浅谈地下工程施工安全

龙源期刊网浅谈地下工程施工安全作者：蒙玉琪来源：《世界家苑·学术》2018年第03期摘要：地下工程在施工过程中存在各种各样的安全问题，安全事故的发生定会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。本文详细阐述了地下工程建设中最突出的突水突泥地质灾害和岩爆地质灾害，主要介绍两种灾害的定义和分类，发生发展的科学规律，相应的预测机制以及施工对策。【1】关键词：地下工程；突水突泥；岩爆引言地下工程包括地下房屋和地下构筑物，地下铁道，公路隧道、水下隧道、地下共同沟和过街地下通道等。地下工程施工困难，常见的施工方法有明挖法、暗挖法、沉管法、顶管法、新奥法等。地下工程施工过程中潜在的安全问题一直是地下空间发展中的一项技术难题，明挖法过程中出现基坑坍塌、地面塌陷和涌水涌砂等安全问题，而相应的矿山法又容易出现突水、塌方和大变形等安全事故。【1】其中，由于地质条件的复杂性，突水突泥地质灾害和岩爆地质灾害在地下工程施工与地下空间建设过程中频繁发生，造成人员伤亡、设备损失、工程延误和工程失效等结果。因此，分析地下工程施工过程中出现的主要安全问题，研究它的本质特征，得出有效的预测机制从而制定工程对策是十分必要的。1突水突泥地质灾害1.1突水突泥灾害发生的地质因素突水、突泥发生在具有较为充沛的水源供应的地区，多发生在河谷、盆地、大型平原等地区，有利于大气降水的汇集及径流、矿区及其附近有水库、湖泊、河流乃至较大汇水的水流体。在地质上多发生在地质构造复杂，断裂、裂隙和褶皱发育的工程区，岩溶地区和承压水地层是多发区，从岩性上讲，碳酸盐地区煤矿突水问题较突出。【2】1.2突水突泥灾害的定义突水突泥灾害是由于应力释放导致的围岩裂隙扩展，引起隧道中突然进入地下水。【3】只有分析清楚施工中的突水突泥的致灾机理及影响因素，做出准确的预测机制，制定相应的施工对策，才能最大程度减少突水突泥灾害的发生，减少地下工程施工过程中的安全问题，降低相应的风险。1.3突水突泥灾害的致灾机理龙源期刊网经研究发现，隐蔽型导水结构是突水突泥发生的一个重要地段，主要包括隐伏断层、局部构造破碎带、岩溶陷落柱及岩溶塌落洞等。【2】其中隐伏断层是指在地表无出露，潜伏地表以下的断层。无论断层的性质、规模如何，在露头上都以破碎带接触。由于断层的性质不同，断层破碎带的内部结构有所不同；断层的规模不同，破碎带的宽度不一，小至1米之内，大至上千米。【4】岩溶陷落柱是指由于岩溶和坍塌作用形成的镶嵌在煤系中在杂乱无章的碎石堆集体，简称陷落柱。地下水环境及其演化是突水发生的主要模式，大量学者对煤层底板隔水层的地质构造和岩石力学结构、采矿扰动破坏机理、水岩相互作用机理及它们之间的相互关系进行了研究。【2】1.4突水突泥灾害的预测技术现有的对地下工程施工过程可能出现的突水突泥灾害的预测技术主要集中在：地震波、声波反射和电磁波等物探和超前钻孔探测等几个方面。【2】也有结合地质素描和电镜扫描等物理方法进行探测预报，或者采用岩溶电网络模拟、岩溶浸没、岩溶地下水污染的水动力弥散法等模拟实验方法。1.5针对突水突泥灾害的施工对策在几个治理大型隧道工程中出现突水突泥地质灾害的实例中，专家学者们提出了相应的、有效的应急措施和施工对策。在天生桥二级水电站施工中遇到跨度40m左右的大跨度充填过水型溶洞针对不同的地质条件，分别采用钢管结构桥跨过、大直径人工挖孔桩及高压灌浆进行基础处理的处理措施；衡广复线南岭隧道第一次采用了大规模的注浆；宜万线齐岳山隧道在隧道施工过程对于遇到的岩溶问题，有针对性地采取了释放、排泄、注浆等不同措施，效果良好。【5】2岩爆地质灾害2.1岩爆的定义岩爆是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放，导致岩石爆裂并弹射出来的现象。一般情况下发生在围岩级别为I类围岩中.轻微的岩爆仅有剥落岩片，无弹射现象，严重的可测到4.6级的震级，烈度达7-8度，使地面建筑遭受破坏，并伴有很大的声响。发生岩爆的条件是岩体中有较高的地应力，并且超过了岩石本身的强度，同时岩石具有较高的脆性度和弹性，在这种条件下，一旦地下工程活动破坏了岩体原有的平衡状态，岩体中积聚的能量释放就会导致岩石破坏，并将破碎岩石抛出。2.2岩爆的致灾机理岩爆是隧道围岩集聚能量、应力集中分布后的产物，因此岩爆发生的频数与隧道围岩开挖后暴露时间的长短有关。一般岩爆发生高峰期主要集中在两个时间区段。在围岩开挖暴露后，龙源期刊网先期存储在岩体中的能量超过了岩体本身的强度，通过岩爆的形式得以释放，形成了第一个岩爆高峰区段。围岩中的应力在重新调整、分布后，岩体中的应力及能量再次得以聚集，并在隧道爆破作业所产生的冲击波的影响下，再次发生岩爆。【6】岩爆主要发生在干燥无水的、结构面发育适中的、具有较高弹性模量的熔结凝灰岩所构成的岩体中。岩爆就是岩体中的能量聚集到释放的过程，地下作业中，围岩的能量平衡系统被打破，能量开始在围岩中重新分配和聚集，这是岩体完整性越好，结构面越少，岩石弹性模量越大、强度越高，围岩初始应力越大，聚集在岩体中的能量就越多；而岩爆的形成，则需要有足够的能量去扩展岩体中的微裂隙，形成节理面，并将岩块抛射出去，这时岩体中的结构面越多，岩爆所需的能量就越少，岩爆就越容易发生。2.3岩爆的预防及处理采取积极主动的预防措施和强有力的施工支护，确保岩爆地段的施工安全，将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低。在高应力地段施工中可采用以下技术措施：（1）在施工前，针对已有勘测资料，首先进行概念模型建模及数学模型建模工作，通过各种模拟计算，初步确定施工区域地应力的数量级以及施工过程中哪些部位及里程容易出现岩爆现象，优化施工开挖和支护顺序，为施工中岩爆的防治提供初步的理论依据；（2）在施工过程中，加强超前地质探测，预报岩爆发生的可能性及地应力的大小；（3）若预测到的地应力较高，可在超前探孔中进行松动爆破或将完整岩体用小炮震裂，或向孔内压水，以避免应力集中现象的出现；（4）在施工中应加强监测工作，可以定量化地预测滞后发生的深部冲击型岩爆，用于指导开挖和支护的施工，以确保安全；【6】参考文献[1]钱七虎.《地下工程建设安全面临的挑战和对策》.《岩土力学与工程学报》.2012.10，31（10）：1[2]金兵，陈四来.《谈隧道突水及突泥灾害研究现状》.《山西建筑》.2012.5，38（15）：18-19[3]薛治国，饶文举，何先瑜.《浅谈隧道突水突泥处理方案与技术》.《中国西部科技》.2010，09（18）：25-26[4]武刚.《断层破碎带结构特征的露头模式[J]》.《新疆石油天然气》.2012.04，09（09）：1龙源期刊网[5]张富民.《隧道工程突水突泥突石灾害分析与应对》.《地下工程常见灾害与防治措施》.2010.6，11（02）：12-13[6]曾远昌.《浅谈对某公路隧道岩爆地质灾害的预防和处理》.《地下工程学报》.2011（2）：227-227作者简介蒙玉琪（1996—），性别女，民族汉，籍贯重庆。本科学历，研究方向地下工程施工，单位河北大学，所在河北省、保定市。（作者单位：河北大学建筑工程学院）