高原鐵路隧道鉆爆施工斷面成型控制“六要素”管理

張建昆

（中鐵五局集團設計研究院，湖南長沙410007)

1 概述

隧道鉆爆施工的超欠挖帶來的安全隱患和損耗損失巨大，斷面成型控制一直是施工企業著力解決的重要問題，被列為隧道三大控制即斷面控制、步距控制、時間控制之一。實踐中，先后總結出諸如人機料法環“五環”管理、“5M1E”管理等具有較大意義的管理經驗或做法，主要內容是相似的。但在一些項目的具體實踐中還存在著成效較低的情形，其主要原因在于，隧道斷面的成型控制要素管理往往分析不透徹、措施不具體、管控不全面，特別是針對不同環境地質狀況下的隧道工程，針對性相對不足。本文旨在通過對處于高海拔的敦（煌）格（爾木）鐵路賽什騰隧道鉆爆施工斷面成型控制的實踐，介紹“人機料法環資”即“六要素”管理的具體分析因素、針對性措施，闡述了其基本做法與經驗，旨在為類似工程提供進一步的思路與經驗參考。

2 工程概況

敦格鐵路塞什騰隧道位于青海、甘肅相鄰的塞什騰山中段，所在地區屬典型的高原大陸性荒漠氣候區，高寒缺氧、干旱溫涼、少雨多風、氣溫日差大、人煙稀少，有“四季不明、冬季漫長”的特點，年平均氣溫僅1.9℃，最冷月平均氣溫為-13.1℃，極端最低氣溫-34.2℃，年平均降水量82.6mm，年平均蒸發量1806.0mm；最大風速24.3m/s；最大積雪厚度15cm，最大凍結深度200cm。施工條件艱苦。隧道穿越區域海拔3150～3500m，地勢起伏較平緩，地表地形“U”型沖溝發育，最大埋深約230m。隧道地層巖性復雜，主要是洪積細角礫土、安山巖、片巖及斷層角礫巖等，受構造活動影響，節理裂隙發育，巖體破碎，局部呈碎砟狀，巖體完整性較差。

隧道起迄里程DK309+058～DK316+314，全長7256m，單線隧道。出口端747m位于R-2000m的曲線上，其它段為直線。隧道設計為單面下坡，縱坡分別為-3‰/492m、-12.3‰/5950m、-12‰/550m、-3.1‰/264m。全隧共分為進口、斜井、出口3個作業面按礦山法鉆爆組織施工。

3 斷面成型質量控制要因分析

3.1 鉆爆開挖現狀

塞什騰隧道自2013年4月開工，鉆爆開挖主要存在如下問題：

（1）綜合進度慢：除1～3月為冬休期外，其它各月綜合平均進度：正洞進口段開挖掘進僅46m/月，出口段開挖掘進僅54m/月，斜井月均開挖掘進72m，遠遠低于保證工期的Ⅲ級圍巖正洞100m/月、斜井190m/月，Ⅳ級圍巖正洞75m/月、斜井140m/月的指標要求。

（2）斷面輪廓差：拱部錯臺大，一般為30～50cm，各循環間銜接不順；松落坍穴最大達2.8m，周邊輪廓圓順度差；掌子面不平整，最大凹凸值達1.2m，嚴重影響下一循環鉆眼質量控制。因輪廓不順造成圍巖應力局部集中，塑性區擴大，易掉塊落石或小范圍溜坍，帶來多次安全隱患。

（3）線性超挖大：經出口段自DK315+900起近20個循環斷面測量抽查，拱墻線性超挖平均達26.5cm，最大達51 cm，工序質量效果整體較差。并給下步噴射砼工序、二襯施工等增大了工作量，使施工成本大大增加。

（4）工序管控弱：因工程所處西北高寒缺氧地區，自然環境惡劣，對人員機械效率和作業環境條件等的保證各要素管理提出了較高要求，但現場對鉆爆開挖關鍵工序質量的監控、質量保證措施不足，顧此失彼。

3.2 斷面成型質量控制要因分析

針對塞什騰隧道鉆爆開挖現狀，從“人機料法環資”6方面進行要因分析，詳見圖1。

圖1 斷面成型質量控制要因分析

通過以上分析，把握要因制定相應的措施，以便能更好地控制隧道周邊平均線性超(欠)挖值，實現隧道周邊輪廓的圓順、良好循環臺階搭接與掌子面平整即成型控制。

4 “六要素”管理

針對現場主要問題及要因分析，針對不同要素進行針對性對策管理。

4.1 人員要素管理

重點加強對管理人員的意識管理、技術測量人員的能力管理、現場領工人員與開挖工人的責任心管理等。詳見表1。

表1 人員要素問題及對策表

4.2 機械機具要素管理

重點加強:（1）對掌子面簡易開挖臺架的改造，控制開挖底面不平順，搞好與工人操作空間的適宜性。并配置制炮泥機、制水袋機，推廣運用“水壓爆破技術”，即在裝藥過程中，往炮眼中一定位置裝入專用設備加工成的“水袋”，然后利用炮泥堵塞炮眼的一種爆破技術。具體操作：周邊眼裝藥為底部先裝1個水袋，然后按照爆破設計裝藥，眼口裝入2個水袋，堵塞炮泥20cm；其他眼裝藥先在底部裝1個水袋，然后按照爆破設計藥量裝藥，再于眼口裝入2個水袋，堵塞炮泥60cm。（2）強化斷面的及時測量并反饋信息指導施工。詳見表2。

表2 機械機具要素問題及對策表

4.3 材料要素管理

主要保證保證鉆爆材料與現場的適應性，解決爆破中缺乏高段雷管、未采用?25mm小藥卷等問題。針對部分爆破用品質量問題強調嚴格進貨、驗收、檢驗等各環節。詳見表3。

表3 材料要素問題及對策表

4.4 方法要素管理

“法”要素是六要素中涵義較廣泛的要素，主要分技術、管理方法。技術方面主要有：及時預測預報前方圍巖、斷層破碎帶等狀況的綜合地質預報方法，針對不同圍巖級別需采用的適宜開挖工法，爆破設計調整優化掏槽方法、水壓爆破方法等；管理方面有：現場鉆眼精度與驗孔等工序質量控制方法等。

技術上，以提高鉆爆設計、提高操作工藝之“法”為重點，管理上以嚴格考核、兌現獎罰最關鍵！詳見表4。

4.5 環境要素管理

重點從高原地區隧道改善作業環境、識別地質水文與前方圍巖環境等方面入手。實踐中，為解決單線隧洞斷面較小、獨頭距離掘進較長從而作業環境較差問題，于洞頂淺埋段DK315+400、DK315+050附近增設了2個?300mm臨時通風豎井，利用其抽風效應，大大改善了洞內作業環境。

對隧道在DK310+000～+220、DK311+210～+450、DK314+050～+400穿越的F11、F12斷層破碎帶3個斷層，采用弱爆破、短進尺施工方案，加強超前地質預報和監控量測，遵循“管超前、嚴注漿、勤量測、及封閉、強支護、緊二襯”的施工工序，采取加大抵抗線W、減少藥量弱爆破、利用破碎圍巖的震動松落效應適當內移輪廓線、爆后及時找頂修整輪廓、及時噴砼等措施，確保斷面滿足凈空要求，確保施工安全。詳見表5。

4.6 資金要素管理

資金要素在高原高寒隧道施工工序中的作用顯而易見。以資金為手段，綜合加強QC活動開展、加強培訓、加強獎罰措施及保證工料機資源等方面，可強化工序質量控制。

實踐中，制定以控制平均線性超欠挖核心的分工序的質量卡控細則，標準為：Ⅱ級圍巖拱墻平均線性超挖不大于10cm，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖拱墻平均線性超挖不大于12cm，隧底及仰拱平均線性超挖不大于12cm。對應相應獎罰辦法、嚴格測算考核。詳見表6。

表4 方法要素問題及對策表

表5 環境要素影響及對策表

表6 資金要素問題及對策表

5 結語

（1）優化后，斷面成型效果顯著改善，拱墻線性超欠挖由以往的20～25cm降到12～15cm，炮眼痕跡率普遍達80%以上，各循環間錯臺小于15cm；平均每循環時間由以前的24.9h縮短至13.2h，平均日進尺由2.96m/d提高到5.97m/d，提高了109%；綜合月進度Ⅲ級圍巖正洞達175m/月、斜井達210m/月，超過了施組進度指標的要求，為確保工期打下了基礎。

（2）斷面成型控制需從技術和管理兩方面，從“人機料法環資”諸要素入手綜合管理。其中，加強人的責任心、強化鉆爆設計參數動態優化調整、提高工人現場操作技能、適應地質水文圍巖環境、改善操作空間與作業環境、滿足“六要素”資源的配置要求、并輔以嚴格的獎罰考核措施等尤為關鍵。

（3）斷面成型控制比常說的隧道光面爆破涵義更廣，更注重從整體輪廓測量放樣控制、周邊（含隧底）線性平均超挖、斷面數據的及時測量反饋、掌子面平整度、前方地質環境預測預報以及管理方面等加強各要素管理。

（4）隧道斷面成型控制給隧道施工的綜合效益帶來很大的影響，包括質量、安全、進度、效益、工序標準化等方面，是后續各工序質量、安全等控制的前提要件。加強斷面成型控制，是隧道工程施工的一項重要的、永恒的管理目標。

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