特長隧洞臺車鉆爆開挖工序管理綜述

馬 軍 林， 陳 玉 奇

(中國電建集團貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

0 引 言

在工程建設(shè)中，隧洞工程建設(shè)是推動公路及鐵路交通工程、水電水利工程發(fā)展的新途徑；隧洞分類：按照隧洞(隧道)的長度分類(公路行業(yè)規(guī)定)：短隧洞：L≤500 m)、中長隧洞5003 000 m)。按照隧洞斷面分類：極小斷面隧洞：2～3 m2；小斷面隧洞：3～10 m2；中等斷面隧洞：10～50 m2；大斷面隧洞：50～100 m2；特大斷面隧洞：>100 m2。

大于10 km的長隧洞一般為大斷面，有的埋深也大，工程施工常常難于增設(shè)施工支洞，單一掌子面掘進長度長，加上隧洞沿線不可能有較多的勘測、勘探資料，地質(zhì)條件難于全面預測，所以，特長隧洞施工存在效率降低風險；特長隧洞通風、排水措施高于普通隧洞；也有可能遇地質(zhì)災(zāi)害而產(chǎn)生傷害，需要控制減少人員數(shù)量或減少人員在爆破作業(yè)影響范圍的措施。

1 特長隧洞開挖工序分析

1.1 圍巖類別對工序的影響分析

線型工程均會遇不同巖組地層，也就有隨巖體強度劃分硬巖、軟巖等，對應(yīng)出現(xiàn)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖。經(jīng)過多個工程統(tǒng)計，軟巖、巖體破碎帶或其他不良地質(zhì)體的處理，需要控制單次循環(huán)開挖進尺(深度)、增加支護措施消耗時間，特別是軟巖，掘進月進度的計劃值常常在40 m/月，單一工序循環(huán)時間長。

在開挖鉆爆循環(huán)工序中，因隧洞內(nèi)圍巖類別的不同，開挖后臨時支護的時間有較大彈性。而支護時間控制超過計劃，占用單循環(huán)的時間相對較長，則減少了日循環(huán)次數(shù)。一般情況下，即使隧洞通過Ⅲ類圍巖洞段，但因受構(gòu)造、巖層厚度影響，局部破碎，爆破后圍巖也可以有掉塊現(xiàn)象。Ⅲ類圍巖發(fā)生掉塊、溜坍，處理歷時長短不一，本循環(huán)臨時支護時間延長，增加本循環(huán)的總時間，如果日計劃量是2～2.5循環(huán)，則有可能減少既定循環(huán)計劃。

不同圍巖類別富含地下水洞段對開挖循環(huán)的影響，開挖過程中承包單位需采取超前探孔、短進尺的方法進行施工，影響單循環(huán)時間，這類工作應(yīng)考慮凈時間，不影響既定循環(huán)計劃。

遇地應(yīng)力高洞段，預防巖爆、治理巖爆均會消耗時間，有時為避讓巖爆直接導致開挖循環(huán)暫停，這類工作也應(yīng)考慮凈時間，不影響既定循環(huán)計劃。

1.2 關(guān)鍵工序時間及設(shè)備配置分析

監(jiān)理工程師對設(shè)備管理，應(yīng)按照合同規(guī)定做好常規(guī)工作，即督促承包單位按照合同文件中所列設(shè)備進行計劃設(shè)備投入，或經(jīng)過試驗必須增加專用機械設(shè)備，這種督促特別重要，經(jīng)督促主要設(shè)備到位，對保證工序起到關(guān)鍵作用。但對工序管理，需對設(shè)備配套能力進行分析。

1.2.1 鉆孔工序及臺車能力配套

以投入TAMROCK―315G―HD/Axera T10DATA―312類設(shè)備為例，其用電功率為：155 kW，推進梁推進壓力為：180 Bar，大臂沖擊壓力為：250 Bar；鑿巖機轉(zhuǎn)速750 r/min；推進速度0.3～0.5 m/min；防卡釬壓力：220 bar。

正常情況下每循環(huán)鉆孔深度3.5 m，單孔時間為3～6 min/孔，但考慮換釬、擺臂及其它輔助工作用時，分別按5 min/孔～6 min/孔考慮造孔用時。掌子面造孔總數(shù)在120個掏槽、爆破孔時，監(jiān)理工程師應(yīng)考慮接受單循環(huán)造孔總用時消耗應(yīng)在180～330 min時段內(nèi)。

除臺車性能外，單一掌子面造孔用時，與爆破孔孔深關(guān)系大，單循環(huán)孔深縮短，造孔總用時減少；造孔用時消耗與圍巖類別有較大關(guān)系，特別是相關(guān)構(gòu)造、巖層層厚、夾層等。監(jiān)理工程師巡查若發(fā)現(xiàn)鉆孔延時或鉆孔過程中遇卡鉆及其它孔內(nèi)異常情況時，則應(yīng)督促作業(yè)班組采取措施應(yīng)對。

施工過程，存在超前地質(zhì)預報勘測所進行的深孔鉆進，督促做好設(shè)計、專業(yè)隊伍等相關(guān)方協(xié)調(diào)。

部分洞段需要進行隨機錨桿支護，臺車造孔時間均進入初期支護計劃時間；需要進行大面積支護時，督促開展爆破參數(shù)調(diào)整，控制此類支護時間消耗，減少循環(huán)工序相互影響。

一般情況下，承包單位投入的鉆爆臺車是可以滿足正常情況下的鉆孔需要的，監(jiān)理工程師的過程管理，重點在于加強督促工序協(xié)調(diào)、維護使用管理。

1.2.2 階段性出渣車輛的能力與配備

對于有軌道運輸而言，投入合同明確的梭礦車配置數(shù)量及配套轉(zhuǎn)運設(shè)備、工具，能夠在規(guī)定時間完成出渣任務(wù)。但軌道運輸不靈活，多個工程均必為無軌運輸，監(jiān)理工程師在審查方案時，應(yīng)指明與無軌運輸?shù)膶Ρ葍?yōu)越性。

對于無軌運輸，根據(jù)現(xiàn)場交通條件，配置足夠數(shù)量的載重汽車，無論是中斷面隧洞、還是大斷面開挖，出渣工序耗時一般控制在2 h內(nèi)完成。

監(jiān)理工程師需要掌握的設(shè)備參數(shù)及常規(guī)時間消耗，類似數(shù)據(jù)可參考：VOLVO車滿載可達13～15 m3,紅巖、斯太爾滿載可大于15 m3。

配套設(shè)備：裝載機在掌子面裝渣，進入及堆渣約1 min，鏟裝小于1 min，后退及側(cè)卸小于1 min，單斗裝渣量約大于2 m3(取用2 m3)，單車裝完所需要時間僅5～8 min。最大限度時間管理，能夠保證在兩小時內(nèi)完成單循環(huán)的出渣任務(wù)。

因有運輸通道或外圍交通管理，有時出渣成為占用工序循環(huán)時間有較大彈性的一個環(huán)節(jié)。監(jiān)理工程師應(yīng)重視的內(nèi)容有：對比承包人在施工組織設(shè)計中的計劃時間，實際出渣的時間大于計劃時間，隨著隧洞加深，這種時間差會愈來愈大。特別對于整個循環(huán)來說，當多次出現(xiàn)出渣用時達300 min時，其他工序?qū)⑹艿絿乐馗蓴_。

1.2.3 初期噴護與隨機錨桿安裝的階段性噴射臺車能力與配備

根據(jù)鉆孔臺車能力分析，鉆爆臺車是可以滿足正常情況下的臨時錨桿鉆孔需要的，施工過程，由于初期噴護與錨桿安裝時間略有沖突，但針對脹殼式錨桿的安裝，不需要在局部留太長的時間。

噴護方面，以投入MEYCO suprema型混凝土噴射泵/ MEYCO suprema型混凝土噴射泵為例，其用電電壓為3×380 V，頻率為50 Hz，用電功率分別為：85 kW；風壓：6 kg/cm2；液壓系統(tǒng)壓力：190 kg/cm2；最大給料壓力：75 kg/cm2，噴射壓力分別為：12 bar；混凝土泵輸送距離300 m，混凝土泵輸送高度100 m；生產(chǎn)能力：30 m3/h，常規(guī)噴射量為：14 m3/h。

對于大斷面50～100 m2隧洞，開挖單一循環(huán)進尺3.0 m，初期噴護5 cm厚度，一次噴護開挖洞長或掌子面局部范圍，單循環(huán)總用時70～140 min。承包單位配置的濕噴機械一般滿足噴射能力需要。

一般情況Ⅳ類圍巖較破碎，或設(shè)備有故障情況時，噴護用時較長。同時，遇圍巖破碎、局部地下水活動強烈部位，噴護時間更長。對于周邊孔的布置相對合理，或圍巖自身穩(wěn)定情況好，局部洞段有不支護就進行下一循環(huán)的情況，可以節(jié)約噴護工序用時。

施工過程中，監(jiān)理工程師要特別注意噴護時間遠遠大于施工組織計劃噴護工序時間的情況，這并不單是準備時間長短的問題，有時待料時間、反復噴射的需要及其它原因，實際用時更長，這就對整個工序安排產(chǎn)生較大的影響。

1.3 輔助工序時間分析

特長隧洞鉆爆開挖其它工序時間，主要指臺車進入現(xiàn)場的時間、現(xiàn)場測量放樣的工序時間、臺車退場時間及找頂工序時間。

1.3.1 臺車進入現(xiàn)場的工序時間

臺車進入現(xiàn)場的工序包含風、水、電的接入、臺車入場就位動鉆，這些時間應(yīng)不超過10 min。這些輔助工作，基本是同期組織進行的，但時間基本不能壓縮。施工過程中，監(jiān)理工程師應(yīng)特別注意：供電不正常、設(shè)備不能投入正常狀態(tài)；特長隧洞橫通道、或避車道設(shè)計方面的原因，500 m外才具備錯車交換的條件；或與濕噴機交換位置有影響的情況等。這些用時有超過50 min的統(tǒng)計，但次數(shù)較少，不作為工序分析的主要用時。

1.3.2 現(xiàn)場測量放樣的工序

測量放樣20 min時間基本不能壓縮，這一段時間有時并不能嚴格與臺車進入現(xiàn)場的工序時間區(qū)分，但測量時間已經(jīng)很緊張，并必須按計劃時間完成。

1.3.3 臺車退場的工序

臺車退場工序包括連線與起爆、臺車避讓至安全距離，不至于耽誤出渣車輛的通行。這些輔助工作是同期進行的，但臺車退移位置有時遠離掌子面500 m以外，這就是承包人在施工組織設(shè)計中計劃時間不能保證的原因，或者是實際情況與計劃時間參數(shù)的差別。

多個工程統(tǒng)計，臺車進退場的時間為20～30 min，與承包人的計劃時間有一定出入，此數(shù)據(jù)是階段性的數(shù)據(jù)，實際中也有小于此值的情況，但這一部分時間段基本不能在后續(xù)的施工中壓縮。如果不增加橫通道間的避讓點、臺車?？奎c，隧著洞深的增加，影響因素可能更多、干擾可能更大。

1.3.4 找頂?shù)墓ば驎r間

一般情況下找頂單循環(huán)總用時應(yīng)考慮15 min左右，在周邊孔的布置相對合理，減少了圍巖的損傷程度，掌子面找頂時間能夠提前，局部巖石破碎的情況下，會增加找頂時間，此時間有一定彈性，找頂單循環(huán)總用時在25～50 min范圍，主要是施工安全方面的原因，這里的所有用時均應(yīng)該是合理的。

2 特長隧洞開挖工序監(jiān)理工作要點

2.1 工序設(shè)計

監(jiān)理工程師應(yīng)掌握承建單位對開挖工序預見性的設(shè)計，方便過程檢查。各承建單位根據(jù)自身和經(jīng)驗，完善爆破時間和工序循環(huán)時間設(shè)計。

2.2 工序管理基礎(chǔ)工作及分析

2.2.1 監(jiān)理過程的基礎(chǔ)工作

監(jiān)理工程師需要落實收集設(shè)計文件和對隧洞掌子面圍巖變化情況進行記錄，核查爆破設(shè)計執(zhí)行情況及作業(yè)人員依據(jù)圍巖條件變化改變情況。對承包人投入的資源，監(jiān)理人員必須逐日監(jiān)督、檢查、記錄工序?qū)嵤┣闆r，同期統(tǒng)計開挖循環(huán)及開展工序分析工作。

為保證管理的針對性，監(jiān)理工程師需要分析工序偏差的程度和產(chǎn)生的原因，分析預測工序偏差對后續(xù)施工工序的影響程度，提出解決辦法，并付諸實施。及時發(fā)出進度措施的指令，督促施工承包人采取措施保證工序循環(huán)的實現(xiàn)。

對于圍巖穩(wěn)定性差、存在大流量涌水、巖爆風險的洞段，檢查督促承包人按施工規(guī)程規(guī)范施工、文明安全施工，消除、避讓安全隱患，避免因任何安全原因影響正常掘進。

2.2.2 工序分析要點

2.2.2.1 組織協(xié)調(diào)

開挖循環(huán)連續(xù)時，其工序交接、供電、道路、施工通風、抽排水等會影響循環(huán)時間。其中，僅洞內(nèi)通風一項，如果出現(xiàn)通風效果不良，則洞內(nèi)能見度低，支護耗時較長，也影響交通，從而影響正常開挖。

由于是線狀施工，承建單位會安排滯后掌子面一定距離實施后步施工項目，應(yīng)重視后步項目施工在一定程度會影響資源就位、出渣等工序，也就延長單一循環(huán)時長。

管理意圖實施方面：按合同計劃要求進行了投入，設(shè)備、人力基本能夠滿足施工要求僅為一個方面，如果管理層與施工層的銜接不上，管理意圖的貫徹、落實較為困難時，施工效率會降低。這應(yīng)是雙向問題，工作對象也應(yīng)改變。

2.2.2.2 人力資源配置分析

監(jiān)理工程師對人力資源管理，一般按照合同規(guī)定的內(nèi)容進行，即督促承包單位按照合同文件中明確的人力資源投入計劃?，F(xiàn)場人力資源配置足夠是必須的，過程中應(yīng)檢查熟練工人的投入情況，減少廢孔、爆破效果不好的情況，必要時，應(yīng)督促承建單位帶班人員做好交底培訓、管理技術(shù)人員責任心，保證過程穩(wěn)定。

監(jiān)理過程應(yīng)重點關(guān)注的方面有：對人員的素質(zhì)及人員的流動性太大，不利于對特長隧洞開挖工藝的提高和施工技術(shù)的掌握與總結(jié)，在很大程度上造成隧洞周邊孔的重復性錯誤，為下一工序循環(huán)造孔提供方便條件也只能成為設(shè)想。

2.2.2.3 異常原因分析

在不同圍巖洞段，因巖石性質(zhì)與機械操作手的技術(shù)原因，局部開挖鉆孔時間略有變化，但不改變整個圍巖類別在不同洞線和不同圍巖分類中的總體控制。

(1)為保證安全通過構(gòu)造帶(斷層、節(jié)理裂隙破碎帶)、大流量涌水、巖爆高發(fā)區(qū)，承包單位在隧洞掘進過程中，實施超前勘探工作，增加了循環(huán)進尺時間屬于正常情況。

(2)因圍巖破碎存在掉塊并對洞內(nèi)的開挖鉆爆臺車造成損傷，臺車不能正常工作降低了作業(yè)效力，延長了開挖鉆孔工序時間，這此數(shù)據(jù)應(yīng)成為統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

(3)因施工設(shè)備故障、交通原因影響掌子面開挖工序循環(huán)作業(yè)，屬于可調(diào)整時間，不應(yīng)納入合理工序時間范疇。

(4)因施工用電故障、通風設(shè)備換向，造成洞內(nèi)空氣不流通且能見度低，影響施工開挖，不應(yīng)納入合理工序時間范疇。

2.3 技術(shù)管理

2.3.1 工具利用

開挖掘進與初期支護工序的影響因素重點在管理方面，結(jié)合本標段工程目標工期多部位滯后的情況，監(jiān)理工程師需要及時將影響工序偏差的分析結(jié)果通報承建單位，便于對癥提出的整改措施由承建單位進行落實，全面、合理控制洞挖施工。

監(jiān)理工程師可以采用矩陣方式分析存在問題的影響因素，用排列圖找出主、次因素，保證這方面的分析科學、合理，編制的相關(guān)的針對性糾偏措施讓承建單位易于接受。

2.3.2 技術(shù)措施

如果特長隧洞開挖洞段砂板巖節(jié)理發(fā)育、穩(wěn)定性差、局部地下水活動較強的地方，要求承建單位調(diào)整并控制好爆破參數(shù)，對不利結(jié)構(gòu)面，局部支護的錨桿參數(shù)也應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整。必要時，監(jiān)理工程師要對現(xiàn)場爆破孔眼的布置和錨桿施工的工序等開展專項檢查，指出改進方法。

特長隧洞開挖至大于5km或更深時，需要督促承建單位加強機械設(shè)備、物資供應(yīng)的儲備，并與實際需要相匹配。對易損件的備用件數(shù)量進行專門控制，要求承建單位對設(shè)備關(guān)鍵部位的配件要有足夠的儲備。對已進場到位并投入使用的設(shè)備應(yīng)加強檢修與維護，保證設(shè)備的完好率。

加強質(zhì)量控制，從源頭抓起，避免因質(zhì)量問題造成返工，影響開挖進度。對隱蔽工程及時進行驗收，不因待檢而讓承包單位待工。

特長隧洞需要加強超前地質(zhì)預報工作的監(jiān)督，對資料進行必要的分析，并盡最大可能實現(xiàn)此方面的“監(jiān)幫結(jié)合”、“成果共享”。

3 特長隧洞開挖工序遇大流量涌水、巖爆的管理

3.1 開挖遇大流量涌水的管理

3.1.1 落實引排措施

合理安排施工期的排水通道和交通通道，以滿足在排水的同時不影響掌子面的掘進，再開展地下水處理工作。根據(jù)隧洞掘進進度及橫通道的布置情況、隧洞所揭露的地下水情況，結(jié)合現(xiàn)場條件，分幾種方式解決特長隧洞排水通道問題：局部增加開挖斷面或一次性開挖至水溝底部，方便導排；設(shè)置豎井，局部引管導排，解決局部洞段的涌水、積水，保證通行條件、局部施工水溝路面混凝土條件；設(shè)置繞行洞，輔助排水支洞，導排水。

3.1.2 開展封堵塞或局部處理試驗

對開挖過程中揭露的小流量出水點和裂隙滲水，隨開挖過程進行封堵，以改善洞內(nèi)的施工和運營條件；對于壓力較大、水量較大的涌水點，根據(jù)工程的實際進展情況和工期安排，適時安排封堵時間。分類實施封堵地下水的方式有三種：直接灌漿封堵密閉地下水、混凝土襯砌分隔涌水、堵頭可控排放地下水等。

3.1.3 全面探索地下水處理原則與總結(jié)工序時間

在施工過程中，監(jiān)理機構(gòu)力推試驗多種方案進行試驗，探索地下水處理，以實現(xiàn)施工正常、減輕工期壓力，具體有：引流方案、局部封堵(堵水灌漿處理)方案、系統(tǒng)的高壓固結(jié)灌漿方案、超前預注漿方案、綜合處理大流量涌水方案等。這些處理工作，均會增加工作內(nèi)容，使原有開挖工序管理狀態(tài)發(fā)生改變，因此，應(yīng)進行施工組織設(shè)計調(diào)整，在大量試驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對富水洞段的開挖工序時間進行論證，重新評估工序工作內(nèi)容，明確合理的預防時間和治理時間，方便工序管理。

3.2 巖爆洞段工序管理

3.2.1 巖爆洞段開挖工序宜及時總結(jié)

巖爆洞段開挖采取短進尺，控制孔深范圍1.0～3.5m，周邊光面爆破，并施作應(yīng)力釋放孔和應(yīng)力解除爆破孔等。

3.2.2 需要及時調(diào)整施工組織設(shè)計

通過現(xiàn)場大量的試驗，在不同部位、不同洞段，相關(guān)掌子面加固及超前支護+控制爆破和應(yīng)力解除+錨網(wǎng)噴+系統(tǒng)支護或襯砌等措施根據(jù)巖爆類型分別使用。這樣，既保證施工安全，也方便現(xiàn)場管理和保證施工進度。因此，應(yīng)進行施工組織設(shè)計調(diào)整，在大量試驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對巖爆洞段的開挖工序時間進行論證，重新評估工序工作內(nèi)容，明確合理的預防時間與治理時間，方便工序管理。

4 結(jié) 語

中國與國際上正在建設(shè)的長大交通(公路、鐵路)隧道，其要求也愈來愈高，挑戰(zhàn)會更多。因環(huán)境要求不同、工程地質(zhì)條件不同、洞室結(jié)構(gòu)不同、施工組織管理方式不同，特長隧洞工程大流量涌水的施工處理和高地應(yīng)力洞室工程施工對巖爆防治，都會面臨工程建設(shè)新的難題。探索特長隧洞開挖工序管理愈加重要。

特長隧洞開挖工序改善、效率提高仍然有空間，尤其是初期支護時間有較大彈性。目前中國電建集團貴陽院勘測設(shè)計研究院有限公司在特長隧洞施工監(jiān)理管理和協(xié)調(diào)控制等方面積累一定經(jīng)驗，可為同行提供參考。