超欠挖控制在山嶺隧道施工中的重要意義

劉勝東

0 引言

超欠挖即以隧道設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓為基準(zhǔn)線(xiàn),將實(shí)際開(kāi)挖獲得的輪廓線(xiàn)與基準(zhǔn)線(xiàn)比較,基準(zhǔn)線(xiàn)以外部分稱(chēng)為超挖,基準(zhǔn)線(xiàn)以?xún)?nèi)部分稱(chēng)為欠挖,與基準(zhǔn)線(xiàn)重合部分為零超欠挖。

山嶺隧道爆破施工過(guò)程中,超挖和欠挖是不可避免的,此現(xiàn)象不僅以前存在,現(xiàn)在存在,以后還將會(huì)長(zhǎng)期存在。近幾年,各單位在如何做好超欠挖控制方面采取了很多措施并做了大量的工作,取得了一定的效果,但隨著施工規(guī)模的擴(kuò)張,現(xiàn)場(chǎng)管理和作業(yè)人員的認(rèn)識(shí)和水平問(wèn)題,控制水平又有反彈。

鑒于控制和減少超欠挖,以及超欠挖對(duì)隧道的安全、質(zhì)量、進(jìn)度和成本的影響關(guān)系重大,本文就超欠挖原因、危害和采取的措施進(jìn)行歸納總結(jié),以共享提高。

1 超欠挖原因分析

1.1 認(rèn)識(shí)不足

根據(jù)隧道質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),凡隧道出現(xiàn)初襯厚度超過(guò)一定范圍該分項(xiàng)為不合格產(chǎn)品,凡隧道二襯厚度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的評(píng)為不合格:1)交不了工;2)影響進(jìn)度;3)因返工造成大量的人力、物力的損失,甚至可能在處理超欠挖時(shí)引發(fā)塌方造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失;4)給后期運(yùn)營(yíng)帶來(lái)安全隱患。要充分認(rèn)識(shí)超欠挖后果的嚴(yán)重性,并只有在認(rèn)識(shí)到位的基礎(chǔ)上才能對(duì)超欠挖采取有效的控制措施和手段。

1.2 地質(zhì)原因

主要指圍巖的節(jié)理、裂隙等非主觀因素的影響。由于圍巖存在明顯的節(jié)理、裂隙、軟弱夾層、溶洞等,爆破后圍巖不沿周邊炮孔的切割線(xiàn)破壞,而極有可能沿這些結(jié)構(gòu)面或軟弱面破壞,形成主觀很難控制的超欠挖。通常這種情況的出現(xiàn),一方面可能由于自身能力所限,不能及早發(fā)現(xiàn)或者認(rèn)識(shí)不充分,未采取有效的預(yù)防和加固措施進(jìn)行;另一方面監(jiān)測(cè)不及時(shí)或不真實(shí),造成發(fā)現(xiàn)問(wèn)題不及時(shí)。

1.3 測(cè)量放樣

首先,控制點(diǎn)不正確造成放樣錯(cuò)誤,其結(jié)果形成超欠挖;其次測(cè)量操作失誤也是引起超欠挖的因素,而且一旦出現(xiàn)一次操作失誤,其下一循環(huán)在前一個(gè)循環(huán)欠挖未處理之前很難保證不出現(xiàn)欠挖。

1.4 爆破技術(shù)

目前山嶺隧道基本上都采用的是新奧法,要求采用光爆技術(shù)或者預(yù)裂爆破進(jìn)行控制超欠挖。但由于預(yù)裂爆破技術(shù)還處于摸索階段,并未形成完整的理論和得到推廣;光面爆破在國(guó)內(nèi)全面推廣,但爆破參數(shù)的選擇不確定性大,目前大多采用經(jīng)驗(yàn)法來(lái)進(jìn)行參數(shù)的確定。缺乏專(zhuān)業(yè)爆破技術(shù)人員也是造成超欠挖難于控制的因素。

1.5 斷面檢測(cè)

主要針對(duì)洞身開(kāi)挖斷面檢查和二次襯砌前斷面檢測(cè)。開(kāi)挖后未對(duì)每循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行斷面檢查,或敷衍了事。對(duì)發(fā)現(xiàn)的超欠挖部分處理不及時(shí)或放任不管。不按規(guī)定頻率進(jìn)行認(rèn)真抽查,甚至不檢查,對(duì)填寫(xiě)的內(nèi)業(yè)資料都是閉門(mén)造車(chē)。缺乏施工經(jīng)驗(yàn),不能有效觀察超欠挖的存在,未能及時(shí)安排進(jìn)行復(fù)核和處理。

1.6 超前支護(hù)施工質(zhì)量差

進(jìn)行超前支護(hù)可以有效保證施工安全,也可減少超挖。但現(xiàn)在在施工超前支護(hù)時(shí)大多難于保證其施工質(zhì)量,如鋼管間距不均,角度控制差,注漿不飽滿(mǎn)等,故難以控制超欠挖。同時(shí)隧道開(kāi)挖后,沒(méi)有及時(shí)初噴,導(dǎo)致圍巖暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng),掉塊和脫落影響超挖的控制。

2 超欠挖對(duì)隧道施工的影響

2.1 安全影響

隧道超欠挖控制較好時(shí),線(xiàn)條直順美觀,斷面圓順,極少產(chǎn)生應(yīng)力集中,可避免不必要的變形和塌方;爆破震動(dòng)控制良好,對(duì)圍巖松動(dòng)圈較小,產(chǎn)生變形和坍塌的幾率小;設(shè)計(jì)和實(shí)施支護(hù)達(dá)到要求,可控制變形,避免二次剝皮和返工。在此基礎(chǔ)上,可確保施工安全和企業(yè)的信譽(yù)。一旦控制不利,可能在處理超欠挖時(shí)引發(fā)塌方造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,并給后期運(yùn)營(yíng)帶來(lái)安全隱患。

2.2 質(zhì)量影響

根據(jù)隧道質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),凡隧道出現(xiàn)初襯厚度超過(guò)一定范圍該分項(xiàng)為不合格產(chǎn)品,凡隧道二襯厚度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的評(píng)為不合格;超欠挖還會(huì)影響噴混凝土、二次襯砌混凝土、排水、壁面美觀等,甚至無(wú)法交工。其對(duì)施工企業(yè)的信譽(yù)和個(gè)人的收入影響較大。

2.3 進(jìn)度影響

超挖造成開(kāi)挖時(shí)間長(zhǎng),出碴時(shí)間長(zhǎng),支護(hù)時(shí)間長(zhǎng),甚至出現(xiàn)襯砌時(shí)間長(zhǎng),施工進(jìn)度難以保障;或因控制不力造成返工,進(jìn)而投入大量的人力、物力處理,影響工程整體竣工。欠挖的二次處理,不僅會(huì)造成新的超挖和支護(hù),還會(huì)對(duì)后部工序的作業(yè)時(shí)間造成影響,對(duì)整體進(jìn)展不利。同時(shí)可能造成開(kāi)挖快,后續(xù)施工進(jìn)度跟不上,導(dǎo)致步距不合理,出現(xiàn)工序停工和窩工的現(xiàn)象。

2.4 成本和效益影響

超挖對(duì)隧道成本的影響主要是增加支護(hù)和襯砌的成本,相對(duì)而言超挖對(duì)巖石開(kāi)挖成本的影響則較小。現(xiàn)在督導(dǎo)隧道施工中,均需要進(jìn)行開(kāi)挖和支護(hù),如每米隧道多超挖 1m巖石,就開(kāi)挖成本,增加的費(fèi)用很少或者不增加,但是由此就要造成增加 1m支護(hù)和襯砌混凝土回填的工程量,故超挖對(duì)隧道成本的影響是非常大的。就超欠挖而言,超挖對(duì)隧道成本的直接影響大于欠挖。但決不意味著欠挖可以忽視,在一定條件下,如果沒(méi)有其他輔助設(shè)施消除欠挖,而是用鉆孔補(bǔ)爆的方法來(lái)消除,則欠挖預(yù)示著產(chǎn)生更大的超挖。因?yàn)殂@孔爆破處理欠挖往往會(huì)爆下比欠挖量多幾倍的巖石,從而造成人工、材料的超額消耗,浪費(fèi)更大。

3 控制超欠挖采取的措施

3.1 技術(shù)措施

3.1.1 提高鉆孔質(zhì)量

爆破設(shè)計(jì)完成后,鉆孔成為超欠挖控制的關(guān)鍵工序。鉆眼在按設(shè)計(jì)眼位開(kāi)孔的同時(shí),還必須掌握好鉆眼方向和眼深的精度。但由于受鉆孔設(shè)備和鉆孔技術(shù)的限制,鉆孔方向、炮眼深度很難達(dá)到光爆要求,因此鉆眼時(shí)要注意:周邊眼開(kāi)眼位置一般應(yīng)使炮眼中心線(xiàn)落在輪廓線(xiàn)上,鉆眼的斜率要根據(jù)孔深來(lái)調(diào)整,應(yīng)保證周邊眼眼底在開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外 5 cm左右為宜;如果工作面不平整,應(yīng)按實(shí)際情況調(diào)整炮眼深度及裝藥量,力求所有炮孔孔底落在同一個(gè)平面上;所有周邊眼應(yīng)保證同一個(gè)傾斜角度。

3.1.2 控制周邊眼裝藥量

控制周邊眼裝藥量是控制隧道超欠挖的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。周邊眼的裝藥量與巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、節(jié)理發(fā)育程度、炸藥品種等因素有關(guān),因此,應(yīng)提前探測(cè)開(kāi)挖進(jìn)工作面所穿過(guò)巖石的性質(zhì)、破碎程度,根據(jù)實(shí)際要求選擇合適的孔間距、光爆層厚度和炸藥品種,應(yīng)用這些參數(shù)確定最佳的裝藥量。

3.1.3 采用合理的裝藥結(jié)構(gòu)

目前光面爆破的裝藥結(jié)構(gòu)主要有徑向不耦合裝藥、單段空氣柱裝藥、多段空氣柱間隔裝藥和其他特殊異性裝藥結(jié)構(gòu)。在隧道掘進(jìn)光面爆破中,應(yīng)根據(jù)工作面的巖性、炸藥品種、炮眼深度和方向,選擇既保證能獲得良好光面爆破效果,又便于操作,易于實(shí)現(xiàn)的光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)。因此,對(duì)于水平眼淺眼掘進(jìn)爆破,宜采用炸藥裝于炮孔底部的單空氣柱裝藥結(jié)構(gòu);對(duì)于水平眼深眼掘進(jìn)爆破宜采用炸藥裝于炮孔中部,裝藥里外預(yù)留空氣柱的裝藥結(jié)構(gòu);對(duì)于垂直炮眼,由于不易實(shí)現(xiàn)空氣柱或水柱裝藥結(jié)構(gòu),可以在裝藥底部或上部放置一根細(xì)長(zhǎng)木條,作緩沖層的空氣柱或水柱裝藥結(jié)構(gòu),均可以取得良好的光面爆破效果,將超欠挖都控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

3.2 制度措施

嚴(yán)格按照監(jiān)理程序要求檢查、嚴(yán)格按照批準(zhǔn)的方案進(jìn)行實(shí)施。

加強(qiáng)獎(jiǎng)罰制度,強(qiáng)化內(nèi)部管理:技術(shù)水平的提高是減少超欠挖的前提和最基本的措施。但工人工資收入沒(méi)有與掘進(jìn)質(zhì)量、材料消耗等掛鉤的單位,超欠挖嚴(yán)重而工人工資收入與之掛鉤的班組,隧道成型質(zhì)量好,超欠挖也基本上控制在規(guī)定范圍內(nèi)。因此各項(xiàng)目應(yīng)制定和實(shí)施相應(yīng)的獎(jiǎng)罰條例,對(duì)控制好的應(yīng)重獎(jiǎng),對(duì)控制不好或者差的應(yīng)對(duì)相應(yīng)責(zé)任人重罰直至清場(chǎng)。事實(shí)證明,實(shí)行有效可行的管理措施,各項(xiàng)技術(shù)措施才能得以實(shí)施,它是控制超欠挖的關(guān)鍵。

3.3 人員措施

首先對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的司鉆工控制周邊眼,并盡可能長(zhǎng)期固定;對(duì)新進(jìn)場(chǎng)的人員必須進(jìn)行理論培訓(xùn)和現(xiàn)場(chǎng)不少于 10 d的跟班實(shí)習(xí),然后再進(jìn)行綜合培訓(xùn)后經(jīng)考核合格可正式施鉆。考核時(shí)根據(jù)施作水平采取不同的待遇,穩(wěn)定和留住人員。對(duì)各司鉆崗位人員進(jìn)行定崗,并與效益工資掛鉤,采取獎(jiǎng)懲措施,提高責(zé)任心和施作水平等。

3.4 加大執(zhí)行力

制度完善、交底和方案完成、人員配置到位,需要有專(zhuān)人負(fù)責(zé)落實(shí)各項(xiàng)措施的具體落實(shí)到位情況,并嚴(yán)格執(zhí)行各種考核和激勵(lì)制度,才能徹底扭轉(zhuǎn)不利的局面,使超欠挖逐步得到有效的控制,并取得好的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

1)隧道開(kāi)挖施工中要積極運(yùn)用測(cè)量新技術(shù),加強(qiáng)對(duì)測(cè)量放線(xiàn)的控制,避免在放線(xiàn)時(shí)造成隱形的超欠挖。

2)重視并采取專(zhuān)人負(fù)責(zé)對(duì)隧道開(kāi)挖技術(shù)的統(tǒng)計(jì),及時(shí)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié),要根據(jù)不同的地質(zhì)條件反饋的信息,及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)。

3)在滿(mǎn)足技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求的情況下,鉆爆機(jī)械設(shè)備的改造和測(cè)量設(shè)備的選擇至關(guān)重要,不能只考慮前期投資的大小而忽視工程的最終成本。

4)應(yīng)杜絕施工中只重視掘進(jìn)速度,忽視開(kāi)挖質(zhì)量的思想和認(rèn)識(shí),意識(shí)到超欠挖控制的好壞直接影響工程總體效益。

5)措施和辦法:關(guān)鍵在落實(shí),落實(shí)到位,一定能夠取得好的效果,綜合管理水平也會(huì)提升。

[1] TB 10204-2002,鐵路隧道施工規(guī)范[S].

[2] TZ 214-2005,客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路隧道施工技術(shù)指南[S].

[3] 關(guān)寶樹(shù).隧道施工要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社, 2003.

[4] JTJ 042-94,公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].