基于鉆爆法在隧道超欠挖控制中的應用

歐陽丹

（江西交設工程咨詢有限公司，江西 南昌 330009）

0 引言

在隧道工程項目開展階段出現超欠挖問題，會給工程的開展造成一定的影響。鉆爆法能有效解決超欠挖問題，保障隧道工程施工的安全。

1 超欠挖危害分析

超欠挖在隧道工程施工過程中比較常見，出現超欠挖的情況會給隧道工程造成一定的危害，主要體現在以下幾方面[1]：

第一，隧道工程發生超欠挖的問題，會增大施工量，還會危害隧道安全、降低隧道質量，極易造成變形、坍塌的問題，危害人們生命安全。

第二，隧道內超欠挖問題的存在，會損壞周邊圍巖結構。超欠挖現象往往會導致隧道內部存在嚴重凹凸不平問題，在一定程度上破壞圍巖結構穩定性。

第三，如果隧道內存在比較大面積的超欠挖問題，隧道無法正常運行，在二襯施工中極易存在偏差等問題，影響襯砌施工效果。

第四，襯砌施工時，如果內部防水板發生斷裂的問題，會造成隧道防水性能不合格，出現裂縫、滲漏的問題。

第五，在隧道超空間回填的情況下，應用混凝土作為施工材料，延長施工時間，還會造成成本升高。

因此，在隧道施工中，加強超欠挖控制極為重要。

2 隧道超欠挖原因分析

2.1 地質原因

地下隧道開挖施工環節中，地質因素是導致隧道發生超欠挖的重要原因之一。圍巖地質條件如果比較差，如圍巖裂隙發育較大、含水量高、地下水豐富等，都容易造成超欠挖問題。如果圍巖有明顯節理、裂隙、溶洞、軟弱夾層等，經過爆破作業會造成周邊圍巖結構損壞，結構面的強度和性能下降比較明顯，最終引發超欠挖的問題[2]。

2.1.1 水平巖層

隧道結構內部的水平薄層層狀巖層在鉆爆施工中，因為巖層之間的作用力減小，在震動的作用之下出現巖體松弛的情況，極易出現拱部某個層面脫落、掉塊等問題，不能形成新的開挖輪廓線，拱部發生超欠挖。

2.1.2 軟弱巖層

軟巖隧道內節理發育比較劇烈，圍巖結構結合效果較差，因為結構的影響，巖體受到擠壓而發生損壞，容易風化崩解，遇水后穩定性下降速度很快，現場施工中存在拱部、邊墻掉塊嚴重的問題。在該部位上，軟巖變形問題較為常見，開裂的發生會引發安全問題。例如我國云南地區，有很多區域軟弱巖層的問題比較常見，在開挖后出現變形量超過施工要求的情況，危害工程安全性。

2.2 爆破技術

2.2.1 測量放線

由于隧道內能見度較低，測量人員在測量過程中，前后視點找準難度較高，容易發生數據偏差的情況。還會發生由于掌子面平整度較差，導致炮眼設置上出現偏差而引發超欠挖。

2.2.2 鉆孔精度

鉆孔是重要工作之一，孔位、外插角都是造成超欠挖的主要原因。

（1）孔位

個別鉆孔施工中，因為掌子面平整度不合格，鉆孔位置偏差嚴重。鉆孔作業中，因為巖層破碎、夾泥等問題，發生塌孔的危害，只能在附近區域補孔，受到人為因素的干擾和影響，出現孔位偏差的問題。鉆孔前，僅考慮難易程度，沒有加強鉆孔位置的控制，尤其是和周邊孔距的設定不當，極易發生拱頂、腰線、邊墻的施工精度不合格。

（2）外插角

現場的施工中，常采用人工手持風鉆施工方式，受到人為干擾因素的影響，沒有根據規定方向鉆孔，在周邊眼外插角較大的情況下，有些孔眼外插腳誤差超過30cm，開挖尺寸較大時，會造成隧道超挖問題的發生。

2.2.3 爆破參數

爆破參數設置不合理是比較常見的超欠挖問題，主要體現為以下幾個方面：

（1）掏槽方式不正確，造成爆破后沒有出現符合實際工作需要的臨空面，最終導致爆破的質量無法滿足要求；

（2）周邊眼間距、最小抵抗線布置不合格，容易造成超欠挖的質量問題；

（3）周邊眼沒有按照設計方案確定，盲目增加周邊炮孔間距，進而引發超欠挖的問題；

（4）起爆網絡設計不當，炮孔爆破時出現順序不合理的情況，影響爆破的質量，最終出現欠挖的情況。

2.3 施工管理

爆破施工作業現場，需要加強組織管理、人員配備、技術交底、現場跟蹤管理、資料收集等方面管控。如果施工現場管理不到位，很多管理措施無法有效落實，都會給爆破作業的質量和效果帶來負面的影響。主要體現為以下幾個方面：

第一，現場班組人員不固定，人員流動性較強，穩定性不足，在掌子面鉆孔時無法確定責任人，新進入的人員對掌子面圍巖情況了解不夠深入，鉆研質量不合格，極易發生超欠挖的問題。

第二，現場人員沒有根據規定標準要求進行鉆孔、裝藥，現場質量問題頻發，導致超欠挖。

第三，現場管理人員經驗不足，技術人員水平較低，對現場各項施工過程監督管理不當，不能有效地指導現場施工，隧道開挖過度依賴施工班組，造成現場管控不到位而引發超欠挖的問題。

第四，沒有加強掌子面測量放線管控，數據精度不合格，炮孔測量偏差嚴重，也沒有組織專人設置，最終引發超欠挖的問題。

2.4 其他原因

隧道欠挖現象出現后，需要進行二次補炮，控制不嚴格易引發超挖的問題。

3 隧道超欠挖的控制

3.1 超欠挖預防

為確保隧道工程質量合格，消除超欠挖的問題，加強超欠挖預防尤為重要。隧道施工人員應以工程的實際情況為出發點，選擇合適的超欠挖預防方式，如嚴格落實測量放線控制、提高尺寸精度、在開挖現場布置必要的通風照明措施、準確標記隧道輪廓線再打眼等，加強細節控制，落實預防和管控工作。公路隧道開挖階段，根據現場情況配置合格的人員，及時修正開挖方向的偏差。同時，應用斷面儀、收斂儀等設備準確測量開挖斷面，獲得精準的爆破開挖施工參數，保證開挖質量符合要求。

3.2 科學合理的鉆爆設計

隧道鉆爆的施工階段，鉆爆設計是提高工程質量的關鍵。在鉆爆設計工作中，應準確控制周邊眼邊距、最小抵抗線、深度、角度、藥物量、起爆順序、時間間隔等。鉆爆設計須以爆破質量合格作為基礎，減少炮眼數量，從而節約施工材料，避免引發大面積的損壞，提高鉆爆施工的質量水平。

3.2.1 炮孔布置

（1）炮孔布置環節

按照槽孔、周邊孔、輔助孔的順序進行。槽孔通常設置在開挖面的正下方，在該工作的實施中，應結合現場爆破的情況做出必要的調整。通常來說，和其他孔對比分析，掏槽孔的深度應適當地增大10～20cm。設置周邊孔時，外插角達到1o左右即可，同時還要確保邊墻的周邊孔距離比其他位置上的炮孔距離小5cm 左右，炮孔直徑不能超過42mm。

（2）周邊孔設置環節

將周邊孔均勻設置在輪廓線之外，注意縮小輪廓線的距離，現場設置階段，斷面各個拐角部位上都要設置炮孔。

（3）周邊孔間距、最小抵抗線設定環節

分析現場的具體情況，確保輔助孔設置達到要求，不給爆破施工造成負面影響。

3.2.2 超欠挖控制

（1）開展精準測量

提高測量技術水平，確保測量精度，是消除超欠挖問題的關鍵。

在隧道項目開展施工時，技術人員應選用先進測量儀器設備，加強設備管理與維護，確保設備正常工作，發揮出應有的作用。

在開挖環節，通過設備檢測可以確定隧道中線水平，一旦出現偏差，應及時做出調整，達到精度標準要求，預防發生超欠挖的問題。

在進入現場開展施工作業前，對設計院出具的資料進行現場復測，并且根據需要設置控制網結構。測量使用符合國家標準要求的全站儀，經過檢定合格，顯示數處于正常使用范圍內，并應用雙人雙測法測量。

高程測量使用精密水準儀進行。洞口各個基準點都要應用三角閉合的檢測方式，通過多次精準測量，保證坐標數據精度合格。隧道各個洞口一般設置四個以上平面控制點，其中一個為后備預留點，另外三個為高程控制點。在隧道內部空間中，通常要引出兩條單獨導線，進行測量校核控制，達到數據精度要求。在工作結束之后，應在邊墻1.5m 的部位上設置水準點。隧道內部的控制線需要通過各個洞口的兩個高程水準點向洞內引設，同時在內部間隔100m 布置一個水準點。

在隧道內部設置全自動隧道激光斷面儀檢測輪廓尺寸，了解是否出現超欠挖的問題，如果有，應及時糾正處理。

此外，現場施工人員做好各項尺寸記錄工作，關注各影響因素，采取預防應對措施，消除超欠挖的問題。

（2）加強鉆孔精度控制

開挖施工現場，鉆孔精度控制尤為重要，這是影響隧道超欠挖問題的關鍵。

在現場施工開始前，應對鉆孔技術展開分析，選擇合適的超欠挖控制措施，總結經驗教訓，落實現場施工管理和控制，消除負面因素的干擾。

隧道開挖施工中，鉆孔執行標準、深度、孔位、傾斜度必須達到要求。只有快速確定孔位、精度合格，才能確保輪廓線邊線達到要求，預防發生超欠挖的問題。

鉆孔工作實施前，由現場測量人員快速標記，通過風槍快速確定具體的鉆孔位置，達到工程精度的要求。應保證手持風機鉆孔方向、傾斜度合格，達到精確的要求，以滿足爆破工程技術標準要求。

在鉆孔施工應達到準、平、直、齊的要求。

準是隧道開孔應達到設計方案要求，準確性合格，嚴格落實規范要求，如果發現軟弱圍巖變化，應及時做出孔位調整，注意只能在10cm 范圍內移動，拱頂孔只能左右移動，邊墻孔位只能上下移動，確保開挖輪廓線周邊孔放線偏差在1cm 內。嚴格控制開挖輪廓線周邊孔外插角，不能超出規定的要求，方向和開挖輪廓線保持一致。V 級隧道圍巖的孔深度一般從開挖輪廓線向內偏移6cm，Ⅳ級圍巖偏移4cm 左右。

直是掌子面直線段應在最上部進行標記，孔位達到精度的要求，立即插上未施工炮釬，鉆孔孔位處于同一垂線上。平是保證各個部位上的孔位達到平行設置的要求。齊是現場施工掌子面的深度應和垂直隧道軸線在同一平面上，槽孔深度應增加到15cm 左右，鉆孔深度要結合掌子面平整度做出改變和調整，孔底處于同一平面上。值得注意的是，工作開展時需要按照隧道工程的具體情況，做好施工過程的工藝控制，保證各方面的施工參數均滿足實際需求。

（3）確定鉆眼深度

隧道開挖施工環節，巖質符合穩定標準后，采取深孔鉆爆的方法進行現場施工，為項目施工開展順利進行提供基礎。考慮到隧道開挖現場的具體狀況，深孔鉆爆一般達到4～5m，鉆孔角度偏差過于嚴重，炮眼將無法達到使用的要求，開挖效果和質量也會受到影響，嚴重干擾施工質量。因此，在隧道開挖作業階段，應加強鉆孔深度的控制，盡量避免外插角。公路隧道開挖階段，應確保炮眼深度達到規定要求，嚴格落實地質條件情況，落實施工工序管控工作，落實綜合性分析與研究工作，提高隧道鉆孔開挖規范化與標準化，避免發生超欠挖的問題。

（4）重視鉆爆人員培訓教育

組織鉆爆工作人員開展學習和培訓活動，確保其對設計方案以及質量標準有足夠的了解。強化“少欠少超”觀念，提高人員業務能力水平，使其可以根據現場的具體情況做出鉆爆參數調整，符合現場施工標準要求。

（5）加強開挖施工現場的管控

現場施工中，管理人員需要落實現場管理與控制，構建完善的質量保障工作體系。明確崗位人員職責和權限，一旦出現問題能夠立即確定責任人。高度關注現場施工情況，提升項目施工效果。隧道洞身開挖必須加強各個工序的管控，落實技術交底與管控工作，嚴格執行隧道質量檢測與控制工作，對提升隧道工程的質量水平有重要的意義，也能預防發生超欠挖的問題。具體方法為以下幾點：

第一，建設完善的質量監督管理體系；第二，組建現場質檢工作團隊，落實跟蹤與管控工作，收集掌握施工現場各項信息，了解超欠挖的情況；第三，落實組織管理工作，明確人員責任和義務；第四，制定獎懲制度，對超欠挖、材料損耗、作業時間等都要進行管控，落實考核管理工作，從而消除不利因素的影響。

4 結語

在隧道工程施工中，超欠挖的問題比較突出，會對隧道安全性產生不利影響，也容易造成經濟損失、人員傷亡等事故問題。因此，在進行隧道施工中，明確現場超欠挖問題和影響，使用鉆爆法開展作業施工，對超欠挖的控制來說非常重要。現場施工人員應控制測量準確度、加強人員培訓、落實現場管控措施，盡可能地消除超欠挖的問題，才能確保隧道項目施工順利進行，提高工程的質量水平。