天山胜利隧道竖井施工安全管理研究

天山胜利隧道竖井施工安全管理研究

任  凯

中国交通建设股份有限公司总承包经营分公司

摘  要：本文以天山胜利隧道竖井施工为例，在面对复杂地质和恶劣环境相互交织相互叠加的风险，通过科学研判，综合评价，完善设计，完善管理和技术措施，对竖井施工安全管理的主要管控点进行阐述，确保了竖井施工安全，为同类竖井施工安全管理提供借鉴和参考。

关键词：天山胜利隧道；竖井施工；安全管理；

1 工程概况

G0711乌鲁木齐至尉犁段高速公路全长318.5公里，其中控制性工程为天山胜利隧道，隧道进口高程2770.2米，出口高程2900.2米，设计为分离式隧道，全长约22.1公里，工期6年，隧道车体最大埋藏深度约1112.6米。隧道采用4座竖井5段竖向通风方案，设4座通风井(4座8座)，井身9米至10.5米不等，最深处达702米。

G0711乌鲁木齐至尉犁段高速公路全长318.5km，其中控制性工程为天山胜利隧道，全长约22.1km，工期6年，设计为分离式隧道，隧道进口高程2770.2m，出口高程2900.2m，洞身最大埋深约1112.6m，隧道采用四竖井分五段纵向通风方案，设置通风竖井4处（4处8座井），井身9m-10.5m不等，最深竖井达702m。

2 竖井总体施工方法

修建临时截水沟同时进行竖井场地平整，然后组织3m锁口圈、井架基础、绞车稳车基础的施工。待井架基础、绞车稳车基础混凝土达到设计强度后进行绞车群、稳车群的安装。待竖井锁口圈施工完成后进行井架安装。井身施工至30m深度时，安装两层吊盘，利用吊盘安装封口盘。封口盘安装好后，提升、通风、排水、供水、运输、监控、信号通讯系统、地面出渣系统及压风、供电系统等具备正常运行条件、各种施工材料及劳动力配齐备足，正式开始井身施工。

井身掘进至马头门处采取超前加固，台阶法进行人工钻爆开挖，小型挖掘机配合小型自卸汽车及吊桶出渣，运至井外永久弃渣场，完成初期支护封闭成环。

马头门开挖完成后进行竖井联络风道及风机房的施工，采用浅眼弱爆破辅以人工风镐上下台阶开挖，CX60型小型挖掘机扒渣，50型装载机配合多功能四轮装载车装渣至吊桶内，采用提升设备出渣至井外。出渣完成后立即初期支护封闭成环，如此往复循环施工完整个联络风道及风机房。

马头门、联络通道及风机房初期支护施工完成后采用分瓣式机械一体化滑模、液压整体式钢模板平行作业自下而上进行竖井联络通道、风机房、井身二衬中隔板的施工。

3 施工安全风险分析

3.1 施工技术难度大、风险高

竖井施工工艺复杂、深度深、施工工作面小，特种设备集中。大部分施工设备需要利用井架或井壁悬挂，出渣、进料均为竖直运输，施工安全风险大。

2.2 地质条件复杂多变

竖井地质构造包括F6、F7断裂、背斜（B1）、中天山褶皱带以及复背斜等诸多不良地质构造，在一定程度上增加了施工风险性；另外，存在岩爆地质段，场地地震基本烈度为Ⅷ度，特征周期为0.45s，属于高地震烈度区。

2.3 地应力条件异常复杂

竖井位于天山腹地，地质应力环境复杂。一是超高的地层应力，容易发生岩爆；二是隧址区发育多种地质构造，构造应力分布不均，主应力的大小与方向往往变化很大，三维构造应力使得隧道构造受力更加复杂，设计中常规的受力分析无法满足结构可靠性的要求，对隧道设计和施工提出了更高要求。

2.4 自然条件恶劣

竖井井口海拔高，昼夜温差大，根据地勘报告，竖井井口地表为多年冻土，竖井区常年温度较低，低温缺氧的现场环境导致施工人员、掘进设备效率降低。施工中，修建施工便道，地形条件差，距离长。另外，沿线存在滑坡、崩塌、泥石流、风吹雪等各种地质灾害，给施工带来较大困难，影响施工便道的行车安全。

4.施工安全风险管控

4.1 动态管理措施

项目结合专项风险评估报告，优化了施工组织设计、细化了危大工程专项施工方案和应急预案。为深化风险管控，每月组织开展风险分析研判，制定预控措施，每班班前会将存在的风险和应对措施告知施工人员，并开展班前安全条件确认，确保安全生生产。

4.2 竖井监控量测

通过监控量测的数据收集与整理，从而获得最佳掘进速度。掌握围岩支护动态信息并及时反馈，指导施工作业。通过对围岩支护的变位应力量测，修改支护系统设计，分析各量测信息，确认或修改支护参数。断层破碎带等不良地质时充分发挥监控量测的作用，避免竖井坍塌。

4.3 超前地质预报

通过超前地质预报工作，可以进一步的查清重大的地质问题，及时掌握和反馈地质条件信息，调整竖井设计参数、防护措施，为优化竖井施工组织制定应急预案，为工程变更设计提供依据。结合竖井地质条件及不良地质体对施工的影响因素及风险等级，采用TSP隧道地震探测仪、地质雷达法（GPR）及超前地质钻探等不同的超前地质预报方法组合模式。

4.4 提升系统安全措施

井架、提升机、钢丝绳等凿井设备安装完成后，委托新疆通安矿山安全检测检验中心出具超声波探伤报告，确保凿井设备的稳定性和安全性。在施工过程中必须使用符合条件的设备和方法进行提升钢丝绳检验，检验周期必须符合要求。

立井施工期间，提升钢丝绳与吊桶的连接，采用矿山专用钩头装置。钢丝绳与钩头装置之间采用合金浇注或板卡连接时，钩头装置必须有保险装置，卸力装置应处于灵活状态。钩头装置每年应进行一次无损探伤试验。

立井提升罐笼(或箕斗)与提升钢丝绳的连接，采用楔形连接装置。每次更换钢丝绳时，必须对连接装置的主要受力部件进行探伤检验，楔形连接装置的累计使用期限单绳提升不得超过10年。

4.5 防坠安全措施

施工期间，必须建立健全井口各项管理制度，并设专人看管井口，经常清理封口盘上及井盖门上的杂物，保持井口周围卫生整洁，防止向井下坠物，保持井口周围正常生产秩序。封口盘必须保持严密，各吊挂管口必须有完好的折页盖，以免坠物伤人。

4.6 提放吊盘安全措施

提放吊盘时井下工作面停止作业，吊桶停止运行。上、下盘设专人看护，作业人员要将安全带系在吊盘柱上，井下当班掘进班长在吊盘上指挥作业，地面由机电段长指挥放盘作业。吊盘提放到位后，立即找正（对吊桶）、固定，吊桶空载运行两次，确认符合标准后，方准正常作业。放盘后，上、下盘各孔口必须关闭，吊盘距工作面要求不小于20m，不大于40m。

4.7 井口破碎带施工

加强超前地质预报，尽可能查清掌子面前方地质、岩性情况以及地下水赋水情况，尤其对可能存在的断层、构造带、沟谷段落等应进行长短地质超前预报相结合，利用红外探水、超前钻孔等方法对可能发生的涌突水进行预测预判，及时采取预注浆加固措施，确保施工安全可靠。

在施工过程中，加强地面沉降、锁口盘沉降、井壁收敛监测，当监测数据预警时，减少每循环开挖深度，并及时进行锚喷支护。作业人员随时观察井壁和支护结构的稳定状态，检查井壁有无明显裂纹、位移，当发现井壁有坍塌征兆时，立即撤至地面安全区域，待险情排除后方可下井作业。

4.8 通风管理及有害气体检测

必须指定人员负责维护管理局部通风机，保证其正常运转，不得停风。压入式局部通风机和启动装置，必须安装在新鲜风流中。风筒口到掘进工作面的距离不超过10m。定做5米短节风筒供吊盘至工作面使用，当爆破时拆除，爆破后立即恢复，正常施工风筒口距工作面距离必须符合上述要求。

预防工作面产生的有害气体对人体的危害，防止意外事故的发生，每班作业前需对工作面有害气体进行检测。每个竖井工作面配备2台复合式气体检测仪和1台瓦斯检测报警仪，经检测空气质量合格后，方可进行作业。

4.9 防坍塌措施

按设计做好喷锚支护、围岩监测和超前地质预报，对可能发生的地质现象，提前制定措施，并备齐措施中所需的设备、物资。遇有不良地质，立即采取切合实际、安全可靠的支护和超前防护措施，做到措施得力，反应迅速，决策果断，防止塌方，确保安全，避免施工受阻。井身施工预防坍方首先做好地质预报，选择相应的安全合理的施工方法和措施。

4.10 防突涌水措施

竖井在建井过程中应密切注意地下水的变化情况，发现水量较大时采取注浆止水措施；井口须做好防洪排水工程，能够快速疏通洪水，严防洪水倒灌，确保安全。井身在掘进过程中，严格坚持“有疑必探、先探后进、不探不进”的原则，时刻注意岩层的透水预兆，发现有岩层淋水或者淋水加大、岩层破碎、空气变冷等情况，必须进行探水。探水过程中，如有被水封住的有害气体突然涌出的可能，必须制定安全措施。

4.11 避灾线路

结合竖井施工工况，制定施工应急避灾线路如下。

(1)工作面（辅助盘）→吊桶→井口。即当工作面出现应急事故时，工作人员可在班、队长的指挥下通过信号联系，有序地经吊桶直接升井至井口安全地点。

(2)工作面（辅助盘）→软梯→吊盘→吊桶→井口。即当工作面出现应急事故时，工作人员可在班、队长的指挥下序从软梯升至吊盘，然后通过信号联系，经吊桶升井至井口安全地点。

(3)工作面(辅助盘)→软梯→吊盘→安全梯→井口。即当工作面出现应急事故时，工作人员可在班、队长的指挥下有序从软梯升至吊盘安全梯，然后通过信号联系，经安全梯升至井口安全地点。

图 竖井应急避灾线路图

4.12 高寒高海拔应对措施

竖井所在区域气候属典型的中温带大陆干旱性气候，高山寒冷带，终年积雪，冰川纵横，属于高寒高海拔地区，为此项目前期通过多方调研，对提升机房、空压机房、稳车房、拌和站、原材料存放区采取保温措施，确保施工区域温度在+5℃以上。采取降低劳动强度、设置保温及供氧措施应对气压低、含氧量低、寒冷、多风等恶劣环境来减少不利因素对人员的影响。

5 结语

通过天山胜利隧道竖井施工安全管理实践，通过充分调研和策划，从本质安全角度选取的关键技术和工艺，制定的施工安全风险管控措施具有可操作性，推进安全风险管控工作科学化、系统化、精细化，防范重大风险效果明显，对同类竖井施工安全管理具有借鉴意义。

作者简介：任凯（1989—），男，陕西西安人，本科，工程师，研究方向：公路工程施工安全管理和安全技术。