隧道超欠挖控制技術(shù)探究
——以鉆爆法為例

丁守運(yùn)

（青島西海岸新區(qū)交通運(yùn)輸局，山東青島 266400）

1 引言

隧道施工是一項(xiàng)高度復(fù)雜且精密的工程，其中，超欠挖問(wèn)題是困擾工程師們的一大難題。 尋求一種有效的控制技術(shù)減少鉆爆法施工中的超欠挖問(wèn)題，提高隧道施工的質(zhì)量和效率，成為一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。

隧道超欠挖的控制技術(shù)研究不僅有助于優(yōu)化鉆爆法施工工藝，提高施工效率，更能為隧道工程的安全和質(zhì)量提供保障。有研究表明， 通過(guò)深入探討鉆爆法施工過(guò)程中的各種因素，如地質(zhì)條件、鉆爆參數(shù)、施工操作等對(duì)超欠挖的影響，可以尋找出有效的控制措施，以減少超欠挖的發(fā)生[1-2]。 此次研究旨在以鉆爆法為例，對(duì)隧道超欠挖的控制技術(shù)進(jìn)行深入研究。 通過(guò)分析和總結(jié)已有的研究成果，并結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，探討如何在保證隧道施工效率的同時(shí)，提高超欠挖控制的效果，為未來(lái)的隧道施工提供有價(jià)值的參考和借鑒。希望本研究能為解決隧道施工中的超欠挖問(wèn)題，提高隧道工程的質(zhì)量和安全性作出貢獻(xiàn)。

2 鉆爆法概述及其在隧道挖掘中的應(yīng)用

2.1 鉆爆法原理及特點(diǎn)

鉆爆法是一種常用的隧道掘進(jìn)方法， 它利用爆炸能量破碎地層，快速開(kāi)挖并形成隧道。 其原理是通過(guò)鉆孔將炸藥放置在隧道工作面上，然后引爆炸藥，產(chǎn)生爆炸能量來(lái)破碎地層，達(dá)到開(kāi)挖隧道的目的。 鉆爆法的步驟一般包括圖1 所示的8個(gè)主要過(guò)程。

圖1 鉆爆法主要施工步驟

在鉆爆法進(jìn)行施工前， 對(duì)地質(zhì)的勘探和巖石性質(zhì)的分析是非常關(guān)鍵的步驟。 通過(guò)這些勘探和分析，工程師們能夠確定最合適的鉆爆參數(shù)和方案，為后續(xù)的施工提供重要的依據(jù)。 鉆孔的布置、鉆孔的過(guò)程、質(zhì)量的檢查，以及裝藥、連接導(dǎo)爆管和密封等步驟，都需要嚴(yán)格按照預(yù)定的方案和設(shè)計(jì)來(lái)執(zhí)行，確保每一個(gè)細(xì)節(jié)都做到位。 調(diào)整爆破參數(shù)也是一項(xiàng)十分關(guān)鍵的工作，它直接影響巖石的破碎效果。 鉆爆法之所以被廣泛采用，是因?yàn)樗哂凶鳂I(yè)速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低、施工靈活等諸多優(yōu)勢(shì)，尤其在處理硬地質(zhì)和巖石時(shí)，這種方法尤為高效。 然而，它也存在一些風(fēng)險(xiǎn)，如炸藥的儲(chǔ)存和使用安全，以及振動(dòng)和噪聲對(duì)周邊環(huán)境的影響。 因此，嚴(yán)格遵守安全規(guī)范和采取必要的防護(hù)措施，是確保施工安全的不二法則。

2.2 鉆爆法在隧道挖掘中的應(yīng)用

在隧道挖掘中，相比傳統(tǒng)的機(jī)械挖掘方法，鉆爆法可以快速破碎硬質(zhì)巖石，節(jié)約了大量的時(shí)間和人力資源。 其次，鉆爆法適用范圍廣泛。 不同類(lèi)型的地質(zhì)條件和巖石性質(zhì)會(huì)對(duì)隧道開(kāi)挖造成不同的影響， 但鉆爆法能夠應(yīng)對(duì)各種地質(zhì)條件。 此外，鉆爆法成本較低。 相比其他挖掘方法，鉆爆法的設(shè)備和操作成本相對(duì)較低。 同時(shí)，由于鉆爆法可以快速完成開(kāi)挖任務(wù)，能夠減少工期，從而降低了勞動(dòng)力和管理費(fèi)用。

然而，鉆爆法在應(yīng)用中也存在一些挑戰(zhàn)。 首先，對(duì)于一些敏感地區(qū)或者需要保持地表穩(wěn)定的地方， 使用鉆爆法可能會(huì)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，需要采取相應(yīng)的控制措施。 其次，爆破產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲也會(huì)對(duì)周邊環(huán)境和居民造成一定的影響， 需要采取防護(hù)措施來(lái)減少對(duì)環(huán)境的影響。 例如，在西海岸黃山齊長(zhǎng)城隧道爆破施工前，為確保安全，一是為做好青鹽鐵路保護(hù)，會(huì)同鐵路部門(mén)辦理了涉鐵保護(hù)； 二是組織距離隧道爆破施工較近的王臺(tái)街道石灰窯西村部分老舊房屋住戶進(jìn)行統(tǒng)一搬遷；三是為做好齊長(zhǎng)城遺址保護(hù)，依法履行文物保護(hù)審批程序，確保文物安全。

綜上，鉆爆法高效快速、適用范圍廣泛和低成本等優(yōu)勢(shì)，使得鉆爆法成為隧道挖掘中的重要工具。 然而，在應(yīng)用過(guò)程中也需要注意對(duì)地質(zhì)環(huán)境和周邊環(huán)境的影響， 采取相應(yīng)的控制措施，以保證工程質(zhì)量和安全[3]。

3 鉆爆法在隧道超欠挖中的控制技術(shù)

3.1 鉆爆法的超挖控制技術(shù)

鉆爆法的超挖控制技術(shù)是指在進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)， 針對(duì)可能出現(xiàn)的超挖現(xiàn)象采取的一系列措施和技術(shù)手段。 超挖是指在爆破作業(yè)中，爆破區(qū)域的挖掘深度超過(guò)設(shè)計(jì)要求，給工程施工帶來(lái)不利影響。

鉆爆法的超挖控制技術(shù)主要包括爆破參數(shù)優(yōu)化、 爆破設(shè)計(jì)精確化、應(yīng)用監(jiān)測(cè)技術(shù)以及施工操作規(guī)范化。 其中，爆破參數(shù)優(yōu)化是合理選擇和控制超挖的關(guān)鍵，包括裝藥量、孔距、孔深和起爆方式等參數(shù)的選擇和調(diào)整， 以達(dá)到爆破效果的穩(wěn)定和控制挖掘深度的目的。 此外，可以通過(guò)精確的爆破設(shè)計(jì)控制爆破效果，減少超挖現(xiàn)象的發(fā)生。 而采用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，如振動(dòng)監(jiān)測(cè)、位移監(jiān)測(cè)等，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)挖掘區(qū)域的變形情況。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的反饋，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)和施工方式，以減少超挖現(xiàn)象的發(fā)生。 最后，合理的施工操作是控制超挖的關(guān)鍵。通過(guò)培訓(xùn)和指導(dǎo)施工人員正確操作爆破設(shè)備， 掌握爆破技術(shù)要點(diǎn)，嚴(yán)格按照規(guī)范操作，可以有效降低超挖的風(fēng)險(xiǎn)。 鉆爆法的超挖控制技術(shù)是爆破工程中非常重要的一環(huán)， 通過(guò)優(yōu)化爆破參數(shù)、精確爆破設(shè)計(jì)、應(yīng)用監(jiān)測(cè)技術(shù)、規(guī)范施工操作，可以有效地控制超挖現(xiàn)象的發(fā)生，保證工程的施工效率和質(zhì)量。

3.2 鉆爆法的欠挖控制技術(shù)

在進(jìn)行鉆爆法施工的過(guò)程中，欠挖控制是一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)，它關(guān)乎工程的穩(wěn)定和安全，因此，這項(xiàng)技術(shù)的重要性不容忽視。

鉆孔布置和爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)是欠挖控制的首要任務(wù)。 鉆孔的位置、深度和角度都要經(jīng)過(guò)詳細(xì)的計(jì)算和設(shè)計(jì)，確保爆破時(shí)，巖石或土壤能夠得到有效的破碎，同時(shí)避免過(guò)度開(kāi)挖。 這需要工程師具備豐富的經(jīng)驗(yàn)和深厚的專(zhuān)業(yè)知識(shí)， 對(duì)爆破原理和地質(zhì)情況有深入的了解。 爆破序列和引爆時(shí)間的控制也是欠挖控制中的重要環(huán)節(jié)。 合理的爆破序列可以確保巖土破碎的均勻性，避免某些部位過(guò)度破碎，而其他部位欠挖。 引爆時(shí)間的精確控制，可以使爆破的效果達(dá)到最佳，減少欠挖現(xiàn)象的發(fā)生。 除此之外，施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)和調(diào)整也是必不可少的。開(kāi)挖深度要及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)欠挖現(xiàn)象，要立即調(diào)整施工方案。 可以通過(guò)地下水位、開(kāi)挖面的變形等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以為工程師提供寶貴的參考， 幫助他們判斷施工效果，并對(duì)施工方案做出及時(shí)的調(diào)整。

綜上，欠挖控制技術(shù)在鉆爆法施工中扮演著關(guān)鍵的角色，它不僅關(guān)系到施工的效果， 更對(duì)工程的安全和穩(wěn)定起著決定性的作用。 因此，施工人員必須充分重視這項(xiàng)技術(shù)，確保施工的順利進(jìn)行。

4 鉆爆法在隧道超欠挖控制中的應(yīng)用實(shí)際效果分析

以下對(duì)研究中涉及的鉆爆法超挖控制技術(shù)和鉆爆法欠挖控制技術(shù)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用效果驗(yàn)證。

案例隧道位于青島西海岸新區(qū)G204 煙滬線黃山段，是一條重要的交通通道。 該隧道的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約為1.49 km，下穿齊長(zhǎng)城遺址，東臨青鹽鐵路，地質(zhì)條件多變。 在施工過(guò)程中，隧道面臨著多種技術(shù)挑戰(zhàn)，包括圍巖穩(wěn)定性差、地下水豐富、巖石硬度高等。 為驗(yàn)證超挖控制技術(shù)的有效性，研究選用爆破參數(shù)優(yōu)化、爆破設(shè)計(jì)精確化、監(jiān)測(cè)技術(shù)以及施工操作規(guī)范化4 種方法對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析：爆破參數(shù)優(yōu)化方法設(shè)為方法A，爆破設(shè)計(jì)精確化設(shè)為方法B，監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)為方法C，施工操作規(guī)范化設(shè)為方法D，4 種方法的結(jié)合設(shè)為方法E。

為了驗(yàn)證欠挖控制技術(shù)的有效性，選用鉆孔布置和爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)、爆破序列和引爆時(shí)間的控制以及施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)和調(diào)整3 種方法進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比分析。將鉆孔布置和爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)設(shè)為方法F， 爆破序列和引爆時(shí)間的控制設(shè)為方法G，施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)和調(diào)整設(shè)為方法H。 3 種方法的結(jié)合設(shè)為方法I。試驗(yàn)選用的超挖技術(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)為超挖量，欠挖技術(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)為欠挖量。 不同方法的試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同方法的超挖量及欠挖量結(jié)果

由圖3a 可知，在鉆爆法的超挖控制技術(shù)中，結(jié)合4 種優(yōu)化方法的方法E 的超挖量?jī)H為3.22 cm，相比于其余幾種方法分別降低了6.03 cm、4.59 cm、5.36 cm、4.18 cm。說(shuō)明結(jié)合爆破參數(shù)優(yōu)化、爆破設(shè)計(jì)精確化、監(jiān)測(cè)技術(shù)以及施工操作規(guī)范化4種方法的優(yōu)化方案能夠有效改善超挖控制技術(shù)的性能， 對(duì)改善隧道施工的質(zhì)量和安全性具有積極的指導(dǎo)作用。

由圖3b 可知，在鉆爆法的欠挖控制技術(shù)中，結(jié)合3 種優(yōu)化方法的方法I 的欠挖量?jī)H為1.38 cm，相比于其余幾種方法分別減少了2.94 cm、3.61 cm、2.72 cm。 說(shuō)明結(jié)合鉆孔布置和爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)、爆破序列和引爆時(shí)間的控制，以及施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)和調(diào)整3 種方法的方法I 能夠有效改善欠挖控制技術(shù)的性能。

5 結(jié)論

為隧道施工提供有效的超欠挖控制方法和技術(shù)有助于提高隧道施工的質(zhì)量和安全性。 研究針對(duì)鉆爆法的超欠挖控制技術(shù)，分別提出了多種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。 結(jié)果顯示，在鉆爆法超挖控制技術(shù)中， 方法E 通過(guò)將爆破參數(shù)優(yōu)化、 爆破設(shè)計(jì)精確化、監(jiān)測(cè)技術(shù)以及施工操作規(guī)范化4 種方法相結(jié)合，使超挖量?jī)H為3.22 cm，相對(duì)于其他單一方法，超挖量降低了6.03 cm，表現(xiàn)出更為優(yōu)異的性能。 優(yōu)化方案對(duì)改善隧道施工的質(zhì)量和安全性起到了積極的作用。 同樣，在鉆爆法欠挖控制技術(shù)中，方法I 通過(guò)結(jié)合鉆孔布置和爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)、 爆破序列和引爆時(shí)間的控制以及施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)和調(diào)整3 種方法， 使欠挖量?jī)H為1.38 cm，相對(duì)于其他單一方法，最大減少了2.94 cm，再次證明了其有效性。 說(shuō)明無(wú)論是超挖控制還是欠挖控制，通過(guò)綜合運(yùn)用不同的優(yōu)化方法，都可以顯著改善鉆爆法的性能，從而提高隧道施工的質(zhì)量和安全性。 但本研究主要是關(guān)注了鉆爆法中超欠挖控制方法和技術(shù)， 未涉及其他可能影響隧道施工質(zhì)量和安全性的因素， 未來(lái)研究將進(jìn)一步探究隧道超欠挖控制的綜合方法和措施。