隧道爆破及超欠挖控制

河南省公路工程局集團(tuán)有限公司 宋銀鴿

隧道爆破及超欠挖控制

河南省公路工程局集團(tuán)有限公司 宋銀鴿

鉆爆法目前仍是我國隧道施工中開挖的主要方法。與機(jī)械開挖相比，鉆爆法適用地質(zhì)條件廣、費(fèi)用低、設(shè)備簡單，但對圍巖的擾動(dòng)大、開挖面成形質(zhì)量差，主要表現(xiàn)在超欠挖量上，所以提高爆破技術(shù)、降低超欠挖意義重大。本文，筆者對隧道的爆破破巖過程做出介紹，并對超欠挖給隧道施工帶來的不利影響以及降低超欠挖的方法與途徑進(jìn)行了探討。

一、爆破破巖過程

1.從破巖的角度考慮，將爆破后由藥包中心向外，分成爆破粉碎區(qū)和爆破破碎區(qū)。

2.靠近藥包周圍的巖石直接受到巨大爆轟壓力的作用，被擊得粉碎，形成粉碎區(qū)。

3.破損區(qū)的形成是兩個(gè)過程。

（1）在爆轟壓力作用下，巖石質(zhì)點(diǎn)向外做徑向位移，產(chǎn)生徑向壓縮應(yīng)力，在切向引起拉應(yīng)力。因巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，巖石被拉裂，在藥包周圍段產(chǎn)生一系列放射狀的徑向裂縫，直到拉應(yīng)力小于巖石抗拉強(qiáng)度處為止。被壓縮的巖石內(nèi)儲(chǔ)存了彈性能量。

（2）當(dāng)爆生氣體的溫度和壓力迅速下降，導(dǎo)致巖石的彈性能量釋放，巖石質(zhì)點(diǎn)向內(nèi)做徑向位移，產(chǎn)生切向壓縮應(yīng)力，在徑向引起拉應(yīng)力，巖石被拉裂，在藥包周圍段產(chǎn)生環(huán)狀的裂縫。

4.爆破漏斗。當(dāng)藥包處于臨空面附近（其最短距離稱為最小抵抗線），壓縮應(yīng)力波到達(dá)臨空面，被反射成拉伸波，當(dāng)拉伸應(yīng)力大于巖石抗拉強(qiáng)度，在臨空面附近形成一系列張拉裂縫，當(dāng)最小抵抗線合適時(shí)，與藥包周圍的裂縫貫通，在爆生氣體膨脹作功的作用下，將破碎的巖石拋出，形成爆破漏斗。

二、超欠挖帶來的不利影響

以設(shè)計(jì)的隧道開挖輪廓線為基準(zhǔn)，實(shí)際開挖的斷面在基準(zhǔn)線以外的部分稱為超挖，在基準(zhǔn)線以內(nèi)的部分稱為欠挖。如圖1所示。

圖1 實(shí)際開挖的斷面情況

1.嚴(yán)重的超欠挖會(huì)造成資源浪費(fèi)和增大施工難度。

（1）棄渣量增加，需多裝多運(yùn)。

（2）超挖空間回填，增加混凝土材料的消耗。

（3）欠挖清除，造成人工、器材的超額消耗。

（4）超欠挖形成的凹凸不平，對噴射混凝土、張掛防水板造成困難。

2.嚴(yán)重的超欠挖會(huì)影響施工質(zhì)量，主要有以下幾點(diǎn)。

（1）超欠挖造成開挖輪廓（形狀和尺寸）與設(shè)計(jì)相差很大時(shí)，圍巖應(yīng)力重分布也會(huì)相差很大，使支護(hù)受力狀態(tài)與設(shè)計(jì)不符。

（2）超挖形成的凹角處存在應(yīng)力集中，巖塊易損壞。

（3）欠挖形成的凸部，在高地應(yīng)力的作用下，巖塊易擠出。

三、降低超欠挖的方法與途徑

1.改變“寧超勿欠”的觀念，樹立“少欠少超”的觀點(diǎn)。日本隧道施工中，在斷面上取100個(gè)點(diǎn)，有不超過16個(gè)點(diǎn)的欠挖就可以，避免開挖輪廓線無謂擴(kuò)大，使超挖得以減少。我國鐵路隧道施工規(guī)范規(guī)定：當(dāng)圍巖完整、石質(zhì)堅(jiān)硬時(shí)，容許巖石個(gè)別突出部分（每1m2不大于0.1m2）侵入襯砌，侵入值應(yīng)小于襯砌厚度的1/3，并小于10cm；對噴錨襯砌應(yīng)不大于5cm。

2.提高鉆孔技術(shù)。周邊炮孔的外插角、開口位置和鉆孔深度，與超挖高度有關(guān)。

（1）開口位置取正值（在設(shè)計(jì)線以外），超挖高度隨增加而增大；開口位置取負(fù)值（在設(shè)計(jì)線以內(nèi)），超挖高度隨減小而減少。如圖2所示。如容許一定欠挖，對減少超挖是有效的。再者，要解決開眼位置誤差，采用掌子面標(biāo)出炮眼位置，或設(shè)炮眼排距標(biāo)尺，或?qū)嵭蓄I(lǐng)桿工制度。

圖2 開口位置

（2）鉆孔深度是一個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)，在其他條件一定時(shí)，采用較淺孔爆破對減少超挖是有利的。一般情況下采用3.5m左右的孔深即可。但施工中應(yīng)注意檢查每循環(huán)的各炮孔底在同一平面上，使下一循環(huán)開眼有一整齊的掌子面。

（3）炮孔的外插角的最小值受鉆孔機(jī)具的外緣高度控制，鑿巖臺(tái)車為5～7cm，故最小平均超挖約為7cm。如取鉆孔深度為3m，則外插角為1.34°，一般人工操作水平難以達(dá)到。需培訓(xùn)熟練的司鉆工，或先鉆一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)眼插入炮棍，其他眼平行鉆進(jìn)；最好采用有控制鉆眼角度裝置的鑿巖臺(tái)車鉆眼。

3.提高爆破技術(shù)。這里的爆破技術(shù)包括光面爆破方式以及各種爆破參數(shù)。