鉆爆法隧道超欠挖控制技術

張圣強

[摘? 要]：鉆爆法施工隧道的超欠挖問題直接關系到工程進度、工程質量和經濟效益，從而引起人們的廣泛關注。根據國內相關數據統計，隧道超欠挖造成的增加成本約占隧道造價的8%～12%。隧道超欠挖雖受工程地質、爆破技術和施工管理等多方面因素影響，隧道施工時超挖現象雖不可避免，但如何盡量把隧道工程的超欠挖控制在最小范圍內是值得探討的。文章結合已有爆破技術，充分考慮地質因素，優化爆破設計參數，總結加強隧道施工現場管理經驗，改變超欠挖理念，認真解決隧道超欠挖問題，以減少效益流失。

[關鍵詞]：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題直接關系到工程進度、工程質量和經濟效益，從而引起人們的廣泛關注。劉國強等[1]對巖溶隧道光面爆破參數進行了研究，郭建等[2]對鉆爆法施工隧道超欠挖控制進行了研究，張旭[3]對隧道光面爆破超欠挖影響因素進行了分析，廖凱等[4]設計了隧道超欠挖檢測信息系統，張運良等[5]研究了軟弱夾層對隧道爆破的影響，劉明才[6]分析了隧道超欠挖對錨噴支護系統穩定性影響，梁東彪等[7-8]分析了炮孔布置參數對隧道超欠挖的影響，潘敏[9]分析了軟巖隧道爆破技術。

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

本文從超欠挖產生原因、控制措施和機械化配套等方面對隧道超欠挖控制技術進行研究。

1 隧道超欠挖原因分析

1.1 地質原因

在地下隧道的開挖工程中，地質因素是造成隧道超欠挖的主要因素之一。圍巖地質條件主要指圍巖節理裂隙發育情況、含水量和地下水等非主觀因素。若圍巖存在較為明顯的節理、裂隙、溶洞或軟弱夾層等，爆破后巖體無法沿周邊孔輪廓線破壞，而極有可能沿結構面或裂隙面發生破壞，從而形成主觀上很難控制的超欠挖。以鐵路隧道常見的軟弱圍巖和水平巖層2種典型圍巖為例，對不同地質導致的隧道超欠挖進行簡要分析。

1.1.1 水平巖層

隧道在水平薄層層狀巖體中進行鉆爆開挖時，由于巖層間夾制力小，巖體易受到震動而松弛，導致圍巖沿拱部某一層節理面脫落、掉塊，無法形成設計的開挖輪廓，拱部存在嚴重超欠挖。欠挖則主要集中在拱腳位置，補炮現象頻繁。

1.1.2 軟弱巖層

軟巖隧道中節理裂隙非常發育，圍巖層間結合差，受構造影響大，巖體擠壓褶皺，極易風化崩解，遇水成泥，自穩性極差，施工過程中拱部及邊墻掉塊嚴重;在此段落中，易發生軟巖變形，造成變形開裂，如果預留變形量不足則造成初支侵限而換拱頻繁。云南滇西地區，軟弱圍巖正常施工段落，開挖輪廓放大25～30 cm;在部分軟巖變形段，施工完成后，周邊收斂明顯，最多時收斂達78 cm，開挖輪廓放大至90 cm，遠超設計的預留變形量。

1.2 爆破技術

1.2.1 測量放線

由于隧道內能見度低，現場測量人員測量時因前后視點照準困難從而導致誤差。掌子面凹凸不平，炮眼定位易出現偏離，從而導致了隧道超欠挖。

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，出現夾鉆或塌孔等情況，只能在指定孔位附近再行補孔，加之其他人為因素，導致孔位偏差無法避免存在;鉆工打鉆時只考慮開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，導致拱頂、腰線和邊墻底部超欠挖嚴重。

（2）外插角：實際施工中，采用人工手持風鉆鉆孔時，人為因素影響大，無法按預定方向打鉆孔，使得周邊眼外插角偏差較大，一些孔眼外插誤差量可達30 cm以上，當開挖進尺較大時，鉆孔的外插角易導致隧道超挖量過大。

1.2.3 爆破參數

爆破參數不合理是導致隧道超欠挖的另一個主要原因。

（1）掏槽方式不合理，導致沒有爆出足夠的臨空面，進一步影響其他炮孔爆破效果。

（2）周邊眼間距、最小抵抗線設置參數不合理，導致爆破后隧道超欠挖嚴重。

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

（4）起爆網絡的設計和連接不合理，炮孔爆破順序不合理影響炮孔爆破質量，進而導致隧道欠挖。

1.3 施工管理

爆破作業的現場管理主要是指作業組織、人員安排、技術交底、技術水平、跟蹤指導、信息反饋、質量檢測、資料采集、經驗總結等?，F場管理組織水平高低，直接或間接影響爆破作業的實施和效果。

（1）現場作業班組人員變動過于頻繁，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，導致鉆眼質量不合格，造成隧道的超欠挖。

（2）炮工不按照爆破設計參數進行鉆孔和裝藥，執行力不到位，造成超欠挖。

（3）技術管理人員的數量和現場經驗不足，不能充分的滿足施工需求，隧道開挖過分的依賴作業班組，過分要求增加隧道開挖進尺，強調縮短作業時間，堅持“寧超勿欠”的施工理念，導致超欠挖現場嚴重，未對每茬炮進行質量監測、信息反饋和經驗總結，不能根據爆破效果和圍巖變化及時調整修改爆破設計參數，也易造成超欠挖。

（4）不對掌子面進行測量放線，炮孔位置不認真測量，沒有專人布設，任由工人隨意鉆孔，導致超欠挖。

1.4 其他原因

（1）因隧道欠挖需二次補炮，導致隧道出現超挖。

（2）預留變形量過大，隧道變形穩定后，凈空增大，導致回填混凝土過多。

2 超欠挖控制措施

2.1 施工管理

良好的施工管理和組織，對減少隧道超欠挖意義重大。隧道超欠挖問題不僅是技術問題，也是施工管理問題，只有建立一套完整施工管理制度，才能保證施工順利實施。

（1）建立健全質量責任體系。

（2）成立以現場測量員為主要成員的隧道開挖信息跟蹤、處理及反饋小組，負責跟蹤、收集、整理及反饋隧道超欠挖信息。

（3）加強組織保障，對炮工實行定人定區作業。

（4）建立以超欠挖、材料消耗、作業時間為主要內容的獎懲制度，并嚴格對隧道作業班組進行考核。

2.2 避免過分找頂

對于軟弱薄層巖層和松散破碎圍巖，開挖后小塊圍巖相互擠壓形成鑲嵌結構。找頂時會破壞這種平衡，過分找頂將有找不完的危石，所以開挖后禁止過分找頂排險。及時噴射混凝土封閉圍巖，封堵、填充、粘結和加固巖石裂隙，提高巖體結構面結合力，提高破碎巖層自承力，避免過分找頂導致嚴重超挖。

2.3 光面爆破參數優化

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、裝藥結構以及起爆技術等。

2.3.1 周邊眼間距（E）與最小抵抗線（w）確定

根據地質條件及工程經驗類比法，設計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，并根據爆破效果及時調整參數，直至達到減少超欠挖的光爆效果。

爆破后若有較大超挖，說明周邊眼間距過小，需要調大間距;爆破后光爆孔出現凹面，則說明抵抗線太小，應適當加大抵抗線，反之若出現凸面，則說明抵抗線過大，應減小。

2.3.2 裝藥量與方法

現場爆破效果統計結果表明，小藥包連續裝藥可很好控制超挖，在爆破中應推廣使用小直徑藥包連續裝藥或間隔裝藥。

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和應力波對圍巖的破壞作用，因而有利于減少超欠挖，提高輪廓質量?，F場應用效果對比說明，使用等差雷管、半秒雷管和毫秒雷管爆破時，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，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

現場施工時，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，循環進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，改善作業環境。

3 結束語

3.1 爆破超欠挖理念的改變

在控制超欠挖技術的研究中，首先應改變超欠挖施工理念，即必須改變“寧超勿欠”傳統觀點，樹立“少欠少超”理念。即，容許一定程度的欠挖，如，日本隧道施工時，容許概率為16%的欠挖，即在開挖斷面上取100個點，不超過16個點的超挖。從而避免開挖輪廓線的無謂擴大，減少超挖。我國鐵路隧道施工規范也有類似規定：當圍巖完整、石質堅硬時，容許巖石個別突出部分（每1 m2不大于0.1 m2）侵入襯砌。侵入值應小于襯砌厚度的1/3，并小于5 cm。

3.2 開挖方法及機械配套的選擇

根據工期要求和地質條件，通過綜合經濟比較，選擇爆破開挖還是機械開挖。

鉆爆法施工隧道工程時，既要注重傳統的“爆破技術”的基礎性工作，如現場的測量放線、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“長短眼+空眼”組合爆破方式。其次要注重機械化配套設備在隧道施工中的應用，如濕噴機械手、鋼拱架安裝機、錨桿鉆機和注漿機等設備現場的推廣應用，降低人力成本，提升施工效率，有效控制隧道施工超欠挖，并縮短循環作業時間，加快進度。

3.3 加強現場管理

日常施工管理中應加強超欠挖、預留變形量及二襯混凝土超量的控制管理。項目經理必須親自抓，工程、物資、尤其是計劃部門需全程參與工程施工過程的管理，改變項目管理中前期重進度而輕成本的管理理念，從工程開工就抓起，將成本管理貫穿始終，爭取最大的效益。

參考文獻

[1] 劉國強，劉彬，張慶明，等. 巖溶隧道光面爆破參數優化及其應用研究[J]. 隧道建設（中英文）：1-10.

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