轨道交通矿山法隧道开挖及初支施工风险控制

轨道交通矿山法隧道开挖及初支施工风险控制
摘要：在目前国内轨道交通工程施工中，经常遇到复杂多变的地质条件和一些
不良地质问题，给工程施工带来了较大的难度和风险，隧道开挖施工时隧道坍塌、地表坍塌事故时有发生，带来重大的经济损失和严重的影响，通过隧道开挖初支
的风险控制确保隧道施工安全尤为重要。

关键词：轨道交通；矿山法隧道施工；开挖及初支；风险控制
引言
城市建构筑物密集，在城市道路下方进行隧道施工对周边环境影响较大，发
生事故时往往造成造成严重的不良社会影响，如何做好隧道安全风险的控制，确
保隧道风险防控和施工安全，是隧道施工研究的重点。

本文主要针对某轨道交通
出洞段复杂地质条件下的矿山法隧道隧道施工安全管控为例，阐述隧道开挖支护
施工中安全管控重点。

1 工程概况及地质情况
某市某段轨道交通中间为出入段线双线大段面隧道，两侧为正线单线隧道，
采用矿山法施工，出洞段隧顶埋深6.8-9.4m，出入段线隧道与正线隧道结构间距1.72～8.4m。

洞顶大部分位于中风化层内,顶部多是软塑状红黏土，穿越发育白云
正断层，节理发育、岩体破碎；区间白云岩和灰岩岩溶发育，岩溶管道连通性好，地下水位埋深较浅，隧道位于地下水位以下，岩溶水丰富，存在顺岩溶裂隙带渗
水及线状涌水的可能。

场区内存在断层、岩溶、红黏土、夹层、杂填土等多种不良地质，属于典型
的复杂地质条件下的浅埋暗挖隧道。

隧道周边环境复杂，上部道路车流量大、重
车多、较拥堵、道路下方管线复杂，周边多是村民自建房。

段内围岩稳定性差，
易坍塌，易出现地表下沉或塌至地表影响行车和周边环境安全，给隧道施工带来
较大难度和风险。

2 隧道施工方法
在在矿山法隧道施工技术应用中，使用的开挖方法较多，主要分为全断面法、正台阶法、上半断面临时封闭法、环形开挖法、双侧壁导坑法、中隔墙法、中洞法、侧洞法、柱洞法、洞桩法等。

隧道施工根据地质情况和围岩分级情况采取不
同的工法施工，能有效预防沉降和收敛，避免事故的发生。

本隧道出洞段采用人
工配合机械开挖，经过后期地质探查，和专家论证情况，下导坑施工对机械化施
工限制较大，考虑到可行性、安全性、工期可控性、经济性，对原设计中的CD
法进行优化，采取上半断面帷幕注浆堵水+大管棚超前支护措施，待帷幕注浆和
超前支护施工完成达到设计强度时，进行隧道开挖支护，先开挖支护①部，施工上导坑中侧壁临时支护，临时支撑须立于岩层面，再进行②部开挖支护施工，待沉降和收敛稳定后，进行③部开挖支护，拆除临时支撑，最后开挖④部仰拱位置，对初支进行封闭。

3 隧道施工主要风险源分析
3.1地质风险
在现阶段城市轨道交通工程勘察中，常用钻探方法进行地质勘察，往往利用
多个钻孔信息连接地质剖面，这种以点代面的方式在解决复杂的地质、不良地质
和水文地质情况（如断裂、岩溶带、地下水赋予、空洞等）时存在明显不足，常
常不能能准确进行围岩分级，多变的地质问题，给工程带来较大的风险。

隧道下
穿道路和破碎带，存在岩溶、红黏土、夹层、杂填土不良地质，处于复杂地质条
件和水文条件下，工程本身风险较高，易造成塌塌、突泥突水事故的发生。

另外
设计单位设计时存在风险因素考虑不足、支护参数、图纸存在错误，不满足支护
强度，都会造成结构和施工安全。

3.2环境风险
隧道处于城市主干道交叉口下方，地面上存在建筑物、管线等，若对周边环
境调查不详细，错误的信息、或处置措施不当都将成为风险。

城市道路交通量大、重车较多，隧道在道路下方施工作业活动易造成地面沉降和坍塌，对施工、行车
安全造成严重影响；若管涵渗漏形成水囊，对周围土体进行软化，受到施工扰动
后可能发生涌水、冒砂现象[1]。

3.3施工过程中的风险
施工过程中风险存在施工作业的各各方面，施工方案和开挖方法不合理、隧
道超挖、超前支护保护不到位、开挖支护不及时、开挖施工流程不合理、对土体
扰动较多等，易导致土体失稳或支护结构失稳塌塌；多导洞施工存在串洞、坍塌
风险，对土体的扰动、尤其是拱顶上方及两侧边墙易失稳坍塌；临时支护拆除和
工序转换时可能因受力的转换造成初支失稳；开挖支护和破除临时支撑时物体掉
落打击人员风险；施工过程中监测不及时、监测异常数据没有及时处理；施工质
量不符合要求，安全措施不到位，人为主观意识等等，都会造成事故的发生。

4 轨道交通矿山法隧道施工安全风险控制措施
4.1地质风险控制措施
如果工程地质水文地质条件不明，工程周边环境不清，措施准备不充分，很
容易出现安全质量事故和险情，造成人员伤亡和经济损失。

物探因其能够获得连
续的地质物性信息，可有效的弥补钻探的不足，不同的物探方法有不同的适用范围，在不良地质体探测中有不同的响应特征。

采用多种地质超前预报能有效解决
地质问题带来的风险，本工程通过采用超前水平钻探、红外探水、SSP（地震波
反射法）、地质雷达、地表扫描，多种手段进行地质探查，通过地质雷达和SSP
探测出地表下多处松散土体，岩溶、夹层等不良地质，还探测出裂隙带状渗水，
为后期，为设计变更提供依据，及时对支护参数和措施进行调整；在隧道施工时
采取帷幕注浆和局部预加固处置措施进行处理，通过溶洞段对溶洞进行预注浆加
固处理，有效的预防了施工时坍塌和大量涌水的发生，初支完成后对隧道前方和
支护周围5m范围内岩溶孔洞情况进行地质雷达探查，防止后期隧道坍塌，为隧
道的结构和施工安全提供安全保障。

4.2隧道降水排水施工控制
施工前应对地层中空洞、水囊等进行排查，施工时采取超前地质钻孔探测，
预备足够的抽水设备；对岩溶水和其他地下水根据实际情况，采用排、截、堵、
防等综合治理措施，以策安全；对预防管涵渗水引起的涌水可用超前导管对原有
管涵进行加固处理。

本区间出入段线及正线隧道出洞段，处于白云正断层影响带，施工时根据超前地质预报及超前钻孔，揭示的围岩地质情况，发现前方涌水量较大，有发生突涌水、突泥等风险可能，根据安全性、经济性、可行性，经参建各
方研究和专家评审结果，决定采用上台阶采用超前帷幕注浆堵水，实施超前帷幕
注浆后，待前方围岩稳定、无大量涌水时方可进行下一步施工开挖。

隧道施工过程中还必须注意洞内抽排水，配备充足的水泵，设置排水管道，
避免基岩泡水软化造成风险。

4.3开挖初支施工风险控制
4.3.1 施工准备风险控制
随着工程的进展，施工风险不断发生着变化，结合环境和地质条件做好施工
阶段风险管理，做好风险识别、分析和评估，及时更新风险源的动态，实施动态
风险管理；制定风险处置方案，落实风险控制措施，动态跟踪风险变化及时上报
处理；此外与临工区做好协调沟通和联动机制，加强风险预警和应急管理机制；
做好施工作业安全技术交底，都是确保施工阶段风险控制行之有效的关键。

对施
工方案进行评审，避免因施工方法不当或施工手段存在问题对整个施工安全造成
影响。

施工前做好周边环境调查，对地下管线、建构筑物进行详细调查核实，制定
相应地下管线保护方案，并按照方案做好保护和处置措施。

采取向周边道路疏解
交通，并对地面交通进行限载、限速，确保道路安全。

4.3.2施工过程的安全风险控制
隧道的事故较多都是发生在开挖支护阶段，合理的施工技术措施能有效控制
风险。

1）隧道施工坚持"管超前、严注浆、弱爆破、少扰动、短开挖、强支护、早
封闭、勤量测"的原则。

2）隧道施工时采取大洞先行，左右洞掌子面错开35m以上，浅埋、软弱围岩、不良地质地段，待隧道帷幕注浆和超前大管棚施工完成，达到设计强度时，
进行隧道的开挖。

即先进行上台阶开挖左右侧开挖沿纵向错开3~5m，每次开挖1榀拱架间距，开挖完成后及时进行支护，减少围岩的暴露时间，右侧开挖时应注
意确保不破坏临时支撑；拆除临时支撑前，随时监控拱顶沉降和收敛情况，待拱
顶沉降和收敛变形较小趋于稳定时进行拆除，并开挖支护下台阶，每次进尺不大
于2榀拱架间距；仰拱开挖距下台阶距离6~10m，每次开挖不大于3榀拱架间距，及时对初支进行封闭。

严格控制开挖质量和安全步距，初支到上台阶掌子面距离
不大于30m，仰拱和仰拱填充及时跟进，V级围岩二次衬砌距掌子面间距不大于
50m。

隧道超挖部分及时采用C25喷射混凝土进行回填密实，初支完成后及时对
初支背后进行注浆处理，确保初支背后密实。

3）初期支护是防止因围岩失稳造成隧道结构破坏、变形等而影响结构安全和使用的重要手段。

本隧道由超前支护、临时支撑、系统锚杆、钢筋网片、型钢钢架、连接筋和喷射混凝土联合组成初期支护体系。

在工序变化处应力较复杂，钢
架（或临时钢架）应设锁脚锚杆，以确保钢架基础稳定；临时支撑拆除时支护结
构应力变化，控制临时支撑拆除范围，避免临时支撑拆除过快导致初期支护失稳[2]。

4）若施工时隧道横向变形变化较快或较大，台阶底部及时增加临时I18临时
钢架（横撑）使钢架尽快封闭成环。

当隧道围岩自稳能力较差时，在围岩较软弱
地段或工作面因其它因数需暂停施工的，需及时封闭掌子面，缩短台阶间距，尽
快使初期支护闭合，防止隧道拱部下沉。

5）加强施工过程工序质量的控制，防止因施工工序质量造成的安全事故，加强对注浆压力的控制，避免过大引起地面拱起、管线破坏，过小造成注浆效果较差，不能有效固结土体。

隧道施工还应加强有毒有害气体的监测，做好隧道通风
和应急逃生通道等安全措施。

4.4专项监控量测控制措施
支护结构在破坏前，结构的变形或变形速率往往较大，工程监测能及时发挥其“显微镜”的作用，及时觉察到凭工程经验和肉眼所观察不到工程监测对象的动态变化，发现危险的先兆。

本隧道监测项目有洞内观察及掌子面地质描述、拱顶下沉、周
边收敛、地表沉降、围岩应力和建筑物沉降、倾斜量测等。

及时布设测点并进行
监测，对数据的整理、分析并绘制关系曲线图，从而判定后续数据的变形趋势，
判定支护结构和围岩的稳定性[3]。

通过监测实施对施工过程的动态控制和信息化
指导施工，掌握地表、地下水、支护结构的状态及施工对既有建筑物的影响，若
数据变化异常，按要求进行预警，通过加强加密监测，及时采取相应的加固、加
强支护、增加临时支撑封闭成环等控制措施，能确保施工安全和既有建筑的安全。

5 结论
按照要求做好隧道施工风险管控，通过风险动态跟踪管理，风险预警，对提
高施工安全性和避免发生施工安全事故具有重要作用；通过多种地质超前预报手段，为后期变更设计提供了有力的支撑，有效的预防地质风险的发生；对工程自
身结构及周边环境开展监测工作，信息化指导施工，使隧道的安全施工风险降低；风险控制贯穿整个施工阶段，通过各个环节的风险管控，确保了地面沉降控制，
保证了地面车辆通行和管线安全，保证了本隧道结构施工安全能够有效控制。

参考文献
[1] 田兴亮.隧道矿山法施工危险源分析及安全管控.云南水力发电,2018年S2
期
[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.住房城乡建设部关于印发大型工程技术风险控制要点的通知.[2018-02-
02]./wjfb/201802/t20180228_235247.html
[3] 徐顺明.地铁矿山法施工隧道监控量测技术与方法.铁道勘察,2018年05期。