高原铁路隧道钻爆施工断面成型控制“六要素”管理

张建昆

（中铁五局集团设计研究院，湖南长沙410007)

1 概述

隧道钻爆施工的超欠挖带来的安全隐患和损耗损失巨大，断面成型控制一直是施工企业着力解决的重要问题，被列为隧道三大控制即断面控制、步距控制、时间控制之一。实践中，先后总结出诸如人机料法环“五环”管理、“5M1E”管理等具有较大意义的管理经验或做法，主要内容是相似的。但在一些项目的具体实践中还存在着成效较低的情形，其主要原因在于，隧道断面的成型控制要素管理往往分析不透彻、措施不具体、管控不全面，特别是针对不同环境地质状况下的隧道工程，针对性相对不足。本文旨在通过对处于高海拔的敦（煌）格（尔木）铁路赛什腾隧道钻爆施工断面成型控制的实践，介绍“人机料法环资”即“六要素”管理的具体分析因素、针对性措施，阐述了其基本做法与经验，旨在为类似工程提供进一步的思路与经验参考。

2 工程概况

敦格铁路塞什腾隧道位于青海、甘肃相邻的塞什腾山中段，所在地区属典型的高原大陆性荒漠气候区，高寒缺氧、干旱温凉、少雨多风、气温日差大、人烟稀少，有“四季不明、冬季漫长”的特点，年平均气温仅1.9℃，最冷月平均气温为-13.1℃，极端最低气温-34.2℃，年平均降水量82.6mm，年平均蒸发量1806.0mm；最大风速24.3m/s；最大积雪厚度15cm，最大冻结深度200cm。施工条件艰苦。隧道穿越区域海拔3150～3500m，地势起伏较平缓，地表地形“U”型冲沟发育，最大埋深约230m。隧道地层岩性复杂，主要是洪积细角砾土、安山岩、片岩及断层角砾岩等，受构造活动影响，节理裂隙发育，岩体破碎，局部呈碎砟状，岩体完整性较差。

隧道起迄里程DK309+058～DK316+314，全长7256m，单线隧道。出口端747m位于R-2000m的曲线上，其它段为直线。隧道设计为单面下坡，纵坡分别为-3‰/492m、-12.3‰/5950m、-12‰/550m、-3.1‰/264m。全隧共分为进口、斜井、出口3个作业面按矿山法钻爆组织施工。

3 断面成型质量控制要因分析

3.1 钻爆开挖现状

塞什腾隧道自2013年4月开工，钻爆开挖主要存在如下问题：

（1）综合进度慢：除1～3月为冬休期外，其它各月综合平均进度：正洞进口段开挖掘进仅46m/月，出口段开挖掘进仅54m/月，斜井月均开挖掘进72m，远远低于保证工期的Ⅲ级围岩正洞100m/月、斜井190m/月，Ⅳ级围岩正洞75m/月、斜井140m/月的指标要求。

（2）断面轮廓差：拱部错台大，一般为30～50cm，各循环间衔接不顺；松落坍穴最大达2.8m，周边轮廓圆顺度差；掌子面不平整，最大凹凸值达1.2m，严重影响下一循环钻眼质量控制。因轮廓不顺造成围岩应力局部集中，塑性区扩大，易掉块落石或小范围溜坍，带来多次安全隐患。

（3）线性超挖大：经出口段自DK315+900起近20个循环断面测量抽查，拱墙线性超挖平均达26.5cm，最大达51 cm，工序质量效果整体较差。并给下步喷射砼工序、二衬施工等增大了工作量，使施工成本大大增加。

（4）工序管控弱：因工程所处西北高寒缺氧地区，自然环境恶劣，对人员机械效率和作业环境条件等的保证各要素管理提出了较高要求，但现场对钻爆开挖关键工序质量的监控、质量保证措施不足，顾此失彼。

3.2 断面成型质量控制要因分析

针对塞什腾隧道钻爆开挖现状，从“人机料法环资”6方面进行要因分析，详见图1。

图1 断面成型质量控制要因分析

通过以上分析，把握要因制定相应的措施，以便能更好地控制隧道周边平均线性超(欠)挖值，实现隧道周边轮廓的圆顺、良好循环台阶搭接与掌子面平整即成型控制。

4 “六要素”管理

针对现场主要问题及要因分析，针对不同要素进行针对性对策管理。

4.1 人员要素管理

重点加强对管理人员的意识管理、技术测量人员的能力管理、现场领工人员与开挖工人的责任心管理等。详见表1。

表1 人员要素问题及对策表

4.2 机械机具要素管理

重点加强:（1）对掌子面简易开挖台架的改造，控制开挖底面不平顺，搞好与工人操作空间的适宜性。并配置制炮泥机、制水袋机，推广运用“水压爆破技术”，即在装药过程中，往炮眼中一定位置装入专用设备加工成的“水袋”，然后利用炮泥堵塞炮眼的一种爆破技术。具体操作：周边眼装药为底部先装1个水袋，然后按照爆破设计装药，眼口装入2个水袋，堵塞炮泥20cm；其他眼装药先在底部装1个水袋，然后按照爆破设计药量装药，再于眼口装入2个水袋，堵塞炮泥60cm。（2）强化断面的及时测量并反馈信息指导施工。详见表2。

表2 机械机具要素问题及对策表

4.3 材料要素管理

主要保证保证钻爆材料与现场的适应性，解决爆破中缺乏高段雷管、未采用∅25mm小药卷等问题。针对部分爆破用品质量问题强调严格进货、验收、检验等各环节。详见表3。

表3 材料要素问题及对策表

4.4 方法要素管理

“法”要素是六要素中涵义较广泛的要素，主要分技术、管理方法。技术方面主要有：及时预测预报前方围岩、断层破碎带等状况的综合地质预报方法，针对不同围岩级别需采用的适宜开挖工法，爆破设计调整优化掏槽方法、水压爆破方法等；管理方面有：现场钻眼精度与验孔等工序质量控制方法等。

技术上，以提高钻爆设计、提高操作工艺之“法”为重点，管理上以严格考核、兑现奖罚最关键！详见表4。

4.5 环境要素管理

重点从高原地区隧道改善作业环境、识别地质水文与前方围岩环境等方面入手。实践中，为解决单线隧洞断面较小、独头距离掘进较长从而作业环境较差问题，于洞顶浅埋段DK315+400、DK315+050附近增设了2个∅300mm临时通风竖井，利用其抽风效应，大大改善了洞内作业环境。

对隧道在DK310+000～+220、DK311+210～+450、DK314+050～+400穿越的F11、F12断层破碎带3个断层，采用弱爆破、短进尺施工方案，加强超前地质预报和监控量测，遵循“管超前、严注浆、勤量测、及封闭、强支护、紧二衬”的施工工序，采取加大抵抗线W、减少药量弱爆破、利用破碎围岩的震动松落效应适当内移轮廓线、爆后及时找顶修整轮廓、及时喷砼等措施，确保断面满足净空要求，确保施工安全。详见表5。

4.6 资金要素管理

资金要素在高原高寒隧道施工工序中的作用显而易见。以资金为手段，综合加强QC活动开展、加强培训、加强奖罚措施及保证工料机资源等方面，可强化工序质量控制。

实践中，制定以控制平均线性超欠挖核心的分工序的质量卡控细则，标准为：Ⅱ级围岩拱墙平均线性超挖不大于10cm，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩拱墙平均线性超挖不大于12cm，隧底及仰拱平均线性超挖不大于12cm。对应相应奖罚办法、严格测算考核。详见表6。

表4 方法要素问题及对策表

表5 环境要素影响及对策表

表6 资金要素问题及对策表

5 结语

（1）优化后，断面成型效果显著改善，拱墙线性超欠挖由以往的20～25cm降到12～15cm，炮眼痕迹率普遍达80%以上，各循环间错台小于15cm；平均每循环时间由以前的24.9h缩短至13.2h，平均日进尺由2.96m/d提高到5.97m/d，提高了109%；综合月进度Ⅲ级围岩正洞达175m/月、斜井达210m/月，超过了施组进度指标的要求，为确保工期打下了基础。

（2）断面成型控制需从技术和管理两方面，从“人机料法环资”诸要素入手综合管理。其中，加强人的责任心、强化钻爆设计参数动态优化调整、提高工人现场操作技能、适应地质水文围岩环境、改善操作空间与作业环境、满足“六要素”资源的配置要求、并辅以严格的奖罚考核措施等尤为关键。

（3）断面成型控制比常说的隧道光面爆破涵义更广，更注重从整体轮廓测量放样控制、周边（含隧底）线性平均超挖、断面数据的及时测量反馈、掌子面平整度、前方地质环境预测预报以及管理方面等加强各要素管理。

（4）隧道断面成型控制给隧道施工的综合效益带来很大的影响，包括质量、安全、进度、效益、工序标准化等方面，是后续各工序质量、安全等控制的前提要件。加强断面成型控制，是隧道工程施工的一项重要的、永恒的管理目标。

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

[2] 程光明.隧道爆破方案优化设计控制超欠挖的研究[D].重庆交通大学,2015.

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

[4] 旷远华.隧道围岩钻爆施工技术[J].交通建设与管理,2014(10):122-124.

[5] 车正伟.硬岩质隧道超欠挖对造价的影响及控制超欠挖的技术措施[J].交通标准化,2013(7).

[6] 刘胜东.超欠挖在山岭隧道施工中的重要意义[J].山西建筑,2011,37(8):163-164.