黃金峽到三河口段隧洞2 標(biāo)主隧洞開挖施工技術(shù)淺析

張閃閃，張海鵬

（陜西省引漢濟渭工程建設(shè)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(guān)系著施工的經(jīng)濟效益和企業(yè)的社會信譽。隧道屬于地下工程，由于地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)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(fēng)險、工期風(fēng)險和成本管控風(fēng)險。隧道施工的兩大關(guān)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(guān)鍵中的關(guān)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(yán)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(chǎn)生資源上的浪費，加大施工成本，造成利潤流失。

出現(xiàn)超欠挖的原因有主觀方面的，也有客觀方面的?？陀^方面的原因一種是地質(zhì)方面的，如節(jié)理裂隙嚴(yán)重、塌方偏幫頻繁、圍巖變形嚴(yán)重、地質(zhì)條件復(fù)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(yè)，炸藥量的多少、爆破參數(shù)的選定直接關(guān)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(shù)層面的和管理方面的，同時既有人為的因素在內(nèi)，也有機械設(shè)備的因素。

通過觀察和分析發(fā)現(xiàn)，隧道超欠挖的主觀原因主要有以下幾方面：一是技術(shù)人員責(zé)任心不強，對巖性判斷不準(zhǔn)確，交底不清；二是施工作業(yè)人員超欠挖意識淡薄，超欠挖的后果與他們關(guān)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(fù)測，沒有對開挖效果進行分析和評價，未對下一輪爆破參數(shù)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(shè)計不科學(xué)，間距、孔深、鉆孔數(shù)量以及裝藥量把握不準(zhǔn)確，周邊眼的間距、數(shù)量不符合要求，經(jīng)驗做法占據(jù)了主導(dǎo)；六是地質(zhì)條件復(fù)雜多變，未能根據(jù)實際爆破情況及時修正爆破參數(shù)等。本文以黃金峽到三河口段隧洞2 標(biāo)主隧洞為例，從爆破技術(shù)、安全管理以及進度和超欠挖指標(biāo)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(shè)計流量為70 m3/s，縱向比降1/2500，全線設(shè)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(tài)。黃金峽到三河口段工程分為兩個標(biāo)段，本文主要研究的黃金峽到三河口段隧洞2 標(biāo)主隧洞；樁號K7+929 到K16+481 段，總長8.5 km。在三洞交匯設(shè)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(lián)系通道。

黃三隧洞Ⅱ標(biāo)洞身圍巖以云母片巖為主，圍巖總體屬不穩(wěn)定的Ⅳ類圍巖和較穩(wěn)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(xù)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(shù)方案

鉆爆作業(yè)是施工中控制工期和開挖輪廓的關(guān)鍵。采用微差控制爆破技術(shù)，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(jù)圍巖情況不斷修正爆破參數(shù)，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(yù)留變形量為6 cm～8 cm，根據(jù)監(jiān)控量測和斷面復(fù)測結(jié)果及時調(diào)整。

2.1.1 鉆爆設(shè)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(tǒng)、塑料導(dǎo)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(shù)確定及起爆順序

微差爆破先、后起爆的炮孔之間存在復(fù)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(dǎo)爆索串裝藥結(jié)構(gòu)。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(shù)分別見表1～表4。鉆爆作業(yè)時,根據(jù)地質(zhì)條件及時修正爆破參數(shù)，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(shù)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(shù)表

2.1.5 裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)

裝藥量是爆破設(shè)計中非常重要的參數(shù)，裝藥量的大小直接關(guān)系到爆破效果的好壞、成本的高低和爆破的安全問題，應(yīng)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(nèi)，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(jié)構(gòu)可分為連續(xù)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(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。

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(zhì)量應(yīng)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(xiàn)場實際的地質(zhì)情況，制定切實可行的爆破設(shè)計方案，并通過爆破試驗加以驗證，在實施的過程中根據(jù)圍巖監(jiān)控量測的結(jié)果和超欠挖分析的數(shù)據(jù)及時修正爆破參數(shù)。其次，配備隧道斷面儀或在原有全站儀的基礎(chǔ)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(fù)測，會同技術(shù)人員和作業(yè)工班分析研判超欠挖數(shù)據(jù)，為后續(xù)的鉆孔、裝藥提供理論依據(jù)；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(shù)控制要點以及工期指標(biāo)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(jiān)督落實，確保安全質(zhì)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(biāo)控制在合理的范圍之內(nèi)。

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(guān)鍵的要素，任何一個出問題都會給企業(yè)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(shù)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(jīng)濟指標(biāo)直接掛鉤進行獎罰兌現(xiàn)，從而實現(xiàn)超欠挖控制最優(yōu)化目標(biāo)。

對于超欠挖控制，還要在施工合同上進行約定，制定嚴(yán)格的合同條款，明確雙方的責(zé)任、權(quán)利和義務(wù)。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(shè)計用量、實際用量和超耗率，讓工隊負責(zé)人和技術(shù)員能夠及時掌握節(jié)超情況，分析判斷超欠挖情況，及時調(diào)整施工參數(shù)；超欠挖臺帳由現(xiàn)場技術(shù)員來建立。引入激勵機制，根據(jù)現(xiàn)有的施工技術(shù)水平或者定額確定的技術(shù)水平制定合理地超挖界限，界限以內(nèi)的給予一定額度的獎勵，界限以外的除了承擔(dān)增加的損耗外，還要承擔(dān)一定額度的罰款，獎勵和罰款的金額由測算分析確定，并嚴(yán)格執(zhí)行。

2.3 客觀因素解決方案

與設(shè)計院建立上下聯(lián)動機制，及時將地質(zhì)塌方、圍巖變形監(jiān)控量測以及技術(shù)方案預(yù)控偏差納入設(shè)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(gòu)

組長：項目經(jīng)理；

副組長：總經(jīng)濟師，總工程師，安全總監(jiān)；

組員：工程管理部，安全質(zhì)量部，計劃合同部，設(shè)備物資部，財務(wù)勞資部，綜合辦公室，測量班，施工作業(yè)隊。

3.2 考核辦法

設(shè)四個考核項目，分別是超欠挖控制指標(biāo)、進度控制、技術(shù)質(zhì)量控制和施工安全控制。其中超欠挖控制指標(biāo)單獨考核，采取控制指標(biāo)和獎罰對應(yīng)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(quán)平均的辦法計算綜合考核得分率，作為最終考核結(jié)果的調(diào)整系數(shù)。安全和技術(shù)質(zhì)量的總分均為100 分，考核權(quán)重均為30%，進度控制的總分為120 分，考核權(quán)重均為30%。最終的考核結(jié)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(shù)。考核每月進行一次，考評小組每月對考評結(jié)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(xiàn)場測量人員和鉆爆工班。

3.4 考核兌現(xiàn)

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

4 結(jié)語

本文以隧道開挖為研究對象，從爆破技術(shù)、安全管理以及工期和超欠挖指標(biāo)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(yán)重的問題，利用隧道斷面儀或者通過在原有全站儀的基礎(chǔ)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(fù)測，及時修正下一輪爆破參數(shù)和施工進尺，有力地保證了隧道開挖質(zhì)量。在施工合同材料節(jié)超限定的條件下，引入了斷面復(fù)測和監(jiān)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(zhì)量，又降低了施工安全風(fēng)險，提升了隧道開挖施工技術(shù)水平，為今后的隧道開挖提供了寶貴的施工經(jīng)驗。