水工隧洞爆破開挖超挖的影響因素及控制舉措

王愛東

中鐵十六局集團第五工程有限公司

1 水工隧洞爆破開挖超挖的影響因素

1.1 地質方面

圍巖特性是影響隧洞爆破效果及超欠挖的重要因素之一，其中，巖體構造裂隙發育容易造成爆破開挖過程中沿斷層、節理面等軟弱結構面破裂線開裂而形成超挖；其次，巖體穩定性及均質性較差，或存有軟巖、硬巖交接部位，也會導致開挖時軟巖部位出現超挖；另外，巖體強風化、低硬度等情況，亦會造成爆破后周邊起爆眼無法依照設計輪廓線爆破，并出現一定程度的超挖。因此，在某種程度而言，因地質因素而導致的超挖最難控制。

1.2 施工方面

若隧洞圍巖巖性一定，則爆破開挖操作不規范或管理不當，均是導致超挖的重要因素。主要包括：（1）前期測量不規范。周邊眼開挖輪廓線未依照作業要求均勻放線，或放線時超放均會導致后期爆破開挖時出現超挖。（2）鉆孔操作不專業。司鉆人員操作不規范，未按周邊眼設計要求的孔位司鉆，以致鉆孔時孔位及外偏角出現偏差、孔位不平行以及孔底未保持在同一開挖作業面等。（3）欠挖處理不當。隧洞開挖出現欠挖后，因處理過度而導致超挖。

1.3 爆破方面

爆破開挖時作業參數選擇不當也是造成超挖的關鍵因素之一，主要包括下述方面：

（1）每循環進尺過大。當周邊眼外偏角一定時，若每循環開挖進尺越大，則鉆孔孔底與設計開挖輪廓偏差越大，導致超挖也會越大。

（2）周邊眼間距不合理。周邊眼布設未依據巖體特性合理選擇孔距，致使孔間距過大爆破時未能沿設計輪廓開裂而造成欠挖，或因孔間距過小而導致爆破力過大造成超挖。

（3）最小抵抗線選擇不當。若最小抵抗線過大則易導致爆破時因圍巖阻力使得周邊輪廓未按設計輪廓開裂，孔內炸藥爆破能量大多作用于保留圍巖而導致不能爆下巖石；若最小抵抗線過小則爆破作用能量過大，易造成爆轟力過大而導致圍巖過于破碎形成超挖。

（4）裝藥量不合理。未依照圍巖特性及光面爆破試驗合理選擇與確定裝藥量，或未依據實際爆破效果對裝藥量予以動態調整，進而導致爆破時出現超挖。

（5）藥徑選擇過大。周邊眼直徑一定且連續裝藥時，藥卷直徑選擇偏大時，則不耦合系數偏小，使得爆破時作用于孔壁上的壓力過大，進而導致孔壁嚴重破壞造成超挖。

（6）未采取間隔裝藥。炮孔直徑一定，藥卷直徑偏大時，若不選擇間隔裝藥，則易致使爆破時作用于孔壁上的壓力過大，進而導致炮孔四周圍巖過于粉碎而造成超挖。

2 水工隧洞爆破開挖超挖的控制舉措

2.1 施工技術方面

（1）精準測量。水工隧洞開挖過程中，測量人員須嚴格把控測量作業質量，做好每茬炮的測量放線，其中，除應按要求做好本茬炮中心點、周邊線的放線外，還應要做好掏槽眼、周邊眼等的放線作業，并確保周邊眼孔位偏差不得超過±2cm。另外，在進行每茬炮測量放線前，應首先對上茬炮孔的超欠挖情況予以測量，并將測量所得結果及時反饋至項目部及司鉆人員。

（2）合理配置鉆孔設備。合理選擇鉆孔臺車及機具，不僅能夠確保司鉆人員的人身安全，而且有效保障了鉆孔過程中孔位、孔深、孔向等各項參數的精度。

（3）提升鉆孔精度。周邊眼孔位精度是確保爆破效果、避免超挖的關鍵因素，因此，在進行周邊眼鉆孔時，務須嚴格按照設計孔位予以開孔，并在鉆進3cm～5cm后對鉆孔外偏角予以調整，從而保證最小鉆孔外偏角。

（4）選擇適宜長度鉆桿。根據每循環開挖進尺數，合理選擇適宜長度的鉆桿，對于減小外偏角偏差，避免超挖十分有利。長期實踐經驗發現，若每循環開挖進尺為1.0m，則多選擇1.5m～2.0m 鉆桿實施鉆孔作業；若每循環開挖進尺為1.5m，則多選擇2.0m～2.5m 鉆桿實施鉆孔作業；若每循環開挖進尺為2.0m，則多選擇3.0m～3.5m鉆桿實施鉆孔作業。

（5）于設計輪廓線內開孔。當隧洞超欠挖要求不高，或軟弱圍巖以及易進行欠挖處理的隧洞開挖時，可依據隧洞圍巖及超挖情況，將周邊眼開孔孔位向輪廓線內移動10cm～20cm，以有效減少超挖現象的發生。

2.2 爆破施工方面

隧洞周邊輪廓超挖控制的主要方法為：其一，嚴控每循環進尺。其二，根據巖石堅固系數（f）合理選擇爆破方法。其中，對于f＞3的中等堅固及堅固圍巖多選擇光面爆破，對于f=1～3的軟弱圍巖多選擇周邊密空孔鉆爆法，f≤1時則選擇人工開挖。

2.2.1 嚴控每循環進尺

嚴格把控每循環進尺，確保周邊眼鉆孔誤差在允許范圍內，進而有效保證爆破開挖效果。其中，在鉆孔外偏角一定時，每循環開挖進尺越大，則超挖量也越大（如圖1）。

圖1 每循環進尺與超挖的關系

其中，每循環開挖進尺為L1、L2，對應的超挖值與超挖面積分別為Δr1、Δr2與S1、S2。其中，超挖面積S=L·Δr/2，則S1/S2=L1·Δr1/（L2·Δr2），假設L2=2L1，Δr2=2Δr1，則S2=4S1，由此類推L2=1/2L1，Δr2=1/2Δr1，則S2=1/4S1。由此發現，通過控制每循環開挖進尺數，能夠有效避免出現超挖。

2.2.2 合理選用爆破方法

（1）光面爆破。采用光面爆破進行隧洞首次開挖，應依據圍巖特性及現場情況選擇適宜的爆破參數，并根據現場爆破實際效果予以動態調整，進而為取得良好的爆破成效提供保障。通常，采取光面爆破時，應嚴格控制線裝藥密度以減少超挖，常見方法有：①連續裝藥。選擇光爆專用炸藥連續裝藥，其密度低、爆速小、猛度低、爆力高，雖爆破效果顯著但采購較為困難。②間隔裝藥。因光爆專用炸藥采購困難，因此，多選擇Φ25mm 的乳化炸藥，同時，為滿足線裝藥密度要求，并達到良好的爆破效果，多采用導火索引爆的間隔裝藥方式，即將炸藥按要求間距加竹片、導火索進行綁扎起爆。③空氣間隔裝藥。對于硬度高、均質性好的圍巖，多采用空氣間隔裝藥，以更好滿足要求線裝藥密度。此裝藥方式利用炸藥殉爆距離，通過在連續裝藥段安設非電毫秒雷管反向起爆，并按間距要求進行間隔裝藥，進而通過毫秒雷管引爆底部炸藥而將炮孔炸藥傳爆。

（2）周邊密空孔鉆爆。對于f 為1～3 的軟質圍巖，因巖體強度較低，即使不耦合裝藥的炸藥量控制再好，也很難按設計輪廓線爆破。因此，此類情況下可采取周邊密空孔鉆爆法，即沿周邊輪廓線鉆一排密集孔形成密孔幕以起到減振作用，孔距（E）為2～5倍孔徑，圍巖越軟則所取孔距E值越大。周邊孔與鄰近的外圈崩落孔間巖體為保護層，巖體厚度（W）取值越大，則爆破時巖體不易崩落，因而，合理選取W 值對于取得良好的爆破效果十分有利。

（3）人工開挖。對于f≤1的軟質土層，只能采取超前支護，人工開挖的方式，邊開挖邊襯砌，并根據開挖情況及時跟進永久襯砌，此種開挖對于控制超挖較為容易。

2.3 施工管理方面

緊抓施工作業管控對于水工隧洞爆破開挖的超挖控制極其關鍵，因此，于作業進行全程之中須切實貫徹標準化、規范化作業并全面加強各項施工作業管控，而且還須做好下述方面：

（1）施作之前項目部須及時組織各崗人員開展相應技術交底與專業培訓，并展開考核，合格后準許持證入職施作；（2）應依據現場實況與施工計劃優選作業設備與測量儀器，確保符合作業所需；（3）相應測量人員務須兢兢業業、細致認真，力保測放成果精準無誤；（4）司鉆人員與炮工須嚴格依據既定設計謹慎施作，確保布孔精準、裝藥量適宜、爆破順序無誤、爆破成效達預期；（5）全面加強超前地質預報，以及時掌握圍巖地質實況；（6）每次爆破之后須及時組織檢測并及時將檢測成果反饋至有關人員，依此對相應鉆孔、爆破參數等予以相應調整。

3 結語

綜上所述，水工隧洞爆破開挖中出現超挖的所致因素眾多，無論是前期的地勘不夠深入或是于施作之中的相應管控不到位等均易致使超挖出現。因此，為竭力規避超挖的出現，全數參建人員務須對水工隧洞的施建全程給予足夠重視，并緊抓隧洞的前期地勘、爆破設計與爆破施工等關鍵環節，以嚴苛、規范化的管理有效把控爆破施作成效規避超挖。