隧道超欠挖控制技術(shù)探究
——以鉆爆法為例

丁守運

（青島西海岸新區(qū)交通運輸局，山東青島 266400）

1 引言

隧道施工是一項高度復(fù)雜且精密的工程，其中，超欠挖問題是困擾工程師們的一大難題。 尋求一種有效的控制技術(shù)減少鉆爆法施工中的超欠挖問題，提高隧道施工的質(zhì)量和效率，成為一項緊迫的任務(wù)。

隧道超欠挖的控制技術(shù)研究不僅有助于優(yōu)化鉆爆法施工工藝，提高施工效率，更能為隧道工程的安全和質(zhì)量提供保障。有研究表明， 通過深入探討鉆爆法施工過程中的各種因素，如地質(zhì)條件、鉆爆參數(shù)、施工操作等對超欠挖的影響，可以尋找出有效的控制措施，以減少超欠挖的發(fā)生[1-2]。 此次研究旨在以鉆爆法為例，對隧道超欠挖的控制技術(shù)進行深入研究。 通過分析和總結(jié)已有的研究成果，并結(jié)合實際工程經(jīng)驗，探討如何在保證隧道施工效率的同時，提高超欠挖控制的效果，為未來的隧道施工提供有價值的參考和借鑒。希望本研究能為解決隧道施工中的超欠挖問題，提高隧道工程的質(zhì)量和安全性作出貢獻。

2 鉆爆法概述及其在隧道挖掘中的應(yīng)用

2.1 鉆爆法原理及特點

鉆爆法是一種常用的隧道掘進方法， 它利用爆炸能量破碎地層，快速開挖并形成隧道。 其原理是通過鉆孔將炸藥放置在隧道工作面上，然后引爆炸藥，產(chǎn)生爆炸能量來破碎地層，達到開挖隧道的目的。 鉆爆法的步驟一般包括圖1 所示的8個主要過程。

圖1 鉆爆法主要施工步驟

在鉆爆法進行施工前， 對地質(zhì)的勘探和巖石性質(zhì)的分析是非常關(guān)鍵的步驟。 通過這些勘探和分析，工程師們能夠確定最合適的鉆爆參數(shù)和方案，為后續(xù)的施工提供重要的依據(jù)。 鉆孔的布置、鉆孔的過程、質(zhì)量的檢查，以及裝藥、連接導(dǎo)爆管和密封等步驟，都需要嚴(yán)格按照預(yù)定的方案和設(shè)計來執(zhí)行，確保每一個細(xì)節(jié)都做到位。 調(diào)整爆破參數(shù)也是一項十分關(guān)鍵的工作，它直接影響巖石的破碎效果。 鉆爆法之所以被廣泛采用，是因為它具有作業(yè)速度快、適應(yīng)性強、成本低、施工靈活等諸多優(yōu)勢，尤其在處理硬地質(zhì)和巖石時，這種方法尤為高效。 然而，它也存在一些風(fēng)險，如炸藥的儲存和使用安全，以及振動和噪聲對周邊環(huán)境的影響。 因此，嚴(yán)格遵守安全規(guī)范和采取必要的防護措施，是確保施工安全的不二法則。

2.2 鉆爆法在隧道挖掘中的應(yīng)用

在隧道挖掘中，相比傳統(tǒng)的機械挖掘方法，鉆爆法可以快速破碎硬質(zhì)巖石，節(jié)約了大量的時間和人力資源。 其次，鉆爆法適用范圍廣泛。 不同類型的地質(zhì)條件和巖石性質(zhì)會對隧道開挖造成不同的影響， 但鉆爆法能夠應(yīng)對各種地質(zhì)條件。 此外，鉆爆法成本較低。 相比其他挖掘方法，鉆爆法的設(shè)備和操作成本相對較低。 同時，由于鉆爆法可以快速完成開挖任務(wù)，能夠減少工期，從而降低了勞動力和管理費用。

然而，鉆爆法在應(yīng)用中也存在一些挑戰(zhàn)。 首先，對于一些敏感地區(qū)或者需要保持地表穩(wěn)定的地方， 使用鉆爆法可能會引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，需要采取相應(yīng)的控制措施。 其次，爆破產(chǎn)生的振動和噪聲也會對周邊環(huán)境和居民造成一定的影響， 需要采取防護措施來減少對環(huán)境的影響。 例如，在西海岸黃山齊長城隧道爆破施工前，為確保安全，一是為做好青鹽鐵路保護，會同鐵路部門辦理了涉鐵保護； 二是組織距離隧道爆破施工較近的王臺街道石灰窯西村部分老舊房屋住戶進行統(tǒng)一搬遷；三是為做好齊長城遺址保護，依法履行文物保護審批程序，確保文物安全。

綜上，鉆爆法高效快速、適用范圍廣泛和低成本等優(yōu)勢，使得鉆爆法成為隧道挖掘中的重要工具。 然而，在應(yīng)用過程中也需要注意對地質(zhì)環(huán)境和周邊環(huán)境的影響， 采取相應(yīng)的控制措施，以保證工程質(zhì)量和安全[3]。

3 鉆爆法在隧道超欠挖中的控制技術(shù)

3.1 鉆爆法的超挖控制技術(shù)

鉆爆法的超挖控制技術(shù)是指在進行爆破作業(yè)時， 針對可能出現(xiàn)的超挖現(xiàn)象采取的一系列措施和技術(shù)手段。 超挖是指在爆破作業(yè)中，爆破區(qū)域的挖掘深度超過設(shè)計要求，給工程施工帶來不利影響。

鉆爆法的超挖控制技術(shù)主要包括爆破參數(shù)優(yōu)化、 爆破設(shè)計精確化、應(yīng)用監(jiān)測技術(shù)以及施工操作規(guī)范化。 其中，爆破參數(shù)優(yōu)化是合理選擇和控制超挖的關(guān)鍵，包括裝藥量、孔距、孔深和起爆方式等參數(shù)的選擇和調(diào)整， 以達到爆破效果的穩(wěn)定和控制挖掘深度的目的。 此外，可以通過精確的爆破設(shè)計控制爆破效果，減少超挖現(xiàn)象的發(fā)生。 而采用先進的監(jiān)測技術(shù)，如振動監(jiān)測、位移監(jiān)測等，可以實時監(jiān)測挖掘區(qū)域的變形情況。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋，及時調(diào)整爆破參數(shù)和施工方式，以減少超挖現(xiàn)象的發(fā)生。 最后，合理的施工操作是控制超挖的關(guān)鍵。通過培訓(xùn)和指導(dǎo)施工人員正確操作爆破設(shè)備， 掌握爆破技術(shù)要點，嚴(yán)格按照規(guī)范操作，可以有效降低超挖的風(fēng)險。 鉆爆法的超挖控制技術(shù)是爆破工程中非常重要的一環(huán)， 通過優(yōu)化爆破參數(shù)、精確爆破設(shè)計、應(yīng)用監(jiān)測技術(shù)、規(guī)范施工操作，可以有效地控制超挖現(xiàn)象的發(fā)生，保證工程的施工效率和質(zhì)量。

3.2 鉆爆法的欠挖控制技術(shù)

在進行鉆爆法施工的過程中，欠挖控制是一項關(guān)鍵的技術(shù)，它關(guān)乎工程的穩(wěn)定和安全，因此，這項技術(shù)的重要性不容忽視。

鉆孔布置和爆破參數(shù)的設(shè)計是欠挖控制的首要任務(wù)。 鉆孔的位置、深度和角度都要經(jīng)過詳細(xì)的計算和設(shè)計，確保爆破時，巖石或土壤能夠得到有效的破碎，同時避免過度開挖。 這需要工程師具備豐富的經(jīng)驗和深厚的專業(yè)知識， 對爆破原理和地質(zhì)情況有深入的了解。 爆破序列和引爆時間的控制也是欠挖控制中的重要環(huán)節(jié)。 合理的爆破序列可以確保巖土破碎的均勻性，避免某些部位過度破碎，而其他部位欠挖。 引爆時間的精確控制，可以使爆破的效果達到最佳，減少欠挖現(xiàn)象的發(fā)生。 除此之外，施工過程中的監(jiān)測和調(diào)整也是必不可少的。開挖深度要及時進行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)欠挖現(xiàn)象，要立即調(diào)整施工方案。 可以通過地下水位、開挖面的變形等指標(biāo)進行監(jiān)測。這些監(jiān)測數(shù)據(jù)可以為工程師提供寶貴的參考， 幫助他們判斷施工效果，并對施工方案做出及時的調(diào)整。

綜上，欠挖控制技術(shù)在鉆爆法施工中扮演著關(guān)鍵的角色，它不僅關(guān)系到施工的效果， 更對工程的安全和穩(wěn)定起著決定性的作用。 因此，施工人員必須充分重視這項技術(shù)，確保施工的順利進行。

4 鉆爆法在隧道超欠挖控制中的應(yīng)用實際效果分析

以下對研究中涉及的鉆爆法超挖控制技術(shù)和鉆爆法欠挖控制技術(shù)進行實際應(yīng)用效果驗證。

案例隧道位于青島西海岸新區(qū)G204 煙滬線黃山段，是一條重要的交通通道。 該隧道的設(shè)計長度約為1.49 km，下穿齊長城遺址，東臨青鹽鐵路，地質(zhì)條件多變。 在施工過程中，隧道面臨著多種技術(shù)挑戰(zhàn)，包括圍巖穩(wěn)定性差、地下水豐富、巖石硬度高等。 為驗證超挖控制技術(shù)的有效性，研究選用爆破參數(shù)優(yōu)化、爆破設(shè)計精確化、監(jiān)測技術(shù)以及施工操作規(guī)范化4 種方法對其進行實驗對比分析：爆破參數(shù)優(yōu)化方法設(shè)為方法A，爆破設(shè)計精確化設(shè)為方法B，監(jiān)測技術(shù)設(shè)為方法C，施工操作規(guī)范化設(shè)為方法D，4 種方法的結(jié)合設(shè)為方法E。

為了驗證欠挖控制技術(shù)的有效性，選用鉆孔布置和爆破參數(shù)的設(shè)計、爆破序列和引爆時間的控制以及施工過程中的監(jiān)測和調(diào)整3 種方法進行試驗對比分析。將鉆孔布置和爆破參數(shù)的設(shè)計設(shè)為方法F， 爆破序列和引爆時間的控制設(shè)為方法G，施工過程中的監(jiān)測和調(diào)整設(shè)為方法H。 3 種方法的結(jié)合設(shè)為方法I。試驗選用的超挖技術(shù)的評價指標(biāo)為超挖量，欠挖技術(shù)的評價指標(biāo)為欠挖量。 不同方法的試驗對比結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同方法的超挖量及欠挖量結(jié)果

由圖3a 可知，在鉆爆法的超挖控制技術(shù)中，結(jié)合4 種優(yōu)化方法的方法E 的超挖量僅為3.22 cm，相比于其余幾種方法分別降低了6.03 cm、4.59 cm、5.36 cm、4.18 cm。說明結(jié)合爆破參數(shù)優(yōu)化、爆破設(shè)計精確化、監(jiān)測技術(shù)以及施工操作規(guī)范化4種方法的優(yōu)化方案能夠有效改善超挖控制技術(shù)的性能， 對改善隧道施工的質(zhì)量和安全性具有積極的指導(dǎo)作用。

由圖3b 可知，在鉆爆法的欠挖控制技術(shù)中，結(jié)合3 種優(yōu)化方法的方法I 的欠挖量僅為1.38 cm，相比于其余幾種方法分別減少了2.94 cm、3.61 cm、2.72 cm。 說明結(jié)合鉆孔布置和爆破參數(shù)的設(shè)計、爆破序列和引爆時間的控制，以及施工過程中的監(jiān)測和調(diào)整3 種方法的方法I 能夠有效改善欠挖控制技術(shù)的性能。

5 結(jié)論

為隧道施工提供有效的超欠挖控制方法和技術(shù)有助于提高隧道施工的質(zhì)量和安全性。 研究針對鉆爆法的超欠挖控制技術(shù)，分別提出了多種優(yōu)化設(shè)計方法。 結(jié)果顯示，在鉆爆法超挖控制技術(shù)中， 方法E 通過將爆破參數(shù)優(yōu)化、 爆破設(shè)計精確化、監(jiān)測技術(shù)以及施工操作規(guī)范化4 種方法相結(jié)合，使超挖量僅為3.22 cm，相對于其他單一方法，超挖量降低了6.03 cm，表現(xiàn)出更為優(yōu)異的性能。 優(yōu)化方案對改善隧道施工的質(zhì)量和安全性起到了積極的作用。 同樣，在鉆爆法欠挖控制技術(shù)中，方法I 通過結(jié)合鉆孔布置和爆破參數(shù)的設(shè)計、 爆破序列和引爆時間的控制以及施工過程中的監(jiān)測和調(diào)整3 種方法， 使欠挖量僅為1.38 cm，相對于其他單一方法，最大減少了2.94 cm，再次證明了其有效性。 說明無論是超挖控制還是欠挖控制，通過綜合運用不同的優(yōu)化方法，都可以顯著改善鉆爆法的性能，從而提高隧道施工的質(zhì)量和安全性。 但本研究主要是關(guān)注了鉆爆法中超欠挖控制方法和技術(shù)， 未涉及其他可能影響隧道施工質(zhì)量和安全性的因素， 未來研究將進一步探究隧道超欠挖控制的綜合方法和措施。