高鐵隧道施工中安全風險控制策略

鄧趙飛

（中鐵建大橋工程局集團第三有限公司，天津 300300）

1 工程概況

張吉懷鐵路巖背隧道位于湖南省懷化市鶴城區盈口鄉境內，進口位于鶴城區盈口鄉茄子村附近，出口位于鶴城區盈口鄉牛頭山村附近，隧道全長1250m，其中Ⅴ級圍巖420m，Ⅳ級圍巖830m，設計時速350km/h 單洞雙線隧道，最大埋深約73m，全隧為4‰上坡。

2 光面爆破施工技術

2.1 鉆爆設計

（1）設計原則：①在確保可以使爆破效果達到預期的條件下，盡可能減少炮眼個數及裝藥量；②縮短爆破時間，節約爆破所需費用；③因巖背隧道圍巖大多為軟弱圍巖，其具備裂隙較多的特點，因此應嚴格控制裝藥量，避免錯誤的產生。

（2）周邊眼之間的距離E 為50cm，裝藥量為1 節170g 底藥、3 節80g，等距離裝填，單孔裝藥量為0.36kg。

（3）助眼與周邊眼抵抗線W 為70cm，輔助眼之間距離在85～100cm 范圍內，裝藥量為3 節350g，單孔裝藥量1kg。

（4）檢查相對距離E/W=0.85，周邊眼裝藥集中度q=0.36/3=0.12kg/m，與軟弱圍巖要求相吻合。

2.2 放樣布眼

將開挖面的中心線和大致輪廓使用紅鉛油精準規劃，繼而確定炮眼的位置，另外炮眼誤差必須精確到誤差4cm 范圍內。

2.3 定位鉆孔

（1）在炮眼位置要嚴格按照規定鉆孔作業，鉆桿設置到與隧道軸線平行的狀態，周邊炮眼必須保持水平鉆孔。

（2）防止出現打穿炮眼或者交叉的問題，每個炮眼的深度和間距都要掏槽眼測量控制，槽眼眼口之間的距離必須控制到誤差4cm 范圍內，周邊炮眼口間的距離也要控制在5cm 范圍內，底眼位置離開挖的輪廓線距離不能超過14cm。

2.4 裝藥

進行裝藥操作前，必須使用高壓風將炮孔清潔干凈，將起爆藥卷按照規定加工好，放置在合適的位置，從而保障裝藥流程順利開展。同時，周邊眼采取間隔裝藥辦法，其他炮眼采取連續裝藥辦法配合反向裝藥結構。裝藥操作應該分區域、分組別開展，嚴格按照相關標準開展壓實，堵塞炮泥等操作[1]。

2.5 周邊眼裝藥

（1）剖切直徑33mmPVC 管就是在PVC 管道兩端畫兩條均分線，用角磨機均勻切割成兩半，之后再用木工圓盤鋸切割。

（2）導爆索截割是根據隧道炮孔深度來確定導爆索長度，至少要超過孔深35cm。

（3）切割藥卷是剖切300g 乳化炸藥卷，1 根150g 底藥段，75g藥段3 根，根據實際情況隨時調整。

（4）底藥150g、75g 藥卷3 根按照順序從剖切好的PVC 管底部間隔75cm 與導爆索一起捆扎，按照實際進行調整。

（5）上述工作完成后，將與PVC 管捆扎好的藥包裝入炮孔內，同時PVC 管光面方向一定要靠保留巖體方向；最后將各個炮孔導爆索用主導爆索以T 型方式搭接，并用2 發最高段位雷管起爆。

2.6 爆破工作

起爆網絡應設置為復式網絡，確保爆破工作的安全性和準確性。不僅如此，連接時應格外注意，避免導爆管打結、拉細等不良效果的產生，各個炮眼雷管的連接次數應一致，引爆后必須用黑膠布在導爆管自由端上端10cm 處進行包扎，連接好起爆網絡后，應反復派專人檢查其連接是否穩定，盡可能排除安全隱患。

3 孔位及裝藥調整

如果孔位以及裝藥受周圍地理結構影響要做出位移，施工人員不能自行調整，調整工作必須由專業技術人員根據實際情況做出合理調整。孔位以及裝藥調整對軟弱圍巖有很大的影響，防止爆破時造成隧道圍巖松動變化，爆破時就要根據圍巖斷層或者夾層對其爆破參數及時進行調整。

（1）周邊眼間距設置：設置多個周邊眼，間距范圍控制在25～35cm。

（2）調整周邊眼裝藥量：使用90g 左右的底藥，剩余部分使用50g 均勻裝藥，同時根據實際效果，對線性裝藥量進行合理調整。

（3）調整輔助眼：根據爆破效果，適當縮短周邊眼和輔助眼間距，控制輔助眼裝藥量在390g 左右。

4 高鐵隧道施工安全的影響原因與控制方法

為確保爆破工作安全穩定完成，施工人員必須提前做好地質分析報告、支護和排水等工作，從而提高富水軟弱巖體的穩定性及爆破施工安全性。

4.1 超前地質預報

超前地質預報具體就是將施工位置周圍的巖體結構、狀態、排水等情況，還有地應力等相關地質信息進行搜集整理，為之后的施工提供數據信息，促進施工穩定進行。為提高爆破安全性，在為富水軟弱圍巖的隧道，就使用了TSP 地質預報系統、紅外探水技術、超前地質鉆孔、加深炮孔等措施，將施工前方的巖體條件和含水構造信息進行采集整理。

4.1.1 TSP 超前地質預報

（1）將小爆破發出的地震波通過隧道以球面波的方式進行傳播后，地震波不同的速度在各個巖層中傳播反射，反射的信號由精準度高的接收器收集。

（2）通過先進的互聯網技術對接受到的信息進行分析整理，從而得出前方巖層性質、結構、軟弱巖層和含水情況等。

（3）完成上述步驟后，計算機就可以顯示出各類型圍巖構造界面與隧道軸線相交所呈現的角度和掌子面的距離，從而分析出不良圍巖段的性質，大致判斷出巖石的彈性模量、密度、泊松比等參數作為參考。

4.1.2 紅外探水

紅外輻射場的形成是由于巖層分子和晶體格振動，不停向外輻射電磁波形成的。紅外輻射場數值的變化就直接反應出前方是否存在地質異常體。如果前方存在隱伏的異常體時，地質異常體產生的輻射場覆蓋正常輻射場，從而導致正常輻射場發生變化。也就說，紅外探測就是根據探測儀測量掌子面前方紅外輻射場的異常，對前方的地質條件預測。

紅外探水的工作過程具體為：①在掌子面后方的探測段起點設置測點，每個測點距離在5m 左右，采用紅外線探水儀量測各測點的初始場強；②反復測量場強發生變化的測點，并作橫向、垂向掃描，對于測點場強的極大和極小值收集整理；③通過坐標方式繪制紅外探測曲線圖，縱坐標為紅外輻射場強，橫坐標為測點；④根據曲線圖，采用趨勢外推法，判斷掌子面前方的含水體構造。

4.1.3 超前地質鉆孔及加深炮孔

巖芯需要使用沖擊鉆和回轉給進裝置采取，要嚴格控制要控制直徑；活動斷裂帶超前探測長度控制在90cm 左右，剩余的斷裂帶超前探測長度控制到50cm 左右。另外，搭接長度控制在15cm 左右。

4.2 超前支護及治水

4.2.1 超前支護

對于超前地質預報的破碎位置，使用超前管棚支護和超前小導管的超前支護措施，進一步提高軟弱圍巖的穩定性。超前管棚就是使用水平地址鉆機鉆孔，通過設置灌注漿孔，采用高壓注漿的方式完成超前支護。由于超前小導管也是用手持風鉆鉆孔，可使用小導管來協助完成注漿泵注漿；同時，超前小導管尾部一定要和鋼架焊接牢固，這可以合理控制小導管數量和間距。

4.2.2 治水措施

巖屋沖一號隧道是軟弱圍巖，水利多存在于地表，需要采取合理的排堵治水措施，降低水對圍巖造成的影響。采取控制排放、做好堵水的方式對有中等富水性和強富水的斷層及影響帶地段進行治理，剩余地段則需要因地制宜，主要做好排水工作，和其他方式相結合的治理原則。

針對此，截流是治理地表水常用的方式，在距離開挖線6cm位置設置截水溝，讓地表水遠離洞口，防止之后地表水將大量植被沖到洞口，造成洞口堵塞，對隧道洞口穩定性造成威脅。地下水則是采用堵水的治理方式，根據施工的地質超前預報情況，通過注漿來提高軟弱巖體的穩定性、封堵地下水。注漿的目的不同，注漿方式也會產生差異，例如在容易涌水的位置使用超前周邊注漿，防止地下水涌出。

對于斷層破碎帶也是用局部注漿的方式，對隧道周圍采用小導管法進行注漿，防止巖層四周出現坍塌。另外注漿后巖面出現漏水、注漿盲區則需要徑向注漿，使用小導管進行補充注漿。巖屋沖一號隧道是軟弱圍巖，水利多存在于地表，需要采取合理的排堵治水措施，降低水對圍巖造成的影響。采取控制排放、做好堵水的方式對有中等富水性和強富水的斷層及影響帶地段進行治理，剩余地段則需要因地制宜，主要做好排水工作，和其他方式相結合的治理原則。

4.3 施工安全

（1）在挖掘隧道全過程當中，相關人員必須時刻將安全放在首位，采取一切措施預防危險事故的發生。

（2）具體操作人員必須佩戴好防護器具，在爆破過程中應安排專業的安全員指揮全局，在爆破現場附近安排相關人員把守，設置警戒標志，爆破前發出信號，待所有人員撤離到安全范圍內才可以開始爆破。

（3）爆破結束后應該派遣專人檢查爆破現場，確認現場安全后才能繼續施工。

（4）負責爆破的人員必須具備很強的責任心及高超的專業技能，要具備細心、嚴謹的性格特點，還應熟悉爆破流程，受過專業培訓并已獲得有效證件。若出現啞炮等未知性強的現象，應交由專業技術人員處理，不能擅自主張處理事故。

5 結語

綜上所述，挖掘隧道過程中，相關人員借助科學的鉆爆設計以及靈活調整，控制技術人員鉆孔程度、裝藥量、起爆方式、裝藥量等具體參數，這樣一來在爆破石質軟弱圍巖時也可得到較好的光爆效果，借助上文敘述的施工策略及安全保護措施，該工程的施工階段未出現塌方等安全事故，在工期范圍內完成隧道建設。