曹 艷 龍

(山西交通控股集團(tuán)有限公司呂梁北高速公路分公司，山西 呂梁 033100)

在隧道開挖中，選擇適宜的洞體開挖方法，確保洞體圍巖穩(wěn)定，是保證隧道洞體開挖質(zhì)量和安全的關(guān)鍵。在施工過(guò)程中，洞體跨度較大時(shí)，周邊圍巖易出現(xiàn)大范圍的塑性化和變形，拱腳和墻腳處應(yīng)力嚴(yán)重集中，隧道拱頂更不穩(wěn)定。合理選擇洞體開挖方法，充分利用圍巖自穩(wěn)性，與支護(hù)條件相適應(yīng)，保證隧道施工質(zhì)量，確保洞體開挖進(jìn)度和安全。

在隧道洞體開挖方法中，在我國(guó)使用較多的有全斷面法、臺(tái)階法、CD工法、CRD工法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法等。其中，全斷面法是我國(guó)目前應(yīng)用最廣、最成熟的隧道開挖方法之一。在全斷面開挖法下，整個(gè)隧道的開挖斷面實(shí)現(xiàn)了鉆孔、爆破成型和初期支護(hù)均一次到位。全斷面法的施工工序少，操作比較簡(jiǎn)單，便于進(jìn)行施工組織和管理，且形成了較大的作業(yè)空間，機(jī)械化作業(yè)程度高，能有效保證施工進(jìn)度。

1 概述

隧道采用全斷面開挖法時(shí)，全斷面一次鉆孔，并進(jìn)行裝藥連線，再一次爆破成型，同時(shí)施作初期支護(hù)，鋪設(shè)防水隔離層，進(jìn)行二次筑模襯砌，具有施工操作簡(jiǎn)單，施工速度快的特點(diǎn)。全斷面開挖施工綜合程度較高，比分部開挖效率顯著提高，其機(jī)械配置原則為生產(chǎn)能力稍高于進(jìn)度指標(biāo)，保證施工連續(xù)進(jìn)行，提高機(jī)械使用率。

全斷面法適用于Ⅰ級(jí)～Ⅲ級(jí)硬巖地層和Ⅱ級(jí)軟巖地層的隧道洞體開挖。當(dāng)用于Ⅳ級(jí)硬巖地層，須采取超前錨桿、超前小管棚、超前預(yù)注漿等輔助加固措施后，也可采用全斷面法施工，但應(yīng)適當(dāng)縮短開挖進(jìn)尺。淺埋段、偏壓段和洞口段不宜采用全斷面法開挖。

2 施工工藝

某高速公路雙線隧道地處Ⅱ級(jí)圍巖地段，采用全斷面法開挖，使用施工作業(yè)臺(tái)架，人工操作氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔，光面爆破，確保隧道一次成型，以減少對(duì)圍巖擾動(dòng)。

在正式施工前，應(yīng)確保施工用風(fēng)、用水和用電設(shè)施的布置。采用固定空壓機(jī)供風(fēng)，工作面風(fēng)壓應(yīng)不小于0.5 MPa，水壓應(yīng)不小于0.3 MPa。用電采用三級(jí)配電二級(jí)保護(hù)方式，在每份支線與動(dòng)力線連接處安裝有開關(guān)及保險(xiǎn)裝置，嚴(yán)格禁止將照明設(shè)施加掛在動(dòng)力線路上。管路敷設(shè)應(yīng)平順，接頭嚴(yán)密，不漏水。

2.1 施工測(cè)量

當(dāng)上一循環(huán)結(jié)束后，為確保開挖斷面的中線和高程須符合設(shè)計(jì)要求，利用洞內(nèi)中線控制樁點(diǎn)，測(cè)量專人進(jìn)行工作面開挖輪廓線標(biāo)示，將主要鉆孔位置初步標(biāo)示。

圍巖是隧道的主要承載單元，施工中應(yīng)避免過(guò)度破壞和損傷遺留圍巖的強(qiáng)度。在每一次開挖后，應(yīng)對(duì)地質(zhì)情況及時(shí)進(jìn)行核對(duì)，對(duì)開挖面的地層層理、節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)行仔細(xì)觀察，測(cè)定巖體的軟硬程度，綜合考慮出水量大小等因素，合理確定圍巖的穩(wěn)定性，以進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

2.2 臺(tái)架就位

根據(jù)工作面開挖斷面情況，使用人工配合裝載機(jī)將施工作業(yè)臺(tái)架移至指定位置，將臺(tái)架固定。

固定后的臺(tái)架須保持穩(wěn)定，設(shè)置部位盡可能便利于鉆爆工操作鑿巖機(jī)。

2.3 鉆孔裝藥

全斷面法的開挖面較大，圍巖穩(wěn)定性降低，深孔爆破引起的震動(dòng)較大，須精心進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制爆破作業(yè)，充分發(fā)揮圍巖的結(jié)構(gòu)作用。

在隧道開挖前進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì)時(shí)，須綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、開挖斷面大小、循環(huán)進(jìn)尺長(zhǎng)度等因素，依據(jù)使用的鉆孔機(jī)具和爆破材料性能，合理確定布設(shè)的鉆孔數(shù)目、深度和角度等及采用的爆破器材、裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)，還須確定起爆方法和順序。

在進(jìn)行鉆孔布置時(shí)，掏槽眼可采用直眼或斜眼。為確保開挖斷面質(zhì)量，周邊眼的布設(shè)須沿隧道開挖輪廓線進(jìn)行。為確保爆破石渣符合清運(yùn)要求，應(yīng)在內(nèi)圈眼和掏槽眼間交錯(cuò)均勻布置掘進(jìn)眼。周邊眼、內(nèi)圈眼與輔助眼孔底應(yīng)處于同一垂直面上，掏槽鉆孔應(yīng)加深10 cm。

在本項(xiàng)目中，爆破采用光面爆破，鉆爆設(shè)計(jì)完成后，通過(guò)試爆進(jìn)行爆破參數(shù)優(yōu)化，以控制作用范圍和方向，將圍巖變形控制在允許范圍內(nèi)，有效減少超欠挖。該施工現(xiàn)場(chǎng)中的光面爆破參數(shù)見表1。

表1 某隧道光面爆破參數(shù)

根據(jù)爆破設(shè)計(jì)要求和工作面標(biāo)示出的鉆孔位置，人工操作鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔，須采取措施對(duì)鉆孔位置和角度的準(zhǔn)確性進(jìn)行有效控制。在鉆進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮鉆進(jìn)速度、圍巖軟弱程度等因素，進(jìn)行供風(fēng)量和供水量的及時(shí)調(diào)整。

在鉆孔時(shí)，應(yīng)設(shè)置專人對(duì)鉆孔的間距、深度和角度進(jìn)行復(fù)核，要求將掏槽眼的眼口間距和深度允許偏差控制在5 cm內(nèi)，周邊眼間距允許偏差控制在5 cm內(nèi)，外插角的孔底不得超過(guò)開挖斷面輪廓線15 cm。

采用間隔裝藥方法，確保藥量適當(dāng)分布在鉆孔的全長(zhǎng)范圍內(nèi)，使用炮泥將孔口堵塞嚴(yán)實(shí)，雷管采用毫秒微差有序起爆。

光面爆破鉆孔痕跡保存率在開挖輪廓面上均勻分布。硬巖地質(zhì)條件下，確保不小于80%，中硬巖不小于60%。

須嚴(yán)格控制欠挖。當(dāng)圍巖完整、石質(zhì)堅(jiān)硬時(shí)，巖石個(gè)別突出部位(每1 m2不大于0.1 m2)侵入襯砌必須小于5 cm。嚴(yán)禁在拱腳和墻腳以上1 m范圍內(nèi)斷面的欠挖。

2.4 出渣運(yùn)輸

采用裝載機(jī)裝渣，大型自卸汽車運(yùn)輸，要求使用的清運(yùn)機(jī)械和設(shè)備性能良好，運(yùn)輸通道平整通暢。

為便于運(yùn)渣車裝渣清運(yùn)，應(yīng)確保工作面照明狀況良好，運(yùn)渣車隧道內(nèi)的行駛速度控制在15 km/h左右。為保證形成流水作業(yè)，裝運(yùn)能力應(yīng)比開挖能力略大。

設(shè)置專人進(jìn)行關(guān)鍵地段的車輛調(diào)度，要求安全警示和標(biāo)識(shí)設(shè)置齊全，確保在襯砌模板臺(tái)車等狹窄地段必須設(shè)置減速和警示標(biāo)識(shí)。

3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

全斷面開挖法與分部開挖法相比，爆破震動(dòng)次數(shù)減少。但開挖面大，降低了圍巖的相對(duì)穩(wěn)定性，每次深孔爆破震動(dòng)較大，須重視施工中的質(zhì)量控制，確保開挖質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

1)根據(jù)隧道斷面、圍巖條件、爆破振動(dòng)限制、循環(huán)作業(yè)時(shí)間等因素，合理確定全斷面開挖施工工藝循環(huán)進(jìn)尺。

2)在地質(zhì)條件較差地段，隧道開挖選擇采用全斷面法時(shí)，為保證施工質(zhì)量和安全，進(jìn)行圍巖的超前支護(hù)或預(yù)加固必不可少，并進(jìn)行循環(huán)進(jìn)尺的嚴(yán)格控制。

3)在隧道開挖過(guò)程中，通過(guò)采取超前錨桿、超前小管棚、超前預(yù)注漿等輔助措施進(jìn)行超前預(yù)加固，能有效提高圍巖整體性。

4)開挖隧道時(shí)，為將爆破作業(yè)對(duì)圍巖的擾動(dòng)降至最低，須對(duì)一次同時(shí)起爆的炸藥量進(jìn)行嚴(yán)格控制。

5)隧道開挖爆破后應(yīng)先采用機(jī)械進(jìn)行找頂，然后人工找頂。

6)在隧道開挖過(guò)程中，須設(shè)專人進(jìn)行質(zhì)量和安全檢查并記錄。對(duì)發(fā)現(xiàn)的不合規(guī)情況，須及時(shí)糾正并要求限期整改，必要時(shí)進(jìn)行跟蹤驗(yàn)證。

7)重視地質(zhì)情況監(jiān)測(cè)，做好超前預(yù)報(bào)，對(duì)發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)條件變化，須及時(shí)進(jìn)行隧道開挖方轉(zhuǎn)換。

4 安全控制措施

在隧道開挖過(guò)程中，應(yīng)采取有效措施確保施工安全，確保開挖、出渣和支護(hù)能力相協(xié)調(diào)，保持圍巖穩(wěn)定和施工安全，減少超欠挖，實(shí)現(xiàn)安全施工和綠色施工要求。

1)在正式施工前，應(yīng)辨識(shí)施工各工序中的危險(xiǎn)源，分別進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后，科學(xué)進(jìn)行安全管理的編制，便于制定有效的應(yīng)急方案。

2)組織施工人員進(jìn)行規(guī)章制度等學(xué)習(xí)，組織相關(guān)人員對(duì)各專用機(jī)具進(jìn)行試操作，對(duì)特殊環(huán)境中的作業(yè)流程等進(jìn)行熟悉。

3)對(duì)參與施工人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，重視崗前再培訓(xùn)和安全教育，考核后允許進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。對(duì)特殊工種須取得合格證方能上崗。

4)禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)洞。進(jìn)洞人員須戴好安全帽，洞內(nèi)作業(yè)人員須佩戴防塵面具。

5)為確保圍巖穩(wěn)定和隧道開挖安全，應(yīng)重視圍巖變形監(jiān)測(cè)，提前采取措施將開挖作業(yè)對(duì)圍巖的擾動(dòng)降至最低。

6)爆破作業(yè)后，將爆破效果和開挖面情況應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢查，將瞎炮、殘炮和危石進(jìn)行清除，保證爆破后的洞體圍巖壁面平整、光滑。

7)在隧道開挖作業(yè)中，不得影響襯砌、初期支護(hù)及設(shè)備的安全。

8)加強(qiáng)洞內(nèi)通風(fēng)，確保洞內(nèi)環(huán)境符合職業(yè)健康標(biāo)準(zhǔn)。