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(yè)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(huán)“五環(huán)”管理、“5M1E”管理等具有較大意義的管理經(jīng)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(huán)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(huán)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(jīng)驗，旨在為類似工程提供進一步的思路與經(jīng)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(qū)屬典型的高原大陸性荒漠氣候區(qū)，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(fā)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(qū)域海拔3150～3500m，地勢起伏較平緩，地表地形“U”型沖溝發(fā)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(jié)理裂隙發(fā)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(yè)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(xiàn)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(huán)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(huán)鉆眼質量控制。因輪廓不順造成圍巖應力局部集中，塑性區(qū)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(jīng)出口段自DK315+900起近20個循環(huán)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(qū)，自然環(huán)境惡劣，對人員機械效率和作業(yè)環(huán)境條件等的保證各要素管理提出了較高要求，但現(xiàn)場對鉆爆開挖關鍵工序質量的監(jiān)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(xiàn)狀，從“人機料法環(huán)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(xiàn)隧道周邊輪廓的圓順、良好循環(huán)臺階搭接與掌子面平整即成型控制。

4 “六要素”管理

針對現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(huán)節(jié)。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(yōu)化掏槽方法、水壓爆破方法等；管理方面有：現(xiàn)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(xiàn)獎罰最關鍵！詳見表4。

4.5 環(huán)境要素管理

重點從高原地區(qū)隧道改善作業(yè)環(huán)境、識別地質水文與前方圍巖環(huán)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(yè)環(huán)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(yè)環(huán)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(jiān)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(huán)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(yōu)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(huán)間錯臺小于15cm；平均每循環(huán)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(huán)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(shù)動態(tài)優(yōu)化調整、提高工人現(xiàn)場操作技能、適應地質水文圍巖環(huán)境、改善操作空間與作業(yè)環(huán)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(shù)據(jù)的及時測量反饋、掌子面平整度、前方地質環(huán)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(xù)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。

[1] 楊柳，等.隧道超欠挖原因分析及控制措施[J].價值工程,2017,36(32):170-171.

[2] 程光明.隧道爆破方案優(yōu)化設計控制超欠挖的研究[D].重慶交通大學,2015.

[3] 李亞東.隧道超欠挖原因及有效控制策略[J].科技風,2015(6):181-182.

[4] 曠遠華.隧道圍巖鉆爆施工技術[J].交通建設與管理,2014(10):122-124.

[5] 車正偉.硬巖質隧道超欠挖對造價的影響及控制超欠挖的技術措施[J].交通標準化,2013(7).

[6] 劉勝東.超欠挖在山嶺隧道施工中的重要意義[J].山西建筑,2011,37(8):163-164.