當前，二十局集團公司在建隧道多達100余座，總延長140余公里。一方面，表明我們已成為隧道及地下工程施工行業的一支重要力量，另一方面，隧道施工安全問題也隨之被提上重要議事日程上來。隧道施工安全是一個復雜的系統工程，哪一個方面、哪一個階段、哪一個環節的工作沒有做好都可能釀成事故。如何有效地確保隧道施工安全，是擺在我們集團公司廣大隧道施工管理者和技術人員面前的一個課題。      

    一、開挖是隧道施工的關鍵環節     

    開挖工作是隧道施工的第一流程，開挖工作的優越與否直接影響隧道施工的安全、質量和效益。提高光面爆破，可以減少對圍巖的擾動，減少應力集中，有利于自然拱的形成，便于噴砼工藝，因此，隧道施工安全的關鍵是開挖。      

    良好的光面爆破可以減少超欠挖，這樣減少了欠挖處理及超挖石碴的外運量，減少襯砌時砼的回填量，而且砼襯砌厚度均勻減少了應力集中。因此，開挖也是影響隧道襯砌工作的關鍵。      

    開挖是關鍵，還在于開挖決定了隧道的初始幾何尺寸，表明了隧道的貫通及誤差，一旦開挖出了問題，其它后續工序也就失去了意義，再次施工安全就很可能得不到保障。      

    爆破參數設計是光爆控制的重要環節，在綜合考慮圍巖狀況、巖石整體性好壞、節理裂隙發育規律等多方面因素后，精確合理地設計爆破參數，降低工料消耗，提高光面爆破效果。 

    鉆孔設備的選擇對光面爆破的效果起重要作用，目前隧道開挖絕大多數采用人工開挖的方式，因此，操作手的經驗及熟練程度至關重要。很多項目在施工隧道前對操作人員進行了崗前培訓，操作人員在施鉆時抓住了“準、平、齊、直”的要點，同時對風槍進行了適當改進，改造了部分風槍油壺的位置，減少了鉆爆形成的臺階，拱頂和邊墻光面爆破均達到了很高的水準。  

    二、防坍是保證隧道施工安全的最重要環節   

    開挖中最重要的一點就是防塌。山嶺隧道施工絕大部分采用傳統的施工方法——鉆爆法施工。鉆爆法施工的山嶺隧道由于受炸藥爆破震動的影響，破壞了原有巖體內部受力平衡，當施工方法不當或支護不力時，圍巖就會因失穩而發生坍塌。因此，采用鉆爆法施工的山嶺隧道如何防止坍方是確保隧道施工安全和工程質量的關鍵。  

     1.易發生坍方的地形和部位   

    在山區修建隧道，由于隧道穿越地區工程地質和水文地質的復雜多變，決定了山嶺隧道的施工難度。下面列舉容易發生塌方的地段和部位，以便遇到類似情況時能引起高度重視。    

    (1)容易發生塌方的地段  

    a.埋深較淺地段：山嶺隧道埋深在200米以下時，圍巖由于受到地表水侵蝕，巖層風化嚴重，如施工不當易發生塌方。   

    b.斷層破碎帶及斷層影響帶：因其圍巖破碎，自穩能力差，并含有大量的填充物和地下水，如施工不當易發生塌方。  

    c.巖層接觸帶：因其巖層不同，且大多伴有小構造，如重視不夠可能會發生塌方。    

    d.高應力地段：在軟質圍巖中，由于受到高地應力的影響，圍巖變形較大，若支護不力極易發生坍方。    

    e.在高水位富水地段：巖溶呈不規律性分布，隨時遇到意想不到的溶洞，若防備不及，溶洞內的填充物涌出或坍塌，也會給工程造成不利的影響。    

    (2)容易發生坍方的部位   

     a.隧道洞口：隧道洞口集埋深淺、石質較差、受力結構復雜等不利因素于一體，處理不當極易發生坍方。  

     b.隧道拱腳：當采用臺階法施工開挖下半斷面時，若拱腳支護不力，極易造成坍方。  

     c.隧道墻腳：當進行檢底施工時，措施不當墻腳懸空時，致使邊墻失穩而發生偏幫。   

     d.隧道拱部：地質條件較差，拱部變形較大，支護強度不足時，易發生拱部坍塌。   

     e.隧道與隧道的交叉部位，即主洞與支洞交叉的部位，也就是通常所說的交叉三角區，如果處理不當，支護不力，極易發生坍方。   

     f.在水平巖層或近似水平巖層中，拱部易發生掉頂；在垂直巖層或近似垂直巖層中，邊墻易發生偏幫。   

     2.防止出現坍方的預防措施   

     在山嶺隧道施工中，如果施工方法及支護手段使用不當，不僅不能加快施工進度，而且也不能保證工程質量和施工安全，易造成坍方。為此，特別強調：   

    （1）選擇合適的施工方法  

    隧道施工過程和方法是多種多樣的，目前在我們經常采用的礦山法中大致有全斷面法、臺階法和分部開挖法三大類。   

    在當前的施工實踐中，采用最多的方法是臺階法（含環形開挖預留核心土法），其次是全斷面法。在大斷面隧道中，中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）和雙側壁導坑法采用較多。選擇施工方法，并不完全決定于地質條件。地質條件僅僅是選擇施工方法的一個因素，而更應強調的是：施工方法必須符合快速、安全、質量及環境的要求。其中環境因素有時成為選擇施工方法的決定性因素。選擇施工方法時需考慮的基本因素大體上可歸納為：   

    a.施工條件：實踐證實，施工條件是決定施工方法的最基本因素，它包括一個施工隊伍所具備的施工能力、素質以及管理水平。目前我集團隧道施工隊伍的素質和施工裝備水平，有高有低，參差不齊，因此，在選擇施工方法時，不能不考慮這個因素的影響。  

    b.圍巖條件：也就是地質條件，其中包括圍巖級別、地下水及不良地質現象等。圍巖級別是對圍巖工程性質的綜合判定，對施工方法的選擇起著重要的甚至決定性的作用。   

    c.隧道斷面積：隧道尺寸和形狀，對施工方法選擇也有一定的影響。目前隧道斷面有向大斷面方向發展的趨勢，如公路隧道已開始修建3車道甚至4車道的大斷面，水電工程中的大斷面洞室，更是屢見不鮮。在這種情況下，施工方法必須適應其發展。在單線和雙線的鐵路隧道中，越來越多地采用了全斷面法及臺階法；而在更大斷面的隧道工程中，先采用各種方法修小斷面的導坑，再擴大形成全斷面的施工方法極為盛行。 

    d.埋深：隧道埋深與圍巖的初始應力場及多種因素有關，通常將埋深分為淺埋和深埋兩類，有時將淺埋又分為超淺埋和淺埋兩類。在同樣地質條件下，由于埋深的不同，施工方法也將有很大差異。    

    f.工期：作為設計條件之一的施工工期，在一定程度上會影響基本施工方法的選擇。因為工期決定了在均衡生產的條件下，對開挖、運輸等綜合生產能力的基本要求，即對施工均衡速度、機械化水平和管理模式的要求。   

    g.環境條件：當隧道施工對周圍環境產生如爆破振動、地表下沉、噪聲、地下水條件的變化等不良影響時，環境條件也應成為選擇隧道施工方法的重要因素之一，在城市條件下，甚至會成為選擇施工方法的決定性因素。   

    (2)各種施工方法在不同圍巖和隧道中適用情況     

    a.全斷面法   

    適用于單線鐵路隧道Ⅰ～Ⅲ級圍巖、鐵路雙線隧道及公路隧道Ⅰ～Ⅱ級圍巖地段。通常采用全斷面鉆孔一次起爆方法。為控制好開挖輪廓，減少超欠挖，提高光面爆破效果，可推廣預留光爆層的開挖方法。 

    b.臺階法  

    適用于單線鐵路隧道Ⅲ、Ⅳ級圍巖、鐵路雙線隧道及公路隧道Ⅲ級圍巖地段。臺階數量和長度，要根據圍巖條件而定。Ⅲ級圍巖一般采用兩臺階法；Ⅳ級圍巖及Ⅲ級偏弱圍巖，可改用三臺階法。   

    臺階法施工的循環進尺，要根據開挖跨度和圍巖類別、自穩時間嚴格控制，并與初期支護鋼架設計間距相對應。每次以架立1～2榀鋼架為宜。     

    上部斷面開挖視圍巖自穩條件，可采用一次開挖成形和環形導坑預留核心土開挖法，該法適用于單線鐵路隧道Ⅳ、Ⅴ級圍巖、鐵路雙線隧道及公路隧道Ⅲ、Ⅳ級圍巖地段。當圍巖自穩性很差時，必須采用小導管或錨桿(注漿)等超前支護措施；土質隧道還可采用人工預切槽，槽內嵌設鋼架，噴混凝土預支護后再開挖的方法。  

    下部斷面(中、下層臺階)是開挖作業的重要環節。近年來，在下部開挖中，因方法欠妥，作業不慎引起初期支護失穩造成的重大坍方事故已有多起，必須引起高度重視。在開挖順序上，宜采用先挖側槽、左右錯開向前推進的做法，不宜采用拉中槽挖馬口的方法。側槽開挖長度，靠近邊墻范圍應采用風鉆、風鎬手工開挖，人工清壁扒碴，嚴禁使用重型機械開挖和裝碴，以免對圍巖過大擾動、破壞圍巖和初期支護系統的整體穩定性。  

    c.分部開挖法   

    分部開挖法主要有雙側壁導坑法（適用于單線鐵路隧道Ⅴ、Ⅵ級圍巖、鐵路雙線隧道及公路隧道Ⅳ～Ⅵ級圍巖）、中隔法（適用于單、雙線鐵路隧道Ⅴ級圍巖、淺埋隧道及三線隧道）或交叉中壁法（適用于雙線、三線隧道Ⅴ、Ⅵ級圍巖及淺埋隧道）。這些施工方法也適用于對地表沉降有嚴格限制的城市公路隧道。 

    雙側壁導坑法在控制地中和地表下沉方面，優于其它施工方法。此外，由于兩側導坑先行，能提前排放隧道拱部和中部土體中的部分地下水.為后續施工創造條件。因此城市淺埋、軟弱、大跨公路隧道和山嶺軟弱破碎、地下水發育的大跨隧道可優先選用雙側壁導坑法。  

    d.進洞方法  

    進洞施工方法要根據洞口段地形、地貌和圍巖條件而定。   

    洞口段為整體性好的Ⅰ、Ⅱ級硬巖時，路塹成型后，即可按全斷面法直接進洞。   

    洞口段為淺埋、坡積、軟弱的Ⅳ、Ⅴ級圍巖時，宜采用臺階法進洞。一般應結合洞口路塹施工分層開挖，到達暗洞進口里程前4m左右，沿設計開挖廓線外0.1m施作管棚(常用￠42mm小鋼管，有條件的也可用￠89mm鋼管)超前支護，而后按臺階法施工。拱部要采用環形開挖留核心土法，下部視情況分一層或兩層開挖。為確保安全順利進洞，暗洞前4m的初期支護通常做成套拱。當暗洞掘進20米左右后，要及時施作仰拱和二次襯砌。   

    (3)采用正確的支護手段和方法  

    除了施工方法安全合理實用外，采用合理、經濟的施工支護手段也是防止隧道坍方的關鍵。隧道支護應根據不同的圍巖級別及地質狀況進行施作，對洞口存在堆積體、滑坡體、淺埋及軟弱地層等不良地質隧道，可采用大管棚、小導管注漿超前支護，地表注漿加固及地面旋噴樁加固等措施。部分隧道洞口設置抗滑樁保證坡體的整體穩定，進洞后盡快施做洞門，確保進洞洞口安全；洞內軟弱地層地段以錨、噴、網為主要支護手段，必要時加格柵鋼架，強化支護措施，同時減少對巖體的擾動，抑制圍巖過度松弛變形，確保洞內施工安全。   

    一次支護是主要受力結構，應按永久結構沒計，且必須在其基本穩定后開始進行防水層和二次模筑襯砌，尚未穩定情況下，企圖用模筑襯砌進行支護是不安全的，襯砌會產生開裂。若采用鋪底超前、仰拱超前的模筑襯砌的方法，是有利于地層穩定的。一次支護由鋼筋網、鋼拱架、噴混凝上組成，鋼拱架接頭聯結處設鎖腳錨管(灌漿)。   

    二次襯砌為安全儲備和承受部分流變荷載、地震力等。二次襯砌由模筑混凝土、鋼筋混凝土兩種型式組成。  

    3.施工中應注意以下問題  

    (1)淺埋或軟弱圍巖隧道正臺階施工不允許分長、中、微臺階，臺階長度為一倍洞徑，第一個上臺階高度定為2.5m，有利于快速將頂部一次支護、網構鋼架安裝定位，有利于安全。小導管長度應為臺階高度加1m。所以，初期設置小導管長度3.5m是指臺階高度2.5m時的情況。     

    (2)大斷面硬巖隧道宜采用小導洞超前爆破，可減震30％，取消預裂爆破。也可采用小TBM超前，鉆爆法擴大。其優點為：(1)可以超前預報；(2)爆破減振30％，炸藥比全斷而爆破減少5％～10％；(3)擴大爆破，炮眼利用率為100％，所以提高開挖速度2～3倍：(4)炮眼半孔保仃率80％，線形超挖<10cm；(5)爆破碴堆、碴塊均勻、集中，便于快速出碴；(6)縱向爆破沖擊波小，對后部工序影響小。      

    (3)在任何情況下，使隧道斷面能在較短時間內閉合是極為重要的。      

    (4)支護結構施工必須是一次支護從上向下施作，二次模筑襯砌必須從下向上施作。      

    （5）在軟弱地層段隧道襯砌施工采取緊跟的原則：即襯砌施工以距掌子面不超過150米為限。仰拱超前、襯砌緊跟能在洞內迅速形成閉合環，防止圍巖過度松弛變形，保證施工安全的作用更為顯著。  

    (6)實施性施工組織設計必須把安全方案作為重要內容，從技術工藝、設備器材、作業流程、風險應對等各個方面做好預控措施。      

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    三、必須堅持動態設計、動態施工、動態管理      

    必須遵循信息化反饋設計、信息化施工、信息化動態原理。設計人員必須及時修改圖紙，必須尊重施工信息。必須在現場建立建設方牽頭，以施工單位為主體的設計、監理動態管理小組，實現及時支護、及時封閉、及時量測、及時反饋、及時修正的地下工程管理辦法。     

    現代隧道施工中，利用先進的信息技術，及時反饋地質變化情況和支護受力變形情況，適時調整施工方法和支護手段，準備預防應急措施，避免坍方施工的發生，確保施工安全。在目前隧道施工中，一般采用超前地質預探探報技術、監控量測技術等手段預報隧道開挖前方工程地質和水文地質情況，監測支護結構受力變形情況，為設計變更及施工中采取相應的施工方法和支護手段提供依據。      

    必須重視隧道的綜合地質超前預報，將超前地質預報作為一道工序來保證。預報方法宜長短結合以短為主，預報范圍前方≧30 m，隧道周邊外l倍洞徑，做為工序列入。預報方法：以鉆孔為主，配合地質描述。      

    采用監控量測技術控制地表下沉和防塌方是最可靠的力法。監控量測是施工的核心，必須認真、快速獲取結果，掌握洞身的變化特點，尤其要重視一倍洞徑處的穩定性，這往往是塌方、變形的最危險時間的區段。必須重視時空變化效應，縱向一次支護的監控長度一般為洞徑的6倍左右，6倍洞徑以后必須確保結構的變化速率不變或快速減少，6倍洞徑以內只允許施作仰拱和邊墻基礎，不允許模板臺車進行邊墻和頂部混凝土的灌注。      

    四、重視初期支護的施工質量      

    支護是安全的保證。初期支護應及時施作，早封閉，快成環，控制變形。開挖后，巖石暴露時間要控制在2～4小時以內，應先初噴4～5cm厚混凝土封閉巖面，然后安裝格柵、錨桿等初期支撐，再復噴至設計厚度。軟弱地層必須采用潮噴混凝土，不提倡濕噴混凝土。因濕噴工藝不過關，不能將圍巖的的承載力提高，形成圍巖、噴層兩張皮。濕噴早期強度低，回彈量大。潮噴可以把圍巖裂隙阻死，形成圍巖組成的承載拱，這正是強調圍巖爆破后不找頂及時初噴的原因。噴射混凝土標號不得低于200號，ld齡期的標號小宜低于50號。      

    格柵鋼架安裝須符合設計位置，緊貼圍巖，中間有空隙時，必須用噴混凝土充填密實，絕不允許填塞木柴和片石，出現“兩層皮”現象；有很多隧道坍塌都是與初支背后空洞有關，這方面有血的教訓，因此，施工中必須加強對此道工序的控制。兩榀格柵鋼架之間必須用斜拉桿焊接，拱腳處要根據現場情況采用縱向托梁、鎖腳貓管（貓桿）或擴大拱腳等措施進行加強，這是保證下步開挖安全最重要的措施，必須認真落實；鋼架落底接長時應沿隧道兩側交錯進行，根據圍巖條件每次接長1～3榀，上下格柵鋼架必須對接牢固；格柵鋼架安裝好后，復噴混凝土到設計厚度，保護層厚度不得小于3～4cm。   

    錨桿根據設計要求和現場地質條件選用。一定要保證錨桿方向和數量，采用砂漿錨桿時要確保注漿飽滿，稠度適中，錨桿插入深度不得小于設計長度的95％；有水地段優先采用藥包式、楔縫式或縫管式錨桿，端頭錨固錨桿一定要保證端頭錨固部分的緊固質量。尾部必須加托板，托板應緊固密貼圍巖和格柵，以提高錨固效果。     

    五、淺埋暗挖隧道施工原則     

    1.首先系統采用小導管超前支護技術。     

    2.設計采用8字形格柵拱架，做到在x，y2個方向實現等強度、等剛度、等穩定度。     

    3.突出快速施工，考慮時空效應，做到5個及時：及時支護、及時封閉、及時量測、及時反饋、及時修正。      

    4.采用復合式襯砌結構，一次支護由噴射混凝土、鋼筋網、網構鋼拱架組成。鋼拱架聯結處將索腳錨管和鋼拱架焊接，形成一次支護。      

    5.淺埋暗挖法18字方針是施工的原則和要點的精辟總結，即：“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”。      

    6.拓寬淺埋暗挖法在有水、不穩定地層中應用時，要采用以注漿堵水為主，以降水為輔的原則。采用劈裂注漿加固和堵住80％的水源，降掉20％的少量裂隙水，以達到減少地表下沉的目的。      

    7.選擇適宜的輔助施工工法。      

    常用的有：環形開挖留核心土；噴射混凝土封閉開挖工作面；超前錨桿或超前小導管支護；超前小導管周邊注漿支護；設置上臺階臨時仰拱；跟蹤注漿加固地層；洞內真空泵降水、洞內超前降排水；洞外深井泵降水等。      

    8.大跨施工應選擇變大跨為小跨的施工方法，如CD法、雙立柱法、柱洞法、中洞法、側洞法等。在確保安全經濟的前提下，開挖方法的選擇次序應為：當開挖斷面寬度大于10m以上時，應優先選用CD法，或者是雙立柱法，在迫不得已情況下可考慮側壁導坑法，或者CRD法。當開挖寬度小于10m時，應優先采用正臺階法，當下沉量控制不住時再考慮用CD法或CRD法，工程實踐證明，如在北京地層淺埋情況下，當開挖寬度在12m以內時采用正臺階法是成功的。      

    9.長管棚的直徑要和地層剛度相匹配，當Φ超過150mm時，對控制地表下沉作用很小。長管棚法一般在洞口段采用，在隧道內一般不宜采用，用雙層小導管法是完全可以通過的。     

    10.仰拱應緊跟下臺階，超前于襯砌施工。Ⅳ級以下圍巖段鋪底宜超前施工，以便改善運輸條件，方便襯砌作業。仰拱(鋪底)施工前必須先將底部雜物、虛碴、積水排除干凈，超挖時采用同標號混凝土或漿砌片石回填。