鉆爆法隧道超欠挖控制技術(shù)

張圣強(qiáng)

[摘? 要]：鉆爆法施工隧道的超欠挖問(wèn)題直接關(guān)系到工程進(jìn)度、工程質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，從而引起人們的廣泛關(guān)注。根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，隧道超欠挖造成的增加成本約占隧道造價(jià)的8%～12%。隧道超欠挖雖受工程地質(zhì)、爆破技術(shù)和施工管理等多方面因素影響，隧道施工時(shí)超挖現(xiàn)象雖不可避免，但如何盡量把隧道工程的超欠挖控制在最小范圍內(nèi)是值得探討的。文章結(jié)合已有爆破技術(shù)，充分考慮地質(zhì)因素，優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)參數(shù)，總結(jié)加強(qiáng)隧道施工現(xiàn)場(chǎng)管理經(jīng)驗(yàn)，改變超欠挖理念，認(rèn)真解決隧道超欠挖問(wèn)題，以減少效益流失。

[關(guān)鍵詞]：超欠挖控制; 噴射混凝土; 隧道爆破; 施工管理

U455.6B

鉆爆法施工隧道的超欠挖問(wèn)題直接關(guān)系到工程進(jìn)度、工程質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，從而引起人們的廣泛關(guān)注。劉國(guó)強(qiáng)等[1]對(duì)巖溶隧道光面爆破參數(shù)進(jìn)行了研究，郭建等[2]對(duì)鉆爆法施工隧道超欠挖控制進(jìn)行了研究，張旭[3]對(duì)隧道光面爆破超欠挖影響因素進(jìn)行了分析，廖凱等[4]設(shè)計(jì)了隧道超欠挖檢測(cè)信息系統(tǒng)，張運(yùn)良等[5]研究了軟弱夾層對(duì)隧道爆破的影響，劉明才[6]分析了隧道超欠挖對(duì)錨噴支護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性影響，梁東彪等[7-8]分析了炮孔布置參數(shù)對(duì)隧道超欠挖的影響，潘敏[9]分析了軟巖隧道爆破技術(shù)。

雖然受工程地質(zhì)、爆破技術(shù)和施工管理等多方面因素影響，鉆爆法隧道開(kāi)挖時(shí)超挖現(xiàn)象仍無(wú)法避免，但如何盡量把隧道工程的超欠挖控制在最小范圍內(nèi)是很值得探討的，也是可以解決的。

本文從超欠挖產(chǎn)生原因、控制措施和機(jī)械化配套等方面對(duì)隧道超欠挖控制技術(shù)進(jìn)行研究。

1 隧道超欠挖原因分析

1.1 地質(zhì)原因

在地下隧道的開(kāi)挖工程中，地質(zhì)因素是造成隧道超欠挖的主要因素之一。圍巖地質(zhì)條件主要指圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育情況、含水量和地下水等非主觀因素。若圍巖存在較為明顯的節(jié)理、裂隙、溶洞或軟弱夾層等，爆破后巖體無(wú)法沿周邊孔輪廓線破壞，而極有可能沿結(jié)構(gòu)面或裂隙面發(fā)生破壞，從而形成主觀上很難控制的超欠挖。以鐵路隧道常見(jiàn)的軟弱圍巖和水平巖層2種典型圍巖為例，對(duì)不同地質(zhì)導(dǎo)致的隧道超欠挖進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1.1.1 水平巖層

隧道在水平薄層層狀巖體中進(jìn)行鉆爆開(kāi)挖時(shí)，由于巖層間夾制力小，巖體易受到震動(dòng)而松弛，導(dǎo)致圍巖沿拱部某一層節(jié)理面脫落、掉塊，無(wú)法形成設(shè)計(jì)的開(kāi)挖輪廓，拱部存在嚴(yán)重超欠挖。欠挖則主要集中在拱腳位置，補(bǔ)炮現(xiàn)象頻繁。

1.1.2 軟弱巖層

軟巖隧道中節(jié)理裂隙非常發(fā)育，圍巖層間結(jié)合差，受構(gòu)造影響大，巖體擠壓褶皺，極易風(fēng)化崩解，遇水成泥，自穩(wěn)性極差，施工過(guò)程中拱部及邊墻掉塊嚴(yán)重;在此段落中，易發(fā)生軟巖變形，造成變形開(kāi)裂，如果預(yù)留變形量不足則造成初支侵限而換拱頻繁。云南滇西地區(qū)，軟弱圍巖正常施工段落，開(kāi)挖輪廓放大25～30 cm;在部分軟巖變形段，施工完成后，周邊收斂明顯，最多時(shí)收斂達(dá)78 cm，開(kāi)挖輪廓放大至90 cm，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)的預(yù)留變形量。

1.2 爆破技術(shù)

1.2.1 測(cè)量放線

由于隧道內(nèi)能見(jiàn)度低，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員測(cè)量時(shí)因前后視點(diǎn)照準(zhǔn)困難從而導(dǎo)致誤差。掌子面凹凸不平，炮眼定位易出現(xiàn)偏離，從而導(dǎo)致了隧道超欠挖。

1.2.2 鉆孔精度

鉆孔的孔位和外插角是影響隧道超欠挖的2個(gè)因素。

（1）孔位：部分鉆孔受掌子面不平整影響不容易在指定位置鉆孔;鉆孔位置因巖石破碎、夾泥，出現(xiàn)夾鉆或塌孔等情況，只能在指定孔位附近再行補(bǔ)孔，加之其他人為因素，導(dǎo)致孔位偏差無(wú)法避免存在;鉆工打鉆時(shí)只考慮開(kāi)孔操作難易而不在指定孔位鉆孔，特別是周邊孔距控制不當(dāng)，導(dǎo)致拱頂、腰線和邊墻底部超欠挖嚴(yán)重。

（2）外插角：實(shí)際施工中，采用人工手持風(fēng)鉆鉆孔時(shí)，人為因素影響大，無(wú)法按預(yù)定方向打鉆孔，使得周邊眼外插角偏差較大，一些孔眼外插誤差量可達(dá)30 cm以上，當(dāng)開(kāi)挖進(jìn)尺較大時(shí)，鉆孔的外插角易導(dǎo)致隧道超挖量過(guò)大。

1.2.3 爆破參數(shù)

爆破參數(shù)不合理是導(dǎo)致隧道超欠挖的另一個(gè)主要原因。

（1）掏槽方式不合理，導(dǎo)致沒(méi)有爆出足夠的臨空面，進(jìn)一步影響其他炮孔爆破效果。

（2）周邊眼間距、最小抵抗線設(shè)置參數(shù)不合理，導(dǎo)致爆破后隧道超欠挖嚴(yán)重。

（3）周邊眼未遵照設(shè)計(jì)要求，盲目增加周邊炮孔間距，引起巖壁的超爆破壞，從而導(dǎo)致了超欠挖。

（4）起爆網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和連接不合理，炮孔爆破順序不合理影響炮孔爆破質(zhì)量，進(jìn)而導(dǎo)致隧道欠挖。

1.3 施工管理

爆破作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)管理主要是指作業(yè)組織、人員安排、技術(shù)交底、技術(shù)水平、跟蹤指導(dǎo)、信息反饋、質(zhì)量檢測(cè)、資料采集、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)等?，F(xiàn)場(chǎng)管理組織水平高低，直接或間接影響爆破作業(yè)的實(shí)施和效果。

（1）現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)班組人員變動(dòng)過(guò)于頻繁，掌子面鉆眼未能做到“定人定位”，不熟悉隧道掌子面圍巖情況，導(dǎo)致鉆眼質(zhì)量不合格，造成隧道的超欠挖。

（2）炮工不按照爆破設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行鉆孔和裝藥，執(zhí)行力不到位，造成超欠挖。

（3）技術(shù)管理人員的數(shù)量和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)不足，不能充分的滿足施工需求，隧道開(kāi)挖過(guò)分的依賴作業(yè)班組，過(guò)分要求增加隧道開(kāi)挖進(jìn)尺，強(qiáng)調(diào)縮短作業(yè)時(shí)間，堅(jiān)持“寧超勿欠”的施工理念，導(dǎo)致超欠挖現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)重，未對(duì)每茬炮進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)、信息反饋和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，不能根據(jù)爆破效果和圍巖變化及時(shí)調(diào)整修改爆破設(shè)計(jì)參數(shù)，也易造成超欠挖。

（4）不對(duì)掌子面進(jìn)行測(cè)量放線，炮孔位置不認(rèn)真測(cè)量，沒(méi)有專人布設(shè)，任由工人隨意鉆孔，導(dǎo)致超欠挖。

1.4 其他原因

（1）因隧道欠挖需二次補(bǔ)炮，導(dǎo)致隧道出現(xiàn)超挖。

（2）預(yù)留變形量過(guò)大，隧道變形穩(wěn)定后，凈空增大，導(dǎo)致回填混凝土過(guò)多。

2 超欠挖控制措施

2.1 施工管理

良好的施工管理和組織，對(duì)減少隧道超欠挖意義重大。隧道超欠挖問(wèn)題不僅是技術(shù)問(wèn)題，也是施工管理問(wèn)題，只有建立一套完整施工管理制度，才能保證施工順利實(shí)施。

（1）建立健全質(zhì)量責(zé)任體系。

（2）成立以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量員為主要成員的隧道開(kāi)挖信息跟蹤、處理及反饋小組，負(fù)責(zé)跟蹤、收集、整理及反饋隧道超欠挖信息。

（3）加強(qiáng)組織保障，對(duì)炮工實(shí)行定人定區(qū)作業(yè)。

（4）建立以超欠挖、材料消耗、作業(yè)時(shí)間為主要內(nèi)容的獎(jiǎng)懲制度，并嚴(yán)格對(duì)隧道作業(yè)班組進(jìn)行考核。

2.2 避免過(guò)分找頂

對(duì)于軟弱薄層巖層和松散破碎圍巖，開(kāi)挖后小塊圍巖相互擠壓形成鑲嵌結(jié)構(gòu)。找頂時(shí)會(huì)破壞這種平衡，過(guò)分找頂將有找不完的危石，所以開(kāi)挖后禁止過(guò)分找頂排險(xiǎn)。及時(shí)噴射混凝土封閉圍巖，封堵、填充、粘結(jié)和加固巖石裂隙，提高巖體結(jié)構(gòu)面結(jié)合力，提高破碎巖層自承力，避免過(guò)分找頂導(dǎo)致嚴(yán)重超挖。

2.3 光面爆破參數(shù)優(yōu)化

光面爆破效果影響因素有最小抵抗線w、周邊眼間距E、裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)以及起爆技術(shù)等。

2.3.1 周邊眼間距（E）與最小抵抗線（w）確定

根據(jù)地質(zhì)條件及工程經(jīng)驗(yàn)類比法，設(shè)計(jì)出合理的周邊眼間距（E=35～70 cm）和最小抵抗線（w=45～80 cm），E/W=0.65～1.10，并根據(jù)爆破效果及時(shí)調(diào)整參數(shù)，直至達(dá)到減少超欠挖的光爆效果。

爆破后若有較大超挖，說(shuō)明周邊眼間距過(guò)小，需要調(diào)大間距;爆破后光爆孔出現(xiàn)凹面，則說(shuō)明抵抗線太小，應(yīng)適當(dāng)加大抵抗線，反之若出現(xiàn)凸面，則說(shuō)明抵抗線過(guò)大，應(yīng)減小。

2.3.2 裝藥量與方法

現(xiàn)場(chǎng)爆破效果統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，小藥包連續(xù)裝藥可很好控制超挖，在爆破中應(yīng)推廣使用小直徑藥包連續(xù)裝藥或間隔裝藥。

2.3.3 爆破器材

合理的爆破器材（雷管和炸藥）可以一定程度減小由于爆破振動(dòng)和應(yīng)力波對(duì)圍巖的破壞作用，因而有利于減少超欠挖，提高輪廓質(zhì)量?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果對(duì)比說(shuō)明，使用等差雷管、半秒雷管和毫秒雷管爆破時(shí)，等差雷管爆破效果最好，另外采用毫秒雷管跳段使用也獲得了較好效果。因此，從控制隧道超欠挖角度出發(fā)，建議推廣等差雷管或者配置毫秒雷管段別。

2.3.4 炮孔封堵

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，炮孔大多未封堵，如圖1所示。

炮孔堵塞合理，裝藥量和炸藥單耗可大大減少，循環(huán)進(jìn)尺和炮孔利用率明顯提高，并充分利用炸藥爆能，改善爆破效果，降低有毒氣體生成量和粉塵的濃度，改善作業(yè)環(huán)境。

3 結(jié)束語(yǔ)

3.1 爆破超欠挖理念的改變

在控制超欠挖技術(shù)的研究中，首先應(yīng)改變超欠挖施工理念，即必須改變“寧超勿欠”傳統(tǒng)觀點(diǎn)，樹(shù)立“少欠少超”理念。即，容許一定程度的欠挖，如，日本隧道施工時(shí)，容許概率為16%的欠挖，即在開(kāi)挖斷面上取100個(gè)點(diǎn)，不超過(guò)16個(gè)點(diǎn)的超挖。從而避免開(kāi)挖輪廓線的無(wú)謂擴(kuò)大，減少超挖。我國(guó)鐵路隧道施工規(guī)范也有類似規(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1 m2不大于0.1 m2）侵入襯砌。侵入值應(yīng)小于襯砌厚度的1/3，并小于5 cm。

3.2 開(kāi)挖方法及機(jī)械配套的選擇

根據(jù)工期要求和地質(zhì)條件，通過(guò)綜合經(jīng)濟(jì)比較，選擇爆破開(kāi)挖還是機(jī)械開(kāi)挖。

鉆爆法施工隧道工程時(shí)，既要注重傳統(tǒng)的“爆破技術(shù)”的基礎(chǔ)性工作，如現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量放線、鉆眼深度和鉆眼角度控制、裝藥方法、炮孔封堵，也要“因地制宜”，提出相匹配的爆破方案，如“長(zhǎng)短眼+空眼”組合爆破方式。其次要注重機(jī)械化配套設(shè)備在隧道施工中的應(yīng)用，如濕噴機(jī)械手、鋼拱架安裝機(jī)、錨桿鉆機(jī)和注漿機(jī)等設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的推廣應(yīng)用，降低人力成本，提升施工效率，有效控制隧道施工超欠挖，并縮短循環(huán)作業(yè)時(shí)間，加快進(jìn)度。

3.3 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理

日常施工管理中應(yīng)加強(qiáng)超欠挖、預(yù)留變形量及二襯混凝土超量的控制管理。項(xiàng)目經(jīng)理必須親自抓，工程、物資、尤其是計(jì)劃部門(mén)需全程參與工程施工過(guò)程的管理，改變項(xiàng)目管理中前期重進(jìn)度而輕成本的管理理念，從工程開(kāi)工就抓起，將成本管理貫穿始終，爭(zhēng)取最大的效益。

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