地下厂房等大型地下洞室施工安全探讨

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，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、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 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 95mm~105mm 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。