高铁隧道施工中安全风险控制策略

邓赵飞

（中铁建大桥工程局集团第三有限公司，天津 300300）

1 工程概况

张吉怀铁路岩背隧道位于湖南省怀化市鹤城区盈口乡境内，进口位于鹤城区盈口乡茄子村附近，出口位于鹤城区盈口乡牛头山村附近，隧道全长1250m，其中Ⅴ级围岩420m，Ⅳ级围岩830m，设计时速350km/h 单洞双线隧道，最大埋深约73m，全隧为4‰上坡。

2 光面爆破施工技术

2.1 钻爆设计

（1）设计原则：①在确保可以使爆破效果达到预期的条件下，尽可能减少炮眼个数及装药量；②缩短爆破时间，节约爆破所需费用；③因岩背隧道围岩大多为软弱围岩，其具备裂隙较多的特点，因此应严格控制装药量，避免错误的产生。

（2）周边眼之间的距离E 为50cm，装药量为1 节170g 底药、3 节80g，等距离装填，单孔装药量为0.36kg。

（3）助眼与周边眼抵抗线W 为70cm，辅助眼之间距离在85～100cm 范围内，装药量为3 节350g，单孔装药量1kg。

（4）检查相对距离E/W=0.85，周边眼装药集中度q=0.36/3=0.12kg/m，与软弱围岩要求相吻合。

2.2 放样布眼

将开挖面的中心线和大致轮廓使用红铅油精准规划，继而确定炮眼的位置，另外炮眼误差必须精确到误差4cm 范围内。

2.3 定位钻孔

（1）在炮眼位置要严格按照规定钻孔作业，钻杆设置到与隧道轴线平行的状态，周边炮眼必须保持水平钻孔。

（2）防止出现打穿炮眼或者交叉的问题，每个炮眼的深度和间距都要掏槽眼测量控制，槽眼眼口之间的距离必须控制到误差4cm 范围内，周边炮眼口间的距离也要控制在5cm 范围内，底眼位置离开挖的轮廓线距离不能超过14cm。

2.4 装药

进行装药操作前，必须使用高压风将炮孔清洁干净，将起爆药卷按照规定加工好，放置在合适的位置，从而保障装药流程顺利开展。同时，周边眼采取间隔装药办法，其他炮眼采取连续装药办法配合反向装药结构。装药操作应该分区域、分组别开展，严格按照相关标准开展压实，堵塞炮泥等操作[1]。

2.5 周边眼装药

（1）剖切直径33mmPVC 管就是在PVC 管道两端画两条均分线，用角磨机均匀切割成两半，之后再用木工圆盘锯切割。

（2）导爆索截割是根据隧道炮孔深度来确定导爆索长度，至少要超过孔深35cm。

（3）切割药卷是剖切300g 乳化炸药卷，1 根150g 底药段，75g药段3 根，根据实际情况随时调整。

（4）底药150g、75g 药卷3 根按照顺序从剖切好的PVC 管底部间隔75cm 与导爆索一起捆扎，按照实际进行调整。

（5）上述工作完成后，将与PVC 管捆扎好的药包装入炮孔内，同时PVC 管光面方向一定要靠保留岩体方向；最后将各个炮孔导爆索用主导爆索以T 型方式搭接，并用2 发最高段位雷管起爆。

2.6 爆破工作

起爆网络应设置为复式网络，确保爆破工作的安全性和准确性。不仅如此，连接时应格外注意，避免导爆管打结、拉细等不良效果的产生，各个炮眼雷管的连接次数应一致，引爆后必须用黑胶布在导爆管自由端上端10cm 处进行包扎，连接好起爆网络后，应反复派专人检查其连接是否稳定，尽可能排除安全隐患。

3 孔位及装药调整

如果孔位以及装药受周围地理结构影响要做出位移，施工人员不能自行调整，调整工作必须由专业技术人员根据实际情况做出合理调整。孔位以及装药调整对软弱围岩有很大的影响，防止爆破时造成隧道围岩松动变化，爆破时就要根据围岩断层或者夹层对其爆破参数及时进行调整。

（1）周边眼间距设置：设置多个周边眼，间距范围控制在25～35cm。

（2）调整周边眼装药量：使用90g 左右的底药，剩余部分使用50g 均匀装药，同时根据实际效果，对线性装药量进行合理调整。

（3）调整辅助眼：根据爆破效果，适当缩短周边眼和辅助眼间距，控制辅助眼装药量在390g 左右。

4 高铁隧道施工安全的影响原因与控制方法

为确保爆破工作安全稳定完成，施工人员必须提前做好地质分析报告、支护和排水等工作，从而提高富水软弱岩体的稳定性及爆破施工安全性。

4.1 超前地质预报

超前地质预报具体就是将施工位置周围的岩体结构、状态、排水等情况，还有地应力等相关地质信息进行搜集整理，为之后的施工提供数据信息，促进施工稳定进行。为提高爆破安全性，在为富水软弱围岩的隧道，就使用了TSP 地质预报系统、红外探水技术、超前地质钻孔、加深炮孔等措施，将施工前方的岩体条件和含水构造信息进行采集整理。

4.1.1 TSP 超前地质预报

（1）将小爆破发出的地震波通过隧道以球面波的方式进行传播后，地震波不同的速度在各个岩层中传播反射，反射的信号由精准度高的接收器收集。

（2）通过先进的互联网技术对接受到的信息进行分析整理，从而得出前方岩层性质、结构、软弱岩层和含水情况等。

（3）完成上述步骤后，计算机就可以显示出各类型围岩构造界面与隧道轴线相交所呈现的角度和掌子面的距离，从而分析出不良围岩段的性质，大致判断出岩石的弹性模量、密度、泊松比等参数作为参考。

4.1.2 红外探水

红外辐射场的形成是由于岩层分子和晶体格振动，不停向外辐射电磁波形成的。红外辐射场数值的变化就直接反应出前方是否存在地质异常体。如果前方存在隐伏的异常体时，地质异常体产生的辐射场覆盖正常辐射场，从而导致正常辐射场发生变化。也就说，红外探测就是根据探测仪测量掌子面前方红外辐射场的异常，对前方的地质条件预测。

红外探水的工作过程具体为：①在掌子面后方的探测段起点设置测点，每个测点距离在5m 左右，采用红外线探水仪量测各测点的初始场强；②反复测量场强发生变化的测点，并作横向、垂向扫描，对于测点场强的极大和极小值收集整理；③通过坐标方式绘制红外探测曲线图，纵坐标为红外辐射场强，横坐标为测点；④根据曲线图，采用趋势外推法，判断掌子面前方的含水体构造。

4.1.3 超前地质钻孔及加深炮孔

岩芯需要使用冲击钻和回转给进装置采取，要严格控制要控制直径；活动断裂带超前探测长度控制在90cm 左右，剩余的断裂带超前探测长度控制到50cm 左右。另外，搭接长度控制在15cm 左右。

4.2 超前支护及治水

4.2.1 超前支护

对于超前地质预报的破碎位置，使用超前管棚支护和超前小导管的超前支护措施，进一步提高软弱围岩的稳定性。超前管棚就是使用水平地址钻机钻孔，通过设置灌注浆孔，采用高压注浆的方式完成超前支护。由于超前小导管也是用手持风钻钻孔，可使用小导管来协助完成注浆泵注浆；同时，超前小导管尾部一定要和钢架焊接牢固，这可以合理控制小导管数量和间距。

4.2.2 治水措施

岩屋冲一号隧道是软弱围岩，水利多存在于地表，需要采取合理的排堵治水措施，降低水对围岩造成的影响。采取控制排放、做好堵水的方式对有中等富水性和强富水的断层及影响带地段进行治理，剩余地段则需要因地制宜，主要做好排水工作，和其他方式相结合的治理原则。

针对此，截流是治理地表水常用的方式，在距离开挖线6cm位置设置截水沟，让地表水远离洞口，防止之后地表水将大量植被冲到洞口，造成洞口堵塞，对隧道洞口稳定性造成威胁。地下水则是采用堵水的治理方式，根据施工的地质超前预报情况，通过注浆来提高软弱岩体的稳定性、封堵地下水。注浆的目的不同，注浆方式也会产生差异，例如在容易涌水的位置使用超前周边注浆，防止地下水涌出。

对于断层破碎带也是用局部注浆的方式，对隧道周围采用小导管法进行注浆，防止岩层四周出现坍塌。另外注浆后岩面出现漏水、注浆盲区则需要径向注浆，使用小导管进行补充注浆。岩屋冲一号隧道是软弱围岩，水利多存在于地表，需要采取合理的排堵治水措施，降低水对围岩造成的影响。采取控制排放、做好堵水的方式对有中等富水性和强富水的断层及影响带地段进行治理，剩余地段则需要因地制宜，主要做好排水工作，和其他方式相结合的治理原则。

4.3 施工安全

（1）在挖掘隧道全过程当中，相关人员必须时刻将安全放在首位，采取一切措施预防危险事故的发生。

（2）具体操作人员必须佩戴好防护器具，在爆破过程中应安排专业的安全员指挥全局，在爆破现场附近安排相关人员把守，设置警戒标志，爆破前发出信号，待所有人员撤离到安全范围内才可以开始爆破。

（3）爆破结束后应该派遣专人检查爆破现场，确认现场安全后才能继续施工。

（4）负责爆破的人员必须具备很强的责任心及高超的专业技能，要具备细心、严谨的性格特点，还应熟悉爆破流程，受过专业培训并已获得有效证件。若出现哑炮等未知性强的现象，应交由专业技术人员处理，不能擅自主张处理事故。

5 结语

综上所述，挖掘隧道过程中，相关人员借助科学的钻爆设计以及灵活调整，控制技术人员钻孔程度、装药量、起爆方式、装药量等具体参数，这样一来在爆破石质软弱围岩时也可得到较好的光爆效果，借助上文叙述的施工策略及安全保护措施，该工程的施工阶段未出现塌方等安全事故，在工期范围内完成隧道建设。