鐵路隧道爆破開挖超挖的控制舉措探討

楊 彩

（中國電建集團(tuán)鐵路建設(shè)有限公司，北京 100048）

1 鐵路隧道爆破開挖超挖的影響因素

1.1 地質(zhì)因素

鐵路隧道開挖段的地質(zhì)情況會(huì)影響爆破的質(zhì)量，從而導(dǎo)致開挖時(shí)出現(xiàn)超挖。主要分為以下情況：巖體在自然狀態(tài)下構(gòu)造中的裂隙逐漸發(fā)育發(fā)展會(huì)形成軟弱結(jié)構(gòu)面（包括斷層面或節(jié)理面等），以致在爆破過程中容易產(chǎn)生沿著斷層或節(jié)理面開裂而導(dǎo)致超挖，具體見圖1（a）；巖體若本身存在非均質(zhì)性或穩(wěn)定性較差，在爆破開挖時(shí)容易在軟硬度不同的交接部位出現(xiàn)超挖，具體見圖1（b）；巖體受到強(qiáng)風(fēng)化或硬度普遍偏低，從而使得爆破時(shí)未按照原定的設(shè)計(jì)輪廓線開裂并形成超挖，具體見圖1（c）。

圖1 地質(zhì)因素對超挖的影響

1.2 施工因素

當(dāng)鐵路隧道開挖段圍巖的特性一定時(shí)，爆破工藝選擇不當(dāng)、操作不規(guī)范或管理不到位等均會(huì)造成超挖。例如，前期的放線及現(xiàn)場測量工作不夠細(xì)致，使得放線時(shí)出現(xiàn)超放或不按規(guī)定放線等都會(huì)導(dǎo)致在爆破時(shí)出現(xiàn)超挖；鉆孔操作人員不熟練、操作不規(guī)范等容易出現(xiàn)設(shè)置孔位的偏差、孔位不平行及孔底高度未保持在同一作業(yè)面等問題而導(dǎo)致爆破開挖時(shí)超挖；在開挖到底部后的保留工作層處，當(dāng)進(jìn)行標(biāo)高處開挖時(shí)容易處理過度出現(xiàn)超挖。

1.3 爆破因素

爆破開挖時(shí)的參數(shù)選擇失誤或流程不規(guī)范都會(huì)造成開挖。（1）每循環(huán)進(jìn)尺過大。在開挖的外偏角確定后，若每次開挖循環(huán)中沒有精準(zhǔn)控制，容易出現(xiàn)過大偏差，最終因累積效應(yīng)導(dǎo)致超挖。（2）周邊眼間距設(shè)置不當(dāng)。不同巖體特性要經(jīng)過計(jì)算后設(shè)置周邊眼間距，若間距設(shè)置不合理就會(huì)導(dǎo)致欠挖或超挖的情況發(fā)生。（3）裝藥量或藥徑控制不當(dāng)。爆破開挖時(shí)需要精準(zhǔn)設(shè)置裝藥量，并且還要根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整避免超挖，同時(shí)還要考慮藥卷直徑與實(shí)際情況的耦合系數(shù)，防止爆破時(shí)作用于孔壁的壓力過大而導(dǎo)致破壞性的超挖。（4）未選擇間隔裝藥方式。未采取間隔裝藥的方式易導(dǎo)致爆破時(shí)因孔壁壓力過大而造成炮孔周邊巖體粉碎型超挖。（5）最小抵抗線選擇不當(dāng)。若最小抵抗線選擇不當(dāng)通常會(huì)出現(xiàn)以下兩種情況：一是孔內(nèi)爆破能量多作用于保留圍巖而導(dǎo)致巖石未能有效爆破而出現(xiàn)欠挖；二是爆破能量過大使得在爆轟力的作用下導(dǎo)致圍巖過于破碎形成超挖。

2 鐵路隧道爆破開挖超挖的控制舉措

2.1 施工節(jié)點(diǎn)方面

爆破開挖施工中，必須把握關(guān)鍵施工節(jié)點(diǎn)及工序，并根據(jù)施工技術(shù)的相關(guān)要求做好相應(yīng)的計(jì)算及設(shè)備的配備。（1）精準(zhǔn)測量。在測量放線環(huán)節(jié)，準(zhǔn)確定位中心點(diǎn)、掏槽眼以及定位孔眼位置，準(zhǔn)確放線，并將孔位偏差控制在±20mm。（2）設(shè)備配備。對鉆孔設(shè)備進(jìn)行合理配備及準(zhǔn)確選用，以科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)為原則選用鉆孔臺車及機(jī)具，設(shè)備的操作使用人員必須執(zhí)證上崗并做好相關(guān)培訓(xùn)，在保證安全的前提下確保施工的精準(zhǔn)度。（3）鉆孔精度。在周邊眼的鉆孔精度上，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)孔位開孔，在鉆入30～50mm后及時(shí)調(diào)整外偏角，避免外偏角偏差過大，因此準(zhǔn)確進(jìn)行周邊眼鉆孔十分關(guān)鍵（見圖2）。（4）鉆桿長度。根據(jù)循環(huán)開挖的設(shè)計(jì)要求選擇合適長度的鉆桿，經(jīng)驗(yàn)表明若循環(huán)開挖進(jìn)尺設(shè)定為1m時(shí)，則鉆桿可以選用1.5～2m，若進(jìn)尺為1.5m時(shí)，則可以選用2～2.5m鉆桿。（5）鉆孔位置。若對欠挖要求較低或易于進(jìn)行欠挖處理的，在設(shè)計(jì)輪廓線內(nèi)開孔，即將孔位向設(shè)計(jì)輪廓線內(nèi)移動(dòng)100～200mm，以控制超挖情況。

圖2 周邊孔鉆孔示意圖

2.2 爆破施工方面

在爆破施工環(huán)節(jié)，需要精準(zhǔn)控制該階段的各項(xiàng)工作。一方面，要對每循環(huán)進(jìn)尺予以嚴(yán)格計(jì)算與控制；另一方面，要根據(jù)鐵路隧道圍巖堅(jiān)固系數(shù)f選擇爆破方法。當(dāng)f＞3時(shí)宜采取光面爆破，當(dāng)1＜f≤3時(shí)，宜采取周邊密空孔爆破，當(dāng)f≤1時(shí)宜采取人工開挖。

（1）嚴(yán)控每循環(huán)進(jìn)尺。循環(huán)進(jìn)尺的嚴(yán)格控制能夠保證孔眼鉆孔的位置準(zhǔn)確，且能夠?qū)⒅苓吙渍`差精準(zhǔn)控制在允許范圍內(nèi)，進(jìn)而有效保障了爆破開挖的效果。值得注意的是，當(dāng)鉆孔外偏角確定后，每循環(huán)進(jìn)尺與超挖呈正比關(guān)系（見圖3），若進(jìn)尺控制不嚴(yán)就會(huì)因累積效應(yīng)而產(chǎn)生較大的超挖量。從公式的角度分析，超挖面積S可按公式（1）計(jì)算。

式中：L為每循環(huán)進(jìn)尺；Δr為超挖值。假設(shè)L2=2L1，Δr2=2Δr1， 則S2=4S1； 假設(shè)L2=0.5L1，Δr2=0.5Δr1，則S2=0.25S1。由此可見，控制好開挖進(jìn)尺，就可以有效控制超挖。

圖3 單循環(huán)進(jìn)尺與超挖關(guān)系示意圖

（2）合理選定爆破方法。①光面爆破。若圍巖堅(jiān)固系數(shù)f＞3（中等及堅(jiān)固圍巖），優(yōu)先考慮光面爆破。采用光面爆破時(shí)應(yīng)選用合理的爆破參數(shù)，并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)控與調(diào)整，其中要重點(diǎn)把握線裝藥密度。通常，采用連續(xù)裝藥雖然有著爆力高、密度低的爆破效果，但是專用炸藥采購渠道較窄，有一定難度；采用間隔裝藥時(shí)可以選用直徑為25mm的乳化炸藥，并通過在炸藥之間添加竹片以及導(dǎo)火索進(jìn)行間隔起爆；采用空氣間隔裝藥，可以有效利用炸藥間的殉爆效應(yīng)，通過雷管的反向起爆來達(dá)到引爆傳爆的效果，對于均質(zhì)性好、高硬度圍巖效果極佳。②周邊密空孔鉆爆法。若圍巖堅(jiān)固系數(shù)1＜f≤3（軟弱圍巖），多選擇周邊密空孔鉆爆法。由于這種巖體強(qiáng)度較低，難以按照設(shè)計(jì)輪廓線起爆，因此可通過設(shè)置密集孔形成屏障進(jìn)行減震，孔距多設(shè)置為孔徑的2～5倍，并且根據(jù)巖體的強(qiáng)度越低則孔距選擇越大。同時(shí)，還要注意巖體厚度W的取值。③人工開挖。若圍巖堅(jiān)固系數(shù)f≤1時(shí)，優(yōu)先選擇人工開挖及超前支護(hù)，并且需根據(jù)開挖情況及時(shí)跟進(jìn)襯砌，同時(shí)及時(shí)設(shè)置永久襯砌。

2.3 施工管理方面

在施工管理環(huán)節(jié)注意嚴(yán)格遵循組織制度及各類管理要求。（1）做好交底工作。包括技術(shù)交底、安全交底等，都要由專人負(fù)責(zé)并記錄歸檔，確保工作內(nèi)容的有效貫徹與落實(shí)。（2）開展培訓(xùn)考核。定期組織相應(yīng)的培訓(xùn)以提高施工及管理人員的理論知識及技術(shù)水平，并通過考核確保執(zhí)證上崗人員的技能水平。（3）加強(qiáng)多部門溝通。前期測量放線部門與施工人員要做好材料交接工作，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性。（4）嚴(yán)格把控爆破質(zhì)量。鉆孔與起爆作業(yè)人員必須依照設(shè)計(jì)謹(jǐn)慎作業(yè)，并通過精準(zhǔn)布孔、合理裝藥、順序起爆控制爆破質(zhì)量，以達(dá)到設(shè)計(jì)爆破目標(biāo)。（5）完善檢測流程。在完成爆破工作后應(yīng)及時(shí)組織檢測反饋爆破情況，并形成準(zhǔn)確有效的文件進(jìn)行歸檔，從而為其他技術(shù)工作的開展提供支持。

3 結(jié)束語

隧道爆破開挖過程中，一旦出現(xiàn)超挖不僅會(huì)加大施工成本、減慢施工進(jìn)度，而且還會(huì)對鐵路隧道工程的施工質(zhì)量造成一系列影響。對此，為有效避免超挖，相關(guān)技術(shù)及管理人員必須對其嚴(yán)格把控、高度重視，并在爆破施工中嚴(yán)格落實(shí)各環(huán)節(jié)質(zhì)量控制舉措，進(jìn)而為提高鐵路隧道建設(shè)的質(zhì)量提供支持。