隧道超欠挖控制技術探究
——以鉆爆法為例

丁守運

（青島西海岸新區交通運輸局，山東青島 266400）

1 引言

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

隧道超欠挖的控制技術研究不僅有助于優化鉆爆法施工工藝，提高施工效率，更能為隧道工程的安全和質量提供保障。有研究表明， 通過深入探討鉆爆法施工過程中的各種因素，如地質條件、鉆爆參數、施工操作等對超欠挖的影響，可以尋找出有效的控制措施，以減少超欠挖的發生[1-2]。 此次研究旨在以鉆爆法為例，對隧道超欠挖的控制技術進行深入研究。 通過分析和總結已有的研究成果，并結合實際工程經驗，探討如何在保證隧道施工效率的同時，提高超欠挖控制的效果，為未來的隧道施工提供有價值的參考和借鑒。希望本研究能為解決隧道施工中的超欠挖問題，提高隧道工程的質量和安全性作出貢獻。

2 鉆爆法概述及其在隧道挖掘中的應用

2.1 鉆爆法原理及特點

鉆爆法是一種常用的隧道掘進方法， 它利用爆炸能量破碎地層，快速開挖并形成隧道。 其原理是通過鉆孔將炸藥放置在隧道工作面上，然后引爆炸藥，產生爆炸能量來破碎地層，達到開挖隧道的目的。 鉆爆法的步驟一般包括圖1 所示的8個主要過程。

圖1 鉆爆法主要施工步驟

在鉆爆法進行施工前， 對地質的勘探和巖石性質的分析是非常關鍵的步驟。 通過這些勘探和分析，工程師們能夠確定最合適的鉆爆參數和方案，為后續的施工提供重要的依據。 鉆孔的布置、鉆孔的過程、質量的檢查，以及裝藥、連接導爆管和密封等步驟，都需要嚴格按照預定的方案和設計來執行，確保每一個細節都做到位。 調整爆破參數也是一項十分關鍵的工作，它直接影響巖石的破碎效果。 鉆爆法之所以被廣泛采用，是因為它具有作業速度快、適應性強、成本低、施工靈活等諸多優勢，尤其在處理硬地質和巖石時，這種方法尤為高效。 然而，它也存在一些風險，如炸藥的儲存和使用安全，以及振動和噪聲對周邊環境的影響。 因此，嚴格遵守安全規范和采取必要的防護措施，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用

在隧道挖掘中，相比傳統的機械挖掘方法，鉆爆法可以快速破碎硬質巖石，節約了大量的時間和人力資源。 其次，鉆爆法適用范圍廣泛。 不同類型的地質條件和巖石性質會對隧道開挖造成不同的影響， 但鉆爆法能夠應對各種地質條件。 此外，鉆爆法成本較低。 相比其他挖掘方法，鉆爆法的設備和操作成本相對較低。 同時，由于鉆爆法可以快速完成開挖任務，能夠減少工期，從而降低了勞動力和管理費用。

然而，鉆爆法在應用中也存在一些挑戰。 首先，對于一些敏感地區或者需要保持地表穩定的地方， 使用鉆爆法可能會引發地質災害，需要采取相應的控制措施。 其次，爆破產生的振動和噪聲也會對周邊環境和居民造成一定的影響， 需要采取防護措施來減少對環境的影響。 例如，在西海岸黃山齊長城隧道爆破施工前，為確保安全，一是為做好青鹽鐵路保護，會同鐵路部門辦理了涉鐵保護； 二是組織距離隧道爆破施工較近的王臺街道石灰窯西村部分老舊房屋住戶進行統一搬遷；三是為做好齊長城遺址保護，依法履行文物保護審批程序，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勢，使得鉆爆法成為隧道挖掘中的重要工具。 然而，在應用過程中也需要注意對地質環境和周邊環境的影響， 采取相應的控制措施，以保證工程質量和安全[3]。

3 鉆爆法在隧道超欠挖中的控制技術

3.1 鉆爆法的超挖控制技術

鉆爆法的超挖控制技術是指在進行爆破作業時， 針對可能出現的超挖現象采取的一系列措施和技術手段。 超挖是指在爆破作業中，爆破區域的挖掘深度超過設計要求，給工程施工帶來不利影響。

鉆爆法的超挖控制技術主要包括爆破參數優化、 爆破設計精確化、應用監測技術以及施工操作規范化。 其中，爆破參數優化是合理選擇和控制超挖的關鍵，包括裝藥量、孔距、孔深和起爆方式等參數的選擇和調整， 以達到爆破效果的穩定和控制挖掘深度的目的。 此外，可以通過精確的爆破設計控制爆破效果，減少超挖現象的發生。 而采用先進的監測技術，如振動監測、位移監測等，可以實時監測挖掘區域的變形情況。通過監測數據的反饋，及時調整爆破參數和施工方式，以減少超挖現象的發生。 最后，合理的施工操作是控制超挖的關鍵。通過培訓和指導施工人員正確操作爆破設備， 掌握爆破技術要點，嚴格按照規范操作，可以有效降低超挖的風險。 鉆爆法的超挖控制技術是爆破工程中非常重要的一環， 通過優化爆破參數、精確爆破設計、應用監測技術、規范施工操作，可以有效地控制超挖現象的發生，保證工程的施工效率和質量。

3.2 鉆爆法的欠挖控制技術

在進行鉆爆法施工的過程中，欠挖控制是一項關鍵的技術，它關乎工程的穩定和安全，因此，這項技術的重要性不容忽視。

鉆孔布置和爆破參數的設計是欠挖控制的首要任務。 鉆孔的位置、深度和角度都要經過詳細的計算和設計，確保爆破時，巖石或土壤能夠得到有效的破碎，同時避免過度開挖。 這需要工程師具備豐富的經驗和深厚的專業知識， 對爆破原理和地質情況有深入的了解。 爆破序列和引爆時間的控制也是欠挖控制中的重要環節。 合理的爆破序列可以確保巖土破碎的均勻性，避免某些部位過度破碎，而其他部位欠挖。 引爆時間的精確控制，可以使爆破的效果達到最佳，減少欠挖現象的發生。 除此之外，施工過程中的監測和調整也是必不可少的。開挖深度要及時進行監測，一旦發現欠挖現象，要立即調整施工方案。 可以通過地下水位、開挖面的變形等指標進行監測。這些監測數據可以為工程師提供寶貴的參考， 幫助他們判斷施工效果，并對施工方案做出及時的調整。

綜上，欠挖控制技術在鉆爆法施工中扮演著關鍵的角色，它不僅關系到施工的效果， 更對工程的安全和穩定起著決定性的作用。 因此，施工人員必須充分重視這項技術，確保施工的順利進行。

4 鉆爆法在隧道超欠挖控制中的應用實際效果分析

以下對研究中涉及的鉆爆法超挖控制技術和鉆爆法欠挖控制技術進行實際應用效果驗證。

案例隧道位于青島西海岸新區G204 煙滬線黃山段，是一條重要的交通通道。 該隧道的設計長度約為1.49 km，下穿齊長城遺址，東臨青鹽鐵路，地質條件多變。 在施工過程中，隧道面臨著多種技術挑戰，包括圍巖穩定性差、地下水豐富、巖石硬度高等。 為驗證超挖控制技術的有效性，研究選用爆破參數優化、爆破設計精確化、監測技術以及施工操作規范化4 種方法對其進行實驗對比分析：爆破參數優化方法設為方法A，爆破設計精確化設為方法B，監測技術設為方法C，施工操作規范化設為方法D，4 種方法的結合設為方法E。

為了驗證欠挖控制技術的有效性，選用鉆孔布置和爆破參數的設計、爆破序列和引爆時間的控制以及施工過程中的監測和調整3 種方法進行試驗對比分析。將鉆孔布置和爆破參數的設計設為方法F， 爆破序列和引爆時間的控制設為方法G，施工過程中的監測和調整設為方法H。 3 種方法的結合設為方法I。試驗選用的超挖技術的評價指標為超挖量，欠挖技術的評價指標為欠挖量。 不同方法的試驗對比結果如圖3 所示。

圖3 不同方法的超挖量及欠挖量結果

由圖3a 可知，在鉆爆法的超挖控制技術中，結合4 種優化方法的方法E 的超挖量僅為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。說明結合爆破參數優化、爆破設計精確化、監測技術以及施工操作規范化4種方法的優化方案能夠有效改善超挖控制技術的性能， 對改善隧道施工的質量和安全性具有積極的指導作用。

由圖3b 可知，在鉆爆法的欠挖控制技術中，結合3 種優化方法的方法I 的欠挖量僅為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。 說明結合鉆孔布置和爆破參數的設計、爆破序列和引爆時間的控制，以及施工過程中的監測和調整3 種方法的方法I 能夠有效改善欠挖控制技術的性能。

5 結論

為隧道施工提供有效的超欠挖控制方法和技術有助于提高隧道施工的質量和安全性。 研究針對鉆爆法的超欠挖控制技術，分別提出了多種優化設計方法。 結果顯示，在鉆爆法超挖控制技術中， 方法E 通過將爆破參數優化、 爆破設計精確化、監測技術以及施工操作規范化4 種方法相結合，使超挖量僅為3.22 cm，相對于其他單一方法，超挖量降低了6.03 cm，表現出更為優異的性能。 優化方案對改善隧道施工的質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中，方法I 通過結合鉆孔布置和爆破參數的設計、 爆破序列和引爆時間的控制以及施工過程中的監測和調整3 種方法， 使欠挖量僅為1.38 cm，相對于其他單一方法，最大減少了2.94 cm，再次證明了其有效性。 說明無論是超挖控制還是欠挖控制，通過綜合運用不同的優化方法，都可以顯著改善鉆爆法的性能，從而提高隧道施工的質量和安全性。 但本研究主要是關注了鉆爆法中超欠挖控制方法和技術， 未涉及其他可能影響隧道施工質量和安全性的因素， 未來研究將進一步探究隧道超欠挖控制的綜合方法和措施。