河湖联通。开挖完成后二衬施工前渗漏影响结构安全和防水质量。风险特点临时由于水体补给丰富，隧道开挖时河湖水体沿地层渗漏。产生原因（包括但不限于）隧道下穿河流，已采取截流措施，由于水体补给丰富，仍存在渗漏现象中国中铁隧道集团科研所开挖施工前详细调查河湖水深、基础型式、补给、隧道结构和河湖的关系及隧道地层特性等资料；条件许可时，在隧道通过地段疏干或减少河湖水系，或对河湖基础进行防渗处理；隧道开挖前，利用水平钻孔对开挖掌子面进行全断面水平注浆，确保注浆范围径向超出开挖面不少于50cm，注浆应超前开挖掌子面一倍洞径，同时应检查注浆后土体强度和渗透系数，只有符合要求方可开挖施工；利用钻孔探明前方掌子面地层特性，根据地层特性调整浆液配比、注浆参数和胶凝时间；开挖时严格按工艺要求进行，及时封闭成环，严格控制超挖；随时排除洞内积水；开挖完成后，及时加强初支背后回填注浆。预防措施隧道过河流渗漏中国中铁隧道集团科研所管线变形过大管线变形一直随着隧道施工的各个阶段(甚至在竣工通车后一直持续变形)一般来说在隧道开挖过程中特别是仰拱封闭前，是其变形速度教大的阶段。风险特点控制沉降的措施不力；开挖过程中管线周边出现坍塌；背后回填注浆不及时、不密实；保护措施不力或落实不力。产生原因（包括但不限于）由于施工扰动影响，导致上方污水方沟发生较大变形，发生明显渗漏中国中铁隧道集团科研所开挖施工前，对开挖影响范围内所有管线进行一次普查。可能时，在施工前对管线进行安全评估；对隧道通过和影响地段进行空洞普查，对查出的空洞采取注浆或其他措施回填，保证回填密实；根据调查所得的管线性质、材质、埋深及和隧道的关系等资料对管线周边土体进行加固处理，在可能和必要时可采取桩墙隔离或悬吊保护措施；隧道通过管线地段，从超前加固措施、开挖方法、支护手段等方面制定专门的措施，并在开挖过程中严格执行；及时加强初支背后回填注浆，主动控制其沉隆；加强监控量测工作。如发现沉降或收敛过大或异常，应立即停止开挖并及时注浆和补注浆，并根据监测结果调整施工参数；为方便施工过程中目标管理，根据隧道的不同施工阶段对总变形值进行目标分解，分解到不同施工阶段进行控制。预防措施管线变形过大中国中铁隧道集团科研所建筑物变形过大建筑物变形一直随着隧道施工的各个阶段(甚至在竣工通车后一直持续变形)一般来说在隧道开挖过程中特别是仰拱封闭前是其变形速度较大的阶段。建筑物变形过大可能导致建筑物破坏或危及使用甚至倒塌。风险特点控制沉降的措施不力；开挖过程中建筑物周边出现坍塌；背后回填注浆不及时、不密实；保护措施不力或落实不力。产生原因（包括但不限于）中国中铁隧道集团科研所开挖施工前，对开挖影响范围内所有建筑物进行一次普查，了解其结构型式、地基基础、总高、层数、及隧道的平面和立面关系等。可能时，在施工前对建筑物进行安全评估；对隧道通过和影响地段进行空洞普查，对查出的空洞采取注浆或其他措施回填，保证回填密实；根据调查和评估所得的相关数据和资料，对建筑物周边土体进行加固处理，或采取桩基隔离措施；隧道通过建筑物地段，从超前加固措施、开挖方法、支护手段等方面制定专门的措施，并在开挖过程中严格执行；加强监控量测工作。如发现沉降或收敛过大或异常，应立即停止开挖并及时注浆和补注浆，并根据监测结果调整施工参数；为方便施工过程中目标管理，根据隧道的不同施工阶段对总变形值进行目标分解，分解到不同施工阶段进行控制。预防措施建筑物变形过大中国中铁隧道集团科研所桥梁变形过大桥梁变形一直随着隧道施工的各个阶段(甚至在竣工通车后一直持续变形)一般来说在隧道开挖过程中特别是仰拱封闭前是其变形速度较大的阶段。风险特点控制沉降的措施不力；开挖过程中桥梁基础周边土体出现坍塌；背后回填注浆不及时、不密实；保护措施不力或落实不力。产生原因（包括但不限于）中国中铁隧道集团科研所开挖施工前，对开挖影响范围内所有桥梁进行一次普查，对其桥面结构型式、桩基基础、及和隧道的平面和立面关系等方面做到心中有数；可能时，在施工前对桥梁进行安全评估；对隧道通过和影响地段进行空洞普查，对查出的空洞采取注浆或其他措施回填，保证回填密实；对桥梁基础周边土体进行加固处理，增加承台的基础承载力或桩基的摩擦阻力，或采取桩基隔离措施；隧道通过地段，从超前加固措施、开挖方法、支护手段等方面制定专门的措施，并在开挖过程中严格执行；加强监控量测工作。如发现沉降或收敛过大或异常，应立即停止开挖并及时注浆和补注浆，并根据监测结果调整施工参数；为方便施工过程中目标管理，根据隧道的不同施工阶段对总变形值进行目标分解，分解到不同施工阶段进行控制。预防措施桥梁变形过大中国中铁隧道集团科研所既有轨道交通变形过大既有轨道交通变形一直随着隧道施工的各个阶段(甚至在竣工通车后一直持续变形)一般来说在隧道开挖过程中特别是仰拱封闭前是其变形速度较大的阶段。风险特点控制沉降的措施不力；开挖过程中既有轨道交通周边出现坍塌；背后回填注浆不及时、不密实；保护措施不力或落实不力。产生原因（包括但不限于）中国中铁隧道集团科研所隧道开挖施工前，详细调查既有轨道交通和隧道的平纵断面关系，既有轨道交通工程道床和结构形式等方面内容；在施工前，对既有轨道交通进行安全评估；对隧道通过和影响地段进行空洞普查，对查出的空洞采取注浆或其他措施回填，保证回填密实；对既有轨道交通周边土体进行加固处理