TBM掘进深埋长隧洞大坡度支洞安全性运输方案的制定方法

技术领域

本发明属于隧洞安全运输领域，具体涉及深埋长隧洞支洞安全运输方案，特别涉及隧道掘进机(简称TBM)施工时，大坡度施工支洞运输的危险源辨识评价和安全运输方案制定。

背景技术

在深埋长TBM隧洞设置中间施工支洞，分区段施工，是确保TBM高效掘进的重要措施。此措施可以缩短供电距离、出渣皮带长度、料物运输距离和通风距离，降低工程造价；也为采取各种有效措施争取工期创造了条件。

但是，车辆在支洞的运输效率将影响TBM的掘进效率。以往对隧洞的运输安全研究更多地集中于已建成隧洞的交通安全或施工主洞的运输调度，TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞的运输安全未见系统性报道，对施工作业危险性评价的方法也不具有针对性。

施工中的隧洞大坡度支洞往往面临着以下四个问题：1)运输调度更加频繁；2)隧洞内管道、设备占用一定隧洞面积；3)车辆在同一隧洞内会车情况频繁发生；4)隧洞底部排水导致路面光滑等突出问题。这些问题都会威胁车辆在大坡度支洞的运输安全，牵制TBM施工进度；严重时可能造成人员伤亡，大量财产损失。因此，大坡度施工支洞运输的危险源辨识评价和安全运输方案制定显得非常必要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一套TBM掘进深埋长隧洞大坡度支洞安全性运输方案的制定方法。该方法对TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞危险源辨识及评价，通过确定运输风险因素，并构建危险源评价模型，对危险源进行评价，再依据评价结果制定对应的运输方案，保障车辆在支洞的运输安全以及施工安全。

本发明提供的技术方案如下：

TBM掘进深埋长隧洞大坡度支洞安全性运输方案的制定方法，包括支洞危险源辨识、评价方法以及安全运输方案的制定，步骤如下：

(1)支洞危险源辨识

依据运输作业的危险特性、作业持续时间及可能发生事故的后果，确定辨识对象的危险研究的必要性；若有必要则进一步评价危险性；

(2)确定运输风险因素

分析并确定TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞运输风险因素；

(3)建立TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞重大危险源评价模型；

(4)根据危险源评价模型评价危险性等级，针对性制定危险源的预防措施；

(5)综合分析危险源在危险性等级中的权重，结合(4)中的预防措施制定TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞安全运输方案。

进一步，所述步骤(1)中危险性研究必要性的判断：

TBM掘进大坡度支洞运输，涉及洞挖施工(断面大于20m

进一步，所述步骤(2)中运输风险因素包括支洞坡度、车速、洞内最小能见度、路面最差状况和错车洞间距。

进一步，所述步骤(3)中危险源评价模型如下：

D＝SVMRN

式中，D为风险性大小值；S为坡度影响大小值，S＝100i，i为支洞坡度；V为车速(单位Km/h)的大小值；M为洞内最小能见度影响值，R为路面最差状况影响值，N为错车洞间距影响值。

进一步，所述洞内最小能见度影响值M的取值如下：

最小能见度≤10m，M＝10；10m＜最小能见度≤30m，M＝6；30m＜最小能见度≤50m，M＝3；50m＜最小能见度≤80m，M＝2；最小能见度＞80，M＝1。具体如表1所示：

表1最小能见度影响值M对照表

进一步，所述路面状况影响值R的取值如下：

以路面最差状况作为取值依据，

路面极不平整和/或非常湿滑，R＝10；路面很不平整和/或较湿滑，R＝5；路面不平整和/或湿滑，R＝3；路面较平整或较干燥，R＝2；路面平整且干燥，R＝1。具体如表2所示：

表2路面最差状况影响值R对照表

进一步，所述错车洞间距影响值N的取值如下：

错车洞间距＝支洞长，N＝5；错车洞间距＝1/2支洞长，N＝4；错车洞间距＝1/3支洞长，N＝3；错车洞间距＝1/4支洞长，N＝2；错车洞间距＝1/5支洞长，N＝1。具体如表3所示：

表3错车洞间距影响值N对照表

进一步，所述危险性等级划分以作业危险性大小D值作为标准，

D≤200，稍有危险，可以接受；200＜D≤1000，一般危险，需要注意；1000＜D≤3000，显著危险，需要整改；3000＜D≤7000，高度危险，需立即整改；D＞7000，极其危险，不能继续作业。具体如表4所示：

表4危险性等级划分标准

进一步，所述危险源的相应的预防措施具体如下：

若max{S,V,M,R,N}＝S，即坡度影响值在风险源中占主要权重，支洞坡度在施工过程中为不变的影响因素，此时可采取措施降低其余四个因素的影响；

若max{S,V,M,R,N}＝V，即车速大小在风险源中占主要权重，可采取限速；

若max{S,V,M,R,N}＝M，即洞内最小能见度在风险源中占主要权重，可改善隧洞的通风和照明情况；

若max{S,V,M,R,N}＝R，即路面最差状况在风险源中占主要权重，可严格限制车辆超载，改善路面状况，以提高车辆在支洞行驶的安全性；

若max{S,V,M,R,N}＝N，即错车洞间距在风险源中占主要权重，可增加错车洞间距。

进一步，

所述车辆限速措施包括：设置减速沙堆、碰撞缓冲墙和防撞轮胎；

所述增大能见度的措施包括：设置通风管、反光条和增设照明灯，增加洞内温度；

所述错车洞间距改善的措施包括：设置错车洞、掉头洞，并在洞口出入口和交叉口设置红绿灯和监控系统。

本发明的有益效果：

本发明基于TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞中运输作业存在的危险特性，分析并确定支洞运输风险因素，再基于风险因素建立危险源评价模型，继而评价危险性等级，并综合分析五种风险因素在危险性等级中的权重，制定针对性的预防措施。本方法通过建模量化了各风险因素的权重，能够科学地、客观地评价危险性等级，且综合了各因素的权重，可针对性地制定有效的预防措施，充分保证车辆运输的安全性，并提高施工效率。本发明提供了 TBM隧道支洞中运输作业中量化危险性的评价方法，提供一种安全评价和制定安全运输方案的新思路，填补了该领域的空白。

附图说明

为了更清楚地说明本发明提出的TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞安全运输方案，下面提供所需要使用的附图，包括：

图1是TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞安全运输方案制定的步骤；

图2是TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞安全措施布置纵断面图；

图3是TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞安全措施布置横断面图；

图4是TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞错车洞布置图。

图中，1-TBM隧洞主洞，2-主洞掘进方向，3-TBM隧洞支洞，4-支洞掘进方向，5-错车洞，6-减速沙堆，7-碰撞缓冲墙，8-红绿灯及车辆监控系统，9-防撞轮胎，10-车辆调头洞，11- 扩大洞，12-支洞道路，13-照明灯，14-供排水管，15-通风管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例

新疆某输水隧洞分段施工，其中TBM施工段总长32千米，最大埋深近2300米，支洞坡度10.4％，支洞全长2579米，存在典型的TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞运输作业。

安全运输方案的制备方法，具体步骤如图1所示：

S1：依据该项目TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞运输作业的危险特性、作业持续时间及可能发生事故的后果，确定辨识对象研究的必要性。TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞运输影响安全因素多，每天均需不定时地将人员和材料运输至主洞，运输作业时间长，无任何安全措施的情况下容易造成人员伤亡或大量财产损失。因此，有必要开展TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞车辆运输风险辨识及运输方案制定。

S2：综合施工现场的环境，分析TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞运输风险因素，主要有：支洞坡度、车速、洞内最小能见度、路面最差状况、错车洞间距。

S3：建立TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞重大危险源评价模型；具体模型如下：

D＝SVMRN

式中，D为风险性大小值；S为坡度影响大小值，S＝100i，i为支洞坡度；V为车速(单位Km/h)的大小值；M为洞内最小能见度影响值，R为路面最差状况影响值，N为错车洞间距影响值。

最小能见度影响值与TBM掘进深埋长隧洞的支洞最小能见度有关，宜按表5的参照值确定。

表5最小能见度影响值M对照表

路面最差状况影响值与路面的平整度、含水水情况有关，宜按表6的参照值确定。

表6路面最差状况影响值R对照表

错车洞间距影响值与支洞设置错车洞的间距有关，宜按表7参照值确定。

表7错车洞间距影响值N对照表

危险性等级划分以作业条件危险性大小D值作为标准，宜按表8的参照值确定。

表8危险性等级划分标准

若未采取措施时，五个危险源的取值分别为：S＝10.4，V＝15，M＝2，R＝3，N＝5。则计算危险性大小值D＝SVMRN＝4680，高度危险，需立即整改。

S4：基于评价模型计算结果确定危险性等级，制定在突出危险因素环境下施工的相应方案：

关于坡度危险的影响，支洞坡度经设计单位设计且进行可行性分析后给定，在设计前应综合分析大坡度带来的风险，实际施工过程中坡度是不改变的影响因素，此时可采取措施降低其余四个因素的影响；

车速对危险性等级存在影响，可采取限速，支洞段沿线每隔一定距离设置防撞墙等措施。防撞墙采用沙袋码制，车辆在紧急情况下，可向右侧设置的防撞墙剐蹭，通过增大车辆侧向摩擦力，以降低车速，降低车辆失速后的碰撞伤害和事故损失；

支洞内最小能见度显著影响了车辆在支洞段的运输安全。良好的通风和可靠的照明是提高隧洞能见度的先决条件，有必要增强支洞通风，增设照明灯和反光条等；有需要时也可采取人工降雨的方式，或不影响施工安全的情况下适当提高支洞段气温；

路面最差状况的恶劣程度威胁车辆在支洞的运输安全，因此需要严格限制车辆超载，安排专职人员不定时打扫路面可有效改善路面状况，提高车辆在支洞行驶的安全性；

为避免支洞段出现交通堵塞，在支洞段每隔一定距离设置错车洞，且在各错车洞口、支洞进口、主支洞交叉口等位置设置红绿灯或车辆监控系统，方便司机判断前方交通情况，提前做好避车和通行准备。

S5：综合分析五种危险源在危险性等级中的权重，考虑多种危险源存在的情况下制定TBM 掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞安全运输方案。在新疆某输水隧洞项目中，五种危险源的权重大小排序为V>S>N>R>M。为有效降低车辆运输风险等级，提高运输安全性，制定以下TBM 掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞安全运输方案(图2-图4)：

新疆某输水隧洞主洞1沿掘进方向2施工，与大坡度4的TBM支洞3在扩大洞11贯通。考虑到车速和支洞坡度是该项目支洞运输安全的重要影响因素，施工单位应对支洞运输车辆限速，且支洞段3沿线每隔一定距离设置减速沙堆6、碰撞缓冲墙7和防撞轮胎9等措施。

支洞内能见度显著影响了车辆在支洞段的运输安全。良好的通风和可靠的照明是提高隧洞能见度的先决条件，有必要设计大直径的通风管15以增强支洞通风，增设照明灯13等措施，提高支洞3的能见度，从而降低车辆运输的危险性。

支洞段路面状况应经常检查，安排专职人员不定时打扫路面12可有效改善路面12状况，同时应严禁运输车辆超载，保障路面平整度；为保障支洞3的路面12干燥，需在洞内设置供排水管14。

为避免支洞段出现交通堵塞，在支洞段每隔一定距离设置错车洞5，在主支洞交叉口位置设置车辆调头洞10，且在各错车洞口、主支洞交叉口等位置设置防撞轮胎9；在支洞进口处和主支洞交叉口等位置设置红绿灯及车辆监控系统8，方便司机判断前方交通情况，提前做好避车和通行准备。

实施步骤S5中的方案之后，该运输作业的各项危险源取值为：S＝10.4，V＝15，M＝1，R＝1， N＝1。则计算危险性大小值D＝SVMRN＝156，稍有危险，可以接受。即该方案的实施降低了 TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞运输的危险性等级。

本发明针对性地提出TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞运输危险辨识及评价方法，并提供安全运输方案，降低运输作业的危险性等级，可为TBM掘进深埋长隧洞大坡度施工支洞运输提供安全保障。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。