隧道全斷面法施工的質(zhì)量控制和安全措施

曹 艷 龍

(山西交通控股集團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。在施工過程中，洞體跨度較大時，周邊圍巖易出現(xiàn)大范圍的塑性化和變形，拱腳和墻腳處應力嚴重集中，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，與支護條件相適應，保證隧道施工質(zhì)量，確保洞體開挖進度和安全。

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

1 概述

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

全斷面法適用于Ⅰ級～Ⅲ級硬巖地層和Ⅱ級軟巖地層的隧道洞體開挖。當用于Ⅳ級硬巖地層，須采取超前錨桿、超前小管棚、超前預注漿等輔助加固措施后，也可采用全斷面法施工，但應適當縮短開挖進尺。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級圍巖地段，采用全斷面法開挖，使用施工作業(yè)臺架，人工操作氣腿式鑿巖機鉆孔，光面爆破，確保隧道一次成型，以減少對圍巖擾動。

在正式施工前，應確保施工用風、用水和用電設(shè)施的布置。采用固定空壓機供風，工作面風壓應不小于0.5 MPa，水壓應不小于0.3 MPa。用電采用三級配電二級保護方式，在每份支線與動力線連接處安裝有開關(guān)及保險裝置，嚴格禁止將照明設(shè)施加掛在動力線路上。管路敷設(shè)應平順，接頭嚴密，不漏水。

2.1 施工測量

當上一循環(huán)結(jié)束后，為確保開挖斷面的中線和高程須符合設(shè)計要求，利用洞內(nèi)中線控制樁點，測量專人進行工作面開挖輪廓線標示，將主要鉆孔位置初步標示。

圍巖是隧道的主要承載單元，施工中應避免過度破壞和損傷遺留圍巖的強度。在每一次開挖后，應對地質(zhì)情況及時進行核對，對開挖面的地層層理、節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)狀況進行仔細觀察，測定巖體的軟硬程度，綜合考慮出水量大小等因素，合理確定圍巖的穩(wěn)定性，以進行超前地質(zhì)預報。

2.2 臺架就位

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

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

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較大，須精心進行鉆爆設(shè)計，嚴格控制爆破作業(yè)，充分發(fā)揮圍巖的結(jié)構(gòu)作用。

在隧道開挖前進行鉆爆設(shè)計時，須綜合考慮現(xiàn)場地質(zhì)條件、開挖斷面大小、循環(huán)進尺長度等因素，依據(jù)使用的鉆孔機具和爆破材料性能，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。

在進行鉆孔布置時，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行。為確保爆破石渣符合清運要求，應在內(nèi)圈眼和掏槽眼間交錯均勻布置掘進眼。周邊眼、內(nèi)圈眼與輔助眼孔底應處于同一垂直面上，掏槽鉆孔應加深10 cm。

在本項目中，爆破采用光面爆破，鉆爆設(shè)計完成后，通過試爆進行爆破參數(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)計要求和工作面標示出的鉆孔位置，人工操作鑿巖機進行鉆孔，須采取措施對鉆孔位置和角度的準確性進行有效控制。在鉆進過程中，應綜合考慮鉆進速度、圍巖軟弱程度等因素，進行供風量和供水量的及時調(diào)整。

在鉆孔時，應設(shè)置專人對鉆孔的間距、深度和角度進行復核，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開挖斷面輪廓線15 cm。

采用間隔裝藥方法，確保藥量適當分布在鉆孔的全長范圍內(nèi)，使用炮泥將孔口堵塞嚴實，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%。

須嚴格控制欠挖。當圍巖完整、石質(zhì)堅硬時，巖石個別突出部位(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 出渣運輸

采用裝載機裝渣，大型自卸汽車運輸，要求使用的清運機械和設(shè)備性能良好，運輸通道平整通暢。

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

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

3 質(zhì)量控制要點

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

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

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

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

4)開挖隧道時，為將爆破作業(yè)對圍巖的擾動降至最低，須對一次同時起爆的炸藥量進行嚴格控制。

5)隧道開挖爆破后應先采用機械進行找頂，然后人工找頂。

6)在隧道開挖過程中，須設(shè)專人進行質(zhì)量和安全檢查并記錄。對發(fā)現(xiàn)的不合規(guī)情況，須及時糾正并要求限期整改，必要時進行跟蹤驗證。

7)重視地質(zhì)情況監(jiān)測，做好超前預報，對發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)條件變化，須及時進行隧道開挖方轉(zhuǎn)換。

4 安全控制措施

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

1)在正式施工前，應辨識施工各工序中的危險源，分別進行安全風險評估后，科學進行安全管理的編制，便于制定有效的應急方案。

2)組織施工人員進行規(guī)章制度等學習，組織相關(guān)人員對各專用機具進行試操作，對特殊環(huán)境中的作業(yè)流程等進行熟悉。

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

4)禁止無關(guān)人員進洞。進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，應重視圍巖變形監(jiān)測，提前采取措施將開挖作業(yè)對圍巖的擾動降至最低。

6)爆破作業(yè)后，將爆破效果和開挖面情況應及時進行檢查，將瞎炮、殘炮和危石進行清除，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、初期支護及設(shè)備的安全。

8)加強洞內(nèi)通風，確保洞內(nèi)環(huán)境符合職業(yè)健康標準。