大嶺隧道超欠挖現(xiàn)象分析與控制措施

李保勤

摘 要：隨著公路隧道建設(shè)規(guī)模的加大，隧道光面爆破在隧道開(kāi)挖中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，隧道光面爆破效果并不理想，超欠挖現(xiàn)象普遍存在，它對(duì)隧道的施工成本、施工進(jìn)度、受力穩(wěn)定、施工安全等方面有著很大的影響，針對(duì)這一現(xiàn)象，本文結(jié)合大嶺隧道實(shí)際施工情況，從影響隧道超欠挖因素和控制超欠挖技術(shù)措施方面進(jìn)行探討，希望能夠?qū)λ淼拦饷姹瞥吠诳刂萍夹g(shù)做出一份力所能及的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：隧道建設(shè)；超欠挖；影響因素；控制措施

中圖分類(lèi)號(hào)：U455.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）10-0128-02

1 前言

隨著公路隧道建設(shè)規(guī)模的加大，隧道光面爆破在隧道開(kāi)挖中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，隧道光面爆破效果并不理想，超欠挖現(xiàn)象普遍存在，它對(duì)隧道的施工進(jìn)度、施工成本、受力穩(wěn)定、施工安全等方面有著很大的影響，針對(duì)這一現(xiàn)象，本文結(jié)合大嶺隧道實(shí)際施工情況，就如何解決隧道超欠挖問(wèn)題，施工現(xiàn)場(chǎng)采取了一些列措施，下面以大嶺隧道控制超欠挖為例，對(duì)隧道超欠挖技術(shù)進(jìn)行充分的分析和探討，尋找解決的方法。

304省道N3標(biāo)段大嶺隧道工程位于陜西省黃龍縣境內(nèi)，穿越大嶺梁，為越嶺長(zhǎng)隧道。隧道里程樁號(hào)為K67+442 ～K70+140，為單洞雙向行車(chē)隧道，隧道最大埋深243米，隧道縱坡采用2.35%的單向坡。本標(biāo)段位于出口段，起屹里程為K68+791～K70+140，洞門(mén)采用削竹式洞門(mén)。圍巖主要為Ⅴ級(jí)圍巖和Ⅳ級(jí)圍巖，其中Ⅴ級(jí)圍巖53米，洞室圍巖主要為T(mén)3y強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾泥巖，產(chǎn)狀近水平。砂巖夾泥巖厚度一般在1-3米，裂隙發(fā)育，巖體較破碎，采用預(yù)留核心土施工。Ⅳ級(jí)圍巖1279米，洞室圍巖主要為中風(fēng)化砂巖夾泥巖，產(chǎn)狀近水平，層厚一般在1-3米，裂隙較發(fā)育，巖體呈碎石壓碎狀結(jié)構(gòu)，采用臺(tái)階法施工。

2 超欠挖定義及影響

2.1 超欠挖的定義

超欠挖就是以設(shè)計(jì)的隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)作為標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)際開(kāi)挖的斷面為準(zhǔn)，在基準(zhǔn)線(xiàn)以外的部分就被我們稱(chēng)為超挖，并且在基準(zhǔn)線(xiàn)以?xún)?nèi)的部分，我們就會(huì)稱(chēng)之為欠挖。

2.2 超欠挖的影響

對(duì)于隧道施工來(lái)說(shuō)，超欠挖會(huì)給隧道施工帶來(lái)非常嚴(yán)重的影響，主要包括施工成本、施工進(jìn)度、受力穩(wěn)定和施工安全。爆破所造成的超挖首先會(huì)增加爆破的費(fèi)用，其次爆破的出渣量也會(huì)增大，超挖后回填工程量也會(huì)增大，導(dǎo)致施工成本增加。超挖后出渣作業(yè)時(shí)間延長(zhǎng)，欠挖還需二次進(jìn)行處理，都會(huì)導(dǎo)致施工時(shí)間延長(zhǎng)，影響施工進(jìn)度。超欠挖現(xiàn)象導(dǎo)致最大的局部應(yīng)力非常集中，一定程度上會(huì)導(dǎo)致洞身的圍巖變形比較大，如果欠挖超過(guò)允許的限度會(huì)導(dǎo)致圍巖擾動(dòng)次數(shù)增加。對(duì)隧道受力穩(wěn)定及施工安全造成很大影響[1]。

3 超欠挖的影響因素

3.1 爆破技術(shù)

爆破技術(shù)對(duì)超欠挖影響最大，主要涉及爆破方法、爆破方式、爆破參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)和炮眼的堵塞質(zhì)量等。以大嶺隧道Ⅳ級(jí)圍巖施工進(jìn)行論述，大嶺隧道Ⅳ級(jí)圍巖1279米，洞室圍巖主要為中風(fēng)化砂巖夾泥巖，產(chǎn)狀近水平，層厚一般在1-3米，裂隙較發(fā)育，巖體呈碎石壓碎狀結(jié)構(gòu)，采用臺(tái)階法施工。爆破采用YT-28型鑿巖機(jī)鉆孔，鉆頭直徑為42mm，鉆眼深度3米，使用2號(hào)硝銨炸藥，有水處使用乳化炸藥。經(jīng)計(jì)算光面爆破參數(shù)如表1所示：

在實(shí)際施工中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)和地質(zhì)情況對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在理論計(jì)算的周邊眼間距基礎(chǔ)上適當(dāng)加密，采用一個(gè)孔裝藥，鄰孔不裝藥，以增加周邊的爆破自由面。同時(shí)對(duì)隧道斷面的成形起導(dǎo)向作用，大嶺隧道采用這種方式不但有效減少超欠挖，而且節(jié)約了成本。掏槽爆破隧道爆破的技術(shù)關(guān)鍵，如果掏槽不成功就不能為其他炮眼形成有效的臨空面，導(dǎo)致超欠挖現(xiàn)象嚴(yán)重，直眼掏槽的爆破效果與臨空孔的數(shù)目、直徑、及其與裝藥眼的距離密切相關(guān)。大嶺隧道采用直眼掏槽，爆破效果較好[2]。

3.2 鉆孔精度

鉆孔精度對(duì)隧道超欠挖的主要影響主要是周邊炮孔的外插角θ、開(kāi)口誤差e和爆破進(jìn)尺L，他們與超欠挖厚度H有如下關(guān)系：

H=e+Ltan（θ/2）

從該式中可以看到，隧道超欠挖的大小與鉆孔深度、開(kāi)口位置及鉆桿外插角的大小成正比關(guān)系，開(kāi)口位置和鉆桿深度較易控制，外插角就沒(méi)有那么好控制，取決于鉆爆人員的技術(shù)水平，隨意性比較大。此外淺孔爆破有利于控制超欠挖，所以在施工過(guò)程中嚴(yán)格按照施工方案控制每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺。大嶺隧道Ⅳ級(jí)圍巖拱架間距90cm，每個(gè)循環(huán)3榀，鉆孔深度不超過(guò)3米。開(kāi)口位置一定要準(zhǔn)確，大嶺隧道在開(kāi)挖過(guò)程中，先在隧道掌子面醒目位置完整標(biāo)記出周邊眼位置，經(jīng)過(guò)幾個(gè)循環(huán)后，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，為了節(jié)約成本更好的控制隧道超挖，將周邊眼的開(kāi)孔位置向開(kāi)孔線(xiàn)以?xún)?nèi)移動(dòng)2cm，爆破效果良好。為減少超欠挖，隧道拱頂范圍內(nèi)的仰角、邊墻外插腳和仰拱下插腳的角度控制在2°-5°范圍內(nèi)。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)管理

對(duì)于超欠挖現(xiàn)象來(lái)說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)的控制十分重要。在控制超欠挖的過(guò)程中，要建立一個(gè)完整的質(zhì)量保證體系，必須成立隧道超欠挖控制領(lǐng)導(dǎo)小組，從測(cè)量放樣、鉆孔位置、角度控制、鉆孔深度、裝藥量和起爆順序等每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行指導(dǎo)和檢查，確保嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行施工。使影響超欠挖的每個(gè)因素都在可控范圍之內(nèi)，并且根據(jù)圍巖變化情況，采取動(dòng)態(tài)施工、動(dòng)態(tài)管理。

4 超欠挖的控制措施

4.1 提高爆破質(zhì)量

對(duì)超欠挖進(jìn)行有效的控制，首先要對(duì)爆破技術(shù)進(jìn)行仔細(xì)研究。爆破技術(shù)提高的方法主要是對(duì)爆破方法、爆破參數(shù)、裝藥量以及包括器材和裝藥方法的提高，對(duì)于不同的地質(zhì)條件和巖層狀況，應(yīng)采取不同的爆破方法和爆破參數(shù)。裝藥質(zhì)量直接影響爆破效果和超欠挖量，尤其是周邊眼的裝藥。嚴(yán)格按照施工方案中確定的裝藥量進(jìn)行裝藥爆破，裝藥時(shí)要安排專(zhuān)人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)盯控，防止作業(yè)人員隨意裝藥，影響爆破質(zhì)量。裝藥后要認(rèn)真檢查炮眼堵塞質(zhì)量，炮孔堵塞長(zhǎng)度不小于30cm。

4.2 提高鉆孔精度

每次爆破前測(cè)量組在掌子面標(biāo)記出炮孔位置，周邊眼的開(kāi)孔位置一定要準(zhǔn)確無(wú)誤。拱頂范圍內(nèi)的周邊眼間距誤差不得大于5cm，周邊眼外斜率不得大于5cm/m，孔底不得超出開(kāi)挖斷面輪廓線(xiàn)10cm，最大不得超過(guò)15cm，周邊眼與輔助眼的排距誤差不得大于5cm，鉆孔深度超過(guò)2.5m時(shí)周邊眼和輔助眼采用同樣的斜率進(jìn)行控制。為減少超欠挖，隧道拱頂范圍內(nèi)的仰角、邊墻外插腳和仰拱下插腳的角度控制在2°-5°范圍內(nèi)。嚴(yán)格控制鉆孔深度，按照施工方案中確定的循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行鉆孔深度控制，不要一味追求施工進(jìn)度忽視鉆孔精度，從而影響整體爆破質(zhì)量[3]。

4.3 斷面檢查和信息處理

每次爆破出渣完成后，技術(shù)人員要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行斷面檢查，主要檢查開(kāi)挖斷面爆破質(zhì)量、圍巖情況和測(cè)量超欠挖數(shù)據(jù)。首先技術(shù)人員要對(duì)掌子面圍巖情況進(jìn)行觀測(cè)，并做好地質(zhì)素描，據(jù)此調(diào)整爆破參數(shù)和爆破工藝。準(zhǔn)確測(cè)量超欠挖情況，在掌子面周邊用紅油漆以“+”、“-”標(biāo)記超挖和欠挖，并表明超欠挖具體數(shù)值，確保下個(gè)循環(huán)鉆孔時(shí)做出相應(yīng)調(diào)整。

4.4 提高現(xiàn)場(chǎng)管理水平

改變傳統(tǒng)的“寧超勿欠”觀念，以前施工中為確保隧道斷面滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，開(kāi)挖輪廓線(xiàn)一般放大5-10cm，造成超挖量占正常超挖量的40%以上，因此在施工中嚴(yán)格按照施工方案中確定的開(kāi)挖輪廓線(xiàn)進(jìn)行放樣，樹(shù)立“少欠少超”的思想，從而使超欠挖得以控制。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于光面爆破技術(shù)來(lái)說(shuō)，超欠挖的問(wèn)題雖然是不可避免的，但是只要通過(guò)對(duì)影響超欠挖的因素進(jìn)行分析研究，采取有效的控制措施，可以將其控制在理想的范圍之內(nèi)。經(jīng)過(guò)全體人員的不懈努力，大嶺隧道在施工過(guò)程中超欠挖得到了控制，明顯減少了超欠挖引起的施工成本增加，加快了施工進(jìn)度，受力穩(wěn)定，安全可控，多次得到業(yè)主及上級(jí)單位表彰，社會(huì)效益明顯。

參考文獻(xiàn)

[1]JTG/TF60-2009，公路隧道施工技術(shù)細(xì)則[S].北京：人民交通出版社，2009.

[2]王夢(mèng)恕.中國(guó)隧道及地下工程修建技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2010.

[3]錢(qián)東升.公路隧道施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2010.