水利水电施工中洞室开挖施工安全技术分析

高 慧 (中国水利水电第三工程局有限公司 陕西 西安 710024)

水利水电施工中的洞室开挖是在地下进行,施工现场环境较差,空间较为密闭,开挖施工面临着坍塌、支护结构不稳、围岩松动、落石等诸多风险。在开挖施工作业过程中,还涉及大型机械作业、高空作业、特种作业等危险等级较高的施工项目,无疑不增加了洞室开挖的施工安全风险等级。此外,还存在着施工人员安全认识不够,安全管理制度完善程度较差、安全管理存在漏洞等问题,需要在实际的开挖施工过程中,加强安全技术的应用研究分析,不断提高安全技术应用水平,以保障洞室开挖施工的安全与施工的质效。

1 水利水电施工中洞室开挖施工安全存在的隐患

1.1 安全意识有待强化

水利水电洞室开挖施工是在地下进行的,有时会面临软弱岩层地质条件、较差的水文状况,开挖时会出现工作面坍塌、飞石、渗水等危险,施工现场危险系数较高。再加上现代水利水电工程施工规模较大,洞室开挖工程量增加,导致施工危险等级的提升。因此,施工人员施工安全意识和认识程度非常重要。从目前水利水电工程施工来看,部分施工人员对于施工安全认识不够,安全意识不强,安全护具佩戴不全,各项施工安全管理制度执行不到位,并且在洞室开挖过程中,施工安全技术应用操作不规范。这些问题的存在,埋下了洞室开挖施工的安全隐患。

1.2 安全管理存在瑕疵

水利水电工程安全管理是保障洞室开挖施工安全的前提,对整个洞室开挖施工实行全面、多维的安全管理,包括了施工环境安全、技术安全、人员安全、设备安全、制度安全等。涵盖洞室开挖施工前、施工中及施工后,采取全流程动态跟踪实时管控,维持施工现场的高安全管理水平,以杜绝施工安全事故的发生。但是在实际的安全管理过程中,受到人为主观意识、安全管理技术水平等多种因素影响,导致安全管理存在瑕疵,包括安全管理责任未落实到位,安全管理制度执行不严,各项安全防护设施、设备、防护用品等配备不够完善,甚至是存在设备故障,设施形同虚设等现象,从而难以完全保证洞室开挖施工的安全性。

1.3 安全隐患整治不到位

水利水电洞室开挖面临各种复杂的地质条件,像围岩强度不够、结构不稳定、软弱围岩、水体渗漏等,还涉及爆破作业、地下作业、高空作业等,都是洞室开挖施工过程中的危险因素,施工安全隐患过多,增加了洞室开挖的风险性。再加上施工人员安全意识薄弱,安全管理工作存在瑕疵,进一步增加了洞室开挖施工的安全风险等级。所以,在洞室开挖前和开挖过程中,需进行安全隐患的全面整治,采取安全技术、安全管理等手段逐一排除这些隐患。但是从洞室开挖施工实际来看,施工安全隐患整治不到位,主要表现在深层次的安全隐患方面,现场安全整治的深度不够,隐患排除不彻底,形成对施工安全的潜在威胁。

2 水利水电洞室开挖施工前的安全准备工作

在洞室正式开挖之前,要做好施工各项安全管理准备工作,为施工安全技术的应用奠定基础保障。主要包括施工人员安全教育、安全技术培训等工作,强化施工人员的安全意识。要做好施工设备的检修、维护,操作人员的安全管理等工作。要建立完善施工安全管理制度,并要求所有参与洞室施工人员熟知制度内容,在施工中贯彻执行,以保障洞室安全、顺利地开挖。

2.1 加强安全教育培训

在洞室开挖正式施工之前,参与施工的所有人员包括施工技术人员、施工人员、机械设备操作人员、施工现场管理人员等,都要进行系统性的安全教育、安全技术培训,强化所有人员的安全意识,使其熟知并掌握洞室开挖施工安全知识与技术,充分了解施工中的安全风险点,并施工中提高重视程度,从而建立洞室开挖施工的一道安全屏障,避免施工安全事故的发生。此外,针对特种作业人员,除了进行以上的教育培训之外,还需严格执行持证上岗制度,在上岗之前保持正常的精神状态、心理状况和身体健康,以避免施工中发生意外。要在施工现场明显位置悬挂安全施工标语,使用广播提醒注意施工安全,佩戴好安全防护措施,营造浓厚的施工安全文化氛围,增强全员对安全施工的认识。

2.2 做好施工机具准备

洞室开挖施工使用到的机械设备有掘进机、挖掘机、装载机、推土机、凿岩台车等。在施工准备阶段完成施工机具调度后,进行施工机具的检修与保养,确保施工机具使用安全。施工机具的操作人员需持证上岗,熟知机械操作规范,并且要经过机械设备安全操作考核后,才可进入洞室开挖现场。在施工现场,操作人员要听从现场管理人员的调度,规范化操作行为。操作人员在使用机械设备之前,要进行机械性能检查,确定无安全隐患后才可使用设备,以避免施工机具安全事件的发生。

2.3 完善安全管理制度

安全管理制度具有规范、约束施工行为的效用。在水利水电工程施工中,针对洞室开挖的高风险特征,专门建立一套完整的施工安全管理制度,以保障洞室开挖施工及人员的安全。一是强调安全法治,依据现行水利水电安全管理法规制度的规定,完善安全管理责任制,加强施工现场安全管理,落实安全管理主体责任,确保安全管理各项工作的落实到位。二是完善安全教育制度,所有参与施工人员必须熟知并遵守安全生产的各项要求,所有人员上岗之前必须经过教育培训,并且通过考核后才可正式上岗;特殊工种需经过专业技术培训,考核合格后需持证上岗。三是建立三级安全教育制度,落实入场教育、现场教育、岗位教育,明确洞室开挖中的危险点、安全技术操作规程以及实行严格的现场安全隐患排查制度,切实保障施工现场环境安全。

3 水利水电施工中洞室开挖施工安全技术分析

3.1 水电安全

一是施工用水安全。洞室开挖需要使用大量的水,使用引水管将地面水源引入洞室。在施工中产生的污水,使用反井钻机在施工现场导孔排至下平洞,将污水引入集水井进行处理,及时排除施工现场污水,保障现场开挖作业的安全有序进行。二是施工用电安全。现场用电有照明、机械设备、通风系统、排水系统等。将施工供电线路安装至洞室开挖施工现场,供电线路架设在洞壁上,洞室内部采用低压照明,独立使用照明线路,整个洞室每隔15m 设置一个照明点。施工机械设备电源根据洞室开挖施工进度,就近布设即可。洞室内部供电线路需以最简化为原则,由专门的电工负责管理与维护,保证施工用电的安全。

3.2 爆破安全

洞室开挖在遇到坚硬围岩时需采取爆破开挖手段,为了保证爆破开挖的安全,一是在爆破结束后,使用排风系统排出烟尘,并使用花管喷水,加快烟尘处理的速度;二是清理爆破面上的碎石残渣,避免掉落伤人;三是对井底棚架进行防护,然后扒渣人员从顶部向下作业,作业之前要注意个人防护及安全带的检查;四是如果导井中落入石渣,禁止人工清理,防止砸伤事件的发生。

3.3 土方暗挖安全

土方暗挖是施工安全技术应用的关键环节,需重点注意以下几个方面。一是做好施工组织工作,明确施工采用的安全技术,根据洞室开挖现场条件,进行施工工序的安排,然后进行人员、施工机械、施工材料等的调度,保证洞室的有序开挖。二是开挖前进行安全检查,包括洞室支护结构的安全性,开挖面的稳定性,尤其要注意洞室围岩的状况,确定有无过大位移、裂缝、松动等问题,确保环境安全。三是洞口施工安全,彻底清理洞脸,检查好挡渣墙、防护棚等施工质量,确保防护作用的有效。洞口还需进行超前支护,可根据洞口上边坡的稳定性,进行锚喷支护、混凝土支护的选用。四是土方暗挖整个施工过程,需遵循“管超前、强支护、快封闭、勤量测”等原则,以此保障土方暗挖施工的安全进行。五是注意洞室的通风换气,洞室土方暗挖施工现场环境较为密闭,要时时保证洞室内部氧气浓度,严格控制汽油发动机的使用,在开挖到达一定的深度后,需安装洞室内部通风系统,为洞室内部提供充足的新鲜空气。

3.4 斜、竖井开挖安全

竖井与斜井开挖存在着较大的安全隐患,在实际的开挖作业中,提前进行排水沟的规划设置,将洞室的地表水及时排出。斜、竖井井口应高出地面大约50cm,为了防止人员跌落,在井口周边设置高为1.5m 护栏与高40cm 的挡脚板,并设置明显的安全标志,提醒施工人员注意施工安全。在井底开挖期间,如果发现井筒不够牢固,需停止开挖作业,由施工技术人员、安全管理人员进行现场调查,并将问题反馈给设计单位,进行斜、竖井开挖施工方案的调整,防止开挖坍塌事故的发生。

3.5 石方暗挖安全

石方暗挖面临着悬石、浮石等掉落风险,洞口削坡应从交叉位置入手,在开挖施工中注意从上向下开挖,避免上下交叉施工作业,形成落石风险。在完成开挖作业后,进行开挖面碎石残渣清理,确定洞口无危险的情况下,开始进行洞室开挖,采取湿式钻孔推进开挖进度,施工风压＞0.5MPa,水压＞0.4MPa,以确保石方暗挖的效率和质量。另外,为了保证石方暗挖作业的安全,一边开挖一边进行洞室的支护,石方通常采用锚喷支护,并加快开挖洞室的封闭速度,保证洞室结构的安全,避免生产事故的发生。

4 水利水电洞室开挖施工安全风险及应对方案

4.1 落石、飞石安全风险

4.1.1 诱发危险的原因

一是支护、衬砌施工之后,开挖面、围岩结构松动,导致不稳固石块掉落,形成较高的砸伤风险;二是在开挖作业过程中扰动围岩结构,引起落石、飞石事件;三是施工人员操作不规范,安全意识薄弱,落石、飞石安全防护不到位,出现落石伤人现象。

4.1.2 应对方案

提升施工人员的安全意识。洞室开挖施工安全隐患受到人为因素的影响较大,并且是可以通过提前排查及时发现的隐患,所以提前制定应对方案,可有效避免施工安全事故的发生。首先进行施工现场安全教育,使施工人员具备发现隐患、识别危险的能力,当其在施工中发现风险后,可立即停止作业并上报,达到消除危险的目的,像是发现围岩裂缝,确定支护结构是否牢固,以及自身安全防护是否到位等。在洞室开挖过程中,随时关注围岩状态,切实做的勤测量、快封闭,当面对复杂地质条件时,进一步提高安全管理等级,对围岩进行检测,确定围岩结构稳定性是否满足施工安全的要求,并加强支护结构施工质量的控制,保证支护的安全。在开挖面爆破之后,会对洞室内的支护结构及围岩造成扰动,开挖之前确定整个洞室安全的情况下,进行支护结构必要的检查与维护。以及为了保证支护的安全性,针对地质条件不良的洞室开挖施工,需结合应用临时和永久支护结构,以提高支护的效果,保证洞室内部的安全。

4.2 冒顶、边墙滑脱安全风险

洞室开挖出现冒顶、边墙滑脱事故,对现场施工人员造成较大的安全威胁。在处理该事故中,首先要查清事故的原因,由施工技术人员、管理人员、设计人员、安全管理人员等,共同协商制定安全处理措施,保证事故处理的效果。其次,如果发生事故现场地下水活跃,需要先处理好地下水,然后再进行事故的治理,以避免事故的再次发生。再次,保持洞室安全通道的畅通,针对严重冒顶或边墙滑脱事故,首先要保证现场人员安全,然后再进行事故处理,并且要准备充足的施工材料与工具,为事故处理做好准备。最后,针对边墙滑脱先进行其他边墙的加固,然后再处理滑脱位置。

4.3 坍塌安全风险

坍塌是洞室开挖较为严重的安全事故,危险等级较高。在洞室开挖过程中,一旦发生坍塌事故,立即撤离现场人员,并启动应急预案。一是在坍塌结束后,在洞室稳定的情况下进行现场调研,确定坍塌事故产生的原因与坍塌的实际状况,如果坍塌面积较小,可进行坍塌周围岩土体的加固,同时进行支护作业,防止坍塌进一步的蔓延,引起大面积的坍塌事故。二是不可轻易清理坍塌位置,避免二次坍塌的发生,需要先进行坍塌位置的勘察,从引发坍塌的根源入手,保证坍塌治理的准确性,防止遗留下安全隐患。三是在坍塌安全事故处理时,严格遵循安全管理的各项要求,处置的同时要注意人员的安全,如果再次发生险情,应立即撤离,防止抢险人员发生意外。

结语

在水利水电施工中,洞室开挖的施工安全风险等级较高,地下开挖作业面临着复杂的地质条件、不同等级的围岩层,以及不良的地下水条件等,再加上施工人员安全意识不足,施工操作不规范等,形成洞室开挖施工的安全隐患。因此,在洞室开挖施工中,首先要做好施工前期的准备,奠定人员、制度、设备安全的基础,然后在洞室开挖过程中,加强安全技术的运用,保障施工现场的环境安全、作业安全、施工技术应用安全,创造良好的洞室开挖空间环境,最大限度地降低不安全事件发生的概率。