黃金峽到三河口段隧洞2 標主隧洞開挖施工技術淺析

張閃閃，張海鵬

（陜西省引漢濟渭工程建設有限公司，陜西 西安 710010）

爆破開挖是隧道工程施工中最重要也最常用的一道工序，爆破開挖控制的好壞直接關系著施工的經濟效益和企業的社會信譽。隧道屬于地下工程，由于地質構造的復雜性、施工的隱蔽性以及施工周期較長的緣故，存在較大的安全風險、工期風險和成本管控風險。隧道施工的兩大關鍵要點：一是成本控制，即隧道的超欠挖控制；二是安全管控。這兩個方面是隧道施工關鍵中的關鍵，如果這兩個方面管控到位了，就基本不會有什么大的問題。隧道超挖嚴重，不但會引起資源投入的增加，而且還會增加后期支護混凝土的損耗，產生資源上的浪費，加大施工成本，造成利潤流失。

出現超欠挖的原因有主觀方面的，也有客觀方面的。客觀方面的原因一種是地質方面的，如節理裂隙嚴重、塌方偏幫頻繁、圍巖變形嚴重、地質條件復雜多變等，另外一種是施工方法方面的，隧道開挖輪廓的形成需實施爆破作業，炸藥量的多少、爆破參數的選定直接關系到爆破斷面的效果。主觀方面的原因主要是主動控制不到位，包括技術層面的和管理方面的，同時既有人為的因素在內，也有機械設備的因素。

通過觀察和分析發現，隧道超欠挖的主觀原因主要有以下幾方面：一是技術人員責任心不強，對巖性判斷不準確，交底不清；二是施工作業人員超欠挖意識淡薄，超欠挖的后果與他們關系不大，沒有考核，沒有約束力；三是排險完成后，沒有及時進行復測，沒有對開挖效果進行分析和評價，未對下一輪爆破參數進行修正；四是施工隊伍為了加快施工進度，減少工作量，通過少鉆孔、長進尺、加大炸藥量的方案實施爆破；五是制定的爆破設計不科學，間距、孔深、鉆孔數量以及裝藥量把握不準確，周邊眼的間距、數量不符合要求，經驗做法占據了主導；六是地質條件復雜多變，未能根據實際爆破情況及時修正爆破參數等。本文以黃金峽到三河口段隧洞2 標主隧洞為例，從爆破技術、安全管理以及進度和超欠挖指標控制四個方面對隧道開挖進行研究。

1 工程概況

秦嶺輸水隧洞黃金峽到三河口段工程起點為黃金峽水庫，終點為秦嶺輸水隧洞越秦嶺段進口處的控制閘三洞交匯處，全長16.48 km，設計流量為70 m3/s，縱向比降1/2500，全線設制施工期支隧道4 條，全長2.3km，全部使用鉆爆法施工法，主隧洞斷面形狀為6.7 m×6.7 m 的馬蹄型形態。黃金峽到三河口段工程分為兩個標段，本文主要研究的黃金峽到三河口段隧洞2 標主隧洞；樁號K7+929 到K16+481 段，總長8.5 km。在三洞交匯設置控制閘室，位于隧洞尾部，分別連接黃金峽到三河口段隧洞、越秦嶺段隧洞與三河口水利樞紐連接洞，交通洞是控制閘室對外聯系通道。

黃三隧洞Ⅱ標洞身圍巖以云母片巖為主，圍巖總體屬不穩定的Ⅳ類圍巖和較穩定的Ⅲ類圍巖，局部斷層及破碎帶為Ⅴ類圍巖。隧洞位于地下水位以下，賦存殼狀、層狀基巖裂隙水，連續性較差，主要接受大氣降水補給。

2 隧道超欠挖控制采取的措施及方法

2.1 施工工藝和技術方案

鉆爆作業是施工中控制工期和開挖輪廓的關鍵。采用微差控制爆破技術，實施全斷面光面爆破可以借助圍巖的自承能力，減輕對圍巖的振動破壞，根據圍巖情況不斷修正爆破參數，達到最佳爆破效果，形成美觀光滑的開挖斷面。按照要求考慮預留變形量為6 cm～8 cm，根據監控量測和斷面復測結果及時調整。

2.1.1 鉆爆設計原則

①炮孔的分布要適宜機械鉆孔。

②提高炸藥能量利用率，減少炸藥使用量。

③減少對圍巖的破壞，周邊采用光面爆破，控制好開挖輪廓。

④安排好起爆順序，提高爆破效果。

⑤保證安全，提高掘進速度，縮短工期。

2.1.2 爆破器材選用

采用毫秒雷管起爆系統、塑料導爆管，毫秒雷管采用1～13段別毫秒雷管，引爆采用電雷管。炸藥采用乳化炸藥，選用φ32為掘進眼，使用藥卷間隔裝藥方式。

2.1.3 炮眼布置

Ⅳ、Ⅴ類圍巖全斷面爆破采用雙中孔直眼掏槽，炮眼布置見圖1。Ⅱ、Ⅲ類圍巖開挖采用斜眼楔形掏槽，炮眼布置見圖2。

圖1 Ⅳ、Ⅴ類圍巖掘進斷面圖

圖2 Ⅱ、Ⅲ類圍巖巖掘進斷面圖

2.1.4 爆破參數確定及起爆順序

微差爆破先、后起爆的炮孔之間存在復雜的相互作用，為了減輕爆破時對圍巖的擾動，周邊眼采用φ32 直徑光爆藥卷，并采用導爆索串裝藥結構。Ⅳ、Ⅴ類圍巖周邊眼間距E=55 cm，最小抵抗線W=80 cm，相對距離E/W=0.80，周邊眼裝藥集中度0.30 kg/m。Ⅱ、Ⅲ類圍巖周邊眼間距E=40 cm，最小抵抗線W=56 cm，相對距離E/W=0.80，周邊眼裝藥集中度0.30 kg/m。爆破參數分別見表1～表4。鉆爆作業時,根據地質條件及時修正爆破參數，以便達到最佳爆破效果。

表1 Ⅳ、Ⅴ圍巖鉆爆炸藥分配表

表2 Ⅳ、Ⅴ類圍巖全斷面開挖爆破參數表

表3 Ⅱ、Ⅲ類圍巖鉆爆炸藥分配表

表4 Ⅱ、Ⅲ類圍巖開挖爆破參數表

2.1.5 裝藥量及裝藥結構

裝藥量是爆破設計中非常重要的參數，裝藥量的大小直接關系到爆破效果的好壞、成本的高低和爆破的安全問題，應慎重、合理地確定裝藥量。在完全相同的爆破條件下，爆破所消耗的能量（即裝藥量）總是與爆破的巖石體積成正比，即在一定限度內，裝藥量越大，爆落下來的體積就越多，反之則少，這就是裝藥量計算的基本原理。

裝藥量計算的體積公式：

式中：Q 為裝藥量，kg；k 為爆破每立方米原巖所需要的裝藥量，即單位炸藥消耗量，簡稱單耗kg/m3；V 為爆破巖石的體積，m3。

按裝藥集中情況，裝藥結構可分為連續裝藥和分段裝藥，按耦合情況可分為耦合裝藥和不耦合裝藥，為了獲得良好的光面爆破效果，一般采取不耦合連續裝藥結構。

堵塞的作用是將炮孔或藥室與大氣的通道用堵塞材料（炮泥）封閉，以達到提高爆炸能量利用率，改善爆破效果目的。良好的堵塞質量應具備適宜的堵塞材料（炮泥）、合理的堵塞長度和密實的堵塞效果。

2.2 施工組織管理

首先，針對圍巖類別及現場實際的地質情況，制定切實可行的爆破設計方案，并通過爆破試驗加以驗證，在實施的過程中根據圍巖監控量測的結果和超欠挖分析的數據及時修正爆破參數。其次，配備隧道斷面儀或在原有全站儀的基礎上加裝隧道斷面測量軟件，安排測量人員及時對開挖后斷面進行復測，會同技術人員和作業工班分析研判超欠挖數據，為后續的鉆孔、裝藥提供理論依據；再次，制定隧道開挖施工考核管理辦法，將超欠挖控制和安全、技術控制要點以及工期指標納入考核范圍，將施工管理核心要素貫穿到施工過程中進行考核評價和監督落實，確保安全質量、工期和施工成本受控；最后，建立有效地信息溝通機制，通過建立微信群及時反饋超欠挖情況，運用PDCA 工作原理，分析、解決過程中存在的問題和疑難雜癥，將超欠挖指標控制在合理的范圍之內。

由于隧道開挖的特殊性，一旦超挖就無法彌補，就必然會形成損失，造成成本增加，同樣工程進度和施工安全也是兩個非常關鍵的要素，任何一個出問題都會給企業的效益和信譽造成損失。制定隧道開挖考核管理辦法，將工程進度、安全管理、技術工藝和超欠挖納入考核范圍，形成“四位一體”的考核機制。按照獎罰分明的原則，將超欠挖情況與經濟指標直接掛鉤進行獎罰兌現，從而實現超欠挖控制最優化目標。

對于超欠挖控制，還要在施工合同上進行約定，制定嚴格的合同條款，明確雙方的責任、權利和義務。對超欠挖控制情況建立專門的臺賬，記錄每次噴射混凝土的設計用量、實際用量和超耗率，讓工隊負責人和技術員能夠及時掌握節超情況，分析判斷超欠挖情況，及時調整施工參數；超欠挖臺帳由現場技術員來建立。引入激勵機制，根據現有的施工技術水平或者定額確定的技術水平制定合理地超挖界限，界限以內的給予一定額度的獎勵，界限以外的除了承擔增加的損耗外，還要承擔一定額度的罰款，獎勵和罰款的金額由測算分析確定，并嚴格執行。

2.3 客觀因素解決方案

與設計院建立上下聯動機制，及時將地質塌方、圍巖變形監控量測以及技術方案預控偏差納入設計變更管理，及時增補虧損的工程量。

3 隧道開挖施工考核管理辦法

3.1 組織機構

組長：項目經理；

副組長：總經濟師，總工程師，安全總監；

組員：工程管理部，安全質量部，計劃合同部，設備物資部，財務勞資部，綜合辦公室，測量班，施工作業隊。

3.2 考核辦法

設四個考核項目，分別是超欠挖控制指標、進度控制、技術質量控制和施工安全控制。其中超欠挖控制指標單獨考核，采取控制指標和獎罰對應的考核機制；后三項考核項目采取施工控制項目賦分的考核機制，采取加權平均的辦法計算綜合考核得分率，作為最終考核結果的調整系數。安全和技術質量的總分均為100 分，考核權重均為30%，進度控制的總分為120 分，考核權重均為30%。最終的考核結果：獎勵金額為超欠挖控制獎勵金額乘以綜合考核得分率；處罰金額為超欠挖控制罰款金額乘以綜合考核得分率的倒數。考核每月進行一次，考評小組每月對考評結果進行評價和分析，及時進行糾偏。

3.3 考核人員及范圍

從具備正常施工條件后算起，以每個工作面為單位進行考核，考核人員為現場測量人員和鉆爆工班。

3.4 考核兌現

考核基金由兩部分構成，50%由施工隊承擔，另外50%由項目部承擔。獎罰結果由鉆爆工班造表，經工隊和項目部共同審核后，由項目部按月獎罰兌現至個人，提高測量人員和作業人員的積極性和主動性。

4 結語

本文以隧道開挖為研究對象，從爆破技術、安全管理以及工期和超欠挖指標控制四個方面進行了闡述，并制定了隧道開挖考核管理辦法，建立了“四位一體”的考核機制。運用PDCA的工作原理克服了隧道超挖嚴重的問題，利用隧道斷面儀或者通過在原有全站儀的基礎上加裝隧道斷面測量軟件的辦法對開挖后的輪廓面及時進行復測，及時修正下一輪爆破參數和施工進尺，有力地保證了隧道開挖質量。在施工合同材料節超限定的條件下，引入了斷面復測和監督考核機制，細化了工作分工，強化了施工管理，既保證了斷面開挖質量，又降低了施工安全風險，提升了隧道開挖施工技術水平，為今后的隧道開挖提供了寶貴的施工經驗。