钻爆法隧道超欠挖控制技术

张圣强

[摘  要]：钻爆法施工隧道的超欠挖问题直接关系到工程进度、工程质量和经济效益，从而引起人们的广泛关注。根据国内相关数据统计，隧道超欠挖造成的增加成本约占隧道造价的8%～12%。隧道超欠挖虽受工程地质、爆破技术和施工管理等多方面因素影响，隧道施工时超挖现象虽不可避免，但如何尽量把隧道工程的超欠挖控制在最小范围内是值得探讨的。文章结合已有爆破技术，充分考虑地质因素，优化爆破设计参数，总结加强隧道施工现场管理经验，改变超欠挖理念，认真解决隧道超欠挖问题，以减少效益流失。

[关键词]：超欠挖控制; 喷射混凝土; 隧道爆破; 施工管理

U455.6B

钻爆法施工隧道的超欠挖问题直接关系到工程进度、工程质量和经济效益，从而引起人们的广泛关注。刘国强等[1]对岩溶隧道光面爆破参数进行了研究，郭建等[2]对钻爆法施工隧道超欠挖控制进行了研究，张旭[3]对隧道光面爆破超欠挖影响因素进行了分析，廖凯等[4]设计了隧道超欠挖检测信息系统，张运良等[5]研究了软弱夹层对隧道爆破的影响，刘明才[6]分析了隧道超欠挖对锚喷支护系统稳定性影响，梁东彪等[7-8]分析了炮孔布置参数对隧道超欠挖的影响，潘敏[9]分析了软岩隧道爆破技术。

虽然受工程地质、爆破技术和施工管理等多方面因素影响，钻爆法隧道开挖时超挖现象仍无法避免，但如何尽量把隧道工程的超欠挖控制在最小范围内是很值得探讨的，也是可以解决的。

本文从超欠挖产生原因、控制措施和机械化配套等方面对隧道超欠挖控制技术进行研究。

1 隧道超欠挖原因分析

1.1 地质原因

在地下隧道的开挖工程中，地质因素是造成隧道超欠挖的主要因素之一。圍岩地质条件主要指围岩节理裂隙发育情况、含水量和地下水等非主观因素。若围岩存在较为明显的节理、裂隙、溶洞或软弱夹层等，爆破后岩体无法沿周边孔轮廓线破坏，而极有可能沿结构面或裂隙面发生破坏，从而形成主观上很难控制的超欠挖。以铁路隧道常见的软弱围岩和水平岩层2种典型围岩为例，对不同地质导致的隧道超欠挖进行简要分析。

1.1.1 水平岩层

隧道在水平薄层层状岩体中进行钻爆开挖时，由于岩层间夹制力小，岩体易受到震动而松弛，导致围岩沿拱部某一层节理面脱落、掉块，无法形成设计的开挖轮廓，拱部存在严重超欠挖。欠挖则主要集中在拱脚位置，补炮现象频繁。

1.1.2 软弱岩层

软岩隧道中节理裂隙非常发育，围岩层间结合差，受构造影响大，岩体挤压褶皱，极易风化崩解，遇水成泥，自稳性极差，施工过程中拱部及边墙掉块严重;在此段落中，易发生软岩变形，造成变形开裂，如果预留变形量不足则造成初支侵限而换拱频繁。云南滇西地区，软弱围岩正常施工段落，开挖轮廓放大25～30 cm;在部分软岩变形段，施工完成后，周边收敛明显，最多时收敛达78 cm，开挖轮廓放大至90 cm，远超设计的预留变形量。

1.2 爆破技术

1.2.1 测量放线

由于隧道内能见度低，现场测量人员测量时因前后视点照准困难从而导致误差。掌子面凹凸不平，炮眼定位易出现偏离，从而导致了隧道超欠挖。

1.2.2 钻孔精度

钻孔的孔位和外插角是影响隧道超欠挖的2个因素。

（1）孔位：部分钻孔受掌子面不平整影响不容易在指定位置钻孔;钻孔位置因岩石破碎、夹泥，出现夹钻或塌孔等情况，只能在指定孔位附近再行补孔，加之其他人为因素，导致孔位偏差无法避免存在;钻工打钻时只考虑开孔操作难易而不在指定孔位钻孔，特别是周边孔距控制不当，导致拱顶、腰线和边墙底部超欠挖严重。

（2）外插角：实际施工中，采用人工手持风钻钻孔时，人为因素影响大，无法按预定方向打钻孔，使得周边眼外插角偏差较大，一些孔眼外插误差量可达30 cm以上，当开挖进尺较大时，钻孔的外插角易导致隧道超挖量过大。

1.2.3 爆破参数

爆破参数不合理是导致隧道超欠挖的另一个主要原因。

（1）掏槽方式不合理，导致没有爆出足够的临空面，进一步影响其他炮孔爆破效果。

（2）周边眼间距、最小抵抗线设置参数不合理，导致爆破后隧道超欠挖严重。

（3）周边眼未遵照设计要求，盲目增加周边炮孔间距，引起岩壁的超爆破坏，从而导致了超欠挖。

（4）起爆网络的设计和连接不合理，炮孔爆破顺序不合理影响炮孔爆破质量，进而导致隧道欠挖。

1.3 施工管理

爆破作业的现场管理主要是指作业组织、人员安排、技术交底、技术水平、跟踪指导、信息反馈、质量检测、资料采集、经验总结等。现场管理组织水平高低，直接或间接影响爆破作业的实施和效果。

（1）现场作业班组人员变动过于频繁，掌子面钻眼未能做到“定人定位”，不熟悉隧道掌子面围岩情况，导致钻眼质量不合格，造成隧道的超欠挖。

（2）炮工不按照爆破设计参数进行钻孔和装药，执行力不到位，造成超欠挖。

（3）技术管理人员的数量和现场经验不足，不能充分的满足施工需求，隧道开挖过分的依赖作业班组，过分要求增加隧道开挖进尺，强调缩短作业时间，坚持“宁超勿欠”的施工理念，导致超欠挖现场严重，未对每茬炮进行质量监测、信息反馈和经验总结，不能根据爆破效果和围岩变化及时调整修改爆破设计参数，也易造成超欠挖。

（4）不对掌子面进行测量放线，炮孔位置不认真测量，没有专人布设，任由工人随意钻孔，导致超欠挖。

1.4 其他原因

（1）因隧道欠挖需二次补炮，导致隧道出现超挖。

（2）预留变形量过大，隧道变形稳定后，净空增大，导致回填混凝土过多。

2 超欠挖控制措施

2.1 施工管理

良好的施工管理和组织，对减少隧道超欠挖意义重大。隧道超欠挖问题不仅是技术问题，也是施工管理问题，只有建立一套完整施工管理制度，才能保证施工顺利实施。

（1）建立健全质量责任体系。

（2）成立以现场测量员为主要成员的隧道开挖信息跟踪、处理及反馈小组，负责跟踪、收集、整理及反馈隧道超欠挖信息。

（3）加强组织保障，对炮工实行定人定区作业。

（4）建立以超欠挖、材料消耗、作业时间为主要内容的奖惩制度，并严格对隧道作业班组进行考核。

2.2 避免过分找顶

对于软弱薄层岩层和松散破碎围岩，开挖后小块围岩相互挤压形成镶嵌结构。找顶时会破坏这种平衡，过分找顶将有找不完的危石，所以开挖后禁止过分找顶排险。及时喷射混凝土封闭围岩，封堵、填充、粘结和加固岩石裂隙，提高岩体结构面结合力，提高破碎岩层自承力，避免过分找顶导致严重超挖。

2.3 光面爆破参数优化

光面爆破效果影响因素有最小抵抗线w、周边眼间距E、装药量、装药结构以及起爆技术等。

2.3.1 周边眼间距（E）与最小抵抗线（w）确定

根据地质条件及工程经验类比法，设计出合理的周边眼间距（E=35～70 cm）和最小抵抗线（w=45～80 cm），E/W=0.65～1.10，并根据爆破效果及时调整参数，直至达到减少超欠挖的光爆效果。

爆破后若有较大超挖，说明周边眼间距过小，需要调大间距;爆破后光爆孔出现凹面，则说明抵抗线太小，应适当加大抵抗线，反之若出现凸面，则说明抵抗线过大，應减小。

2.3.2 装药量与方法

现场爆破效果统计结果表明，小药包连续装药可很好控制超挖，在爆破中应推广使用小直径药包连续装药或间隔装药。

2.3.3 爆破器材

合理的爆破器材（雷管和炸药）可以一定程度减小由于爆破振动和应力波对围岩的破坏作用，因而有利于减少超欠挖，提高轮廓质量。现场应用效果对比说明，使用等差雷管、半秒雷管和毫秒雷管爆破时，等差雷管爆破效果最好，另外采用毫秒雷管跳段使用也获得了较好效果。因此，从控制隧道超欠挖角度出发，建议推广等差雷管或者配置毫秒雷管段别。

2.3.4 炮孔封堵

现场施工时，炮孔大多未封堵，如图1所示。

炮孔堵塞合理，装药量和炸药单耗可大大减少，循环进尺和炮孔利用率明显提高，并充分利用炸药爆能，改善爆破效果，降低有毒气体生成量和粉尘的浓度，改善作业环境。

3 结束语

3.1 爆破超欠挖理念的改变

在控制超欠挖技术的研究中，首先应改变超欠挖施工理念，即必须改变“宁超勿欠”传统观点，树立“少欠少超”理念。即，容许一定程度的欠挖，如，日本隧道施工时，容许概率为16%的欠挖，即在开挖断面上取100个点，不超过16个点的超挖。从而避免开挖轮廓线的无谓扩大，减少超挖。我国铁路隧道施工规范也有类似规定：当围岩完整、石质坚硬时，容许岩石个别突出部分（每1 m2不大于0.1 m2）侵入衬砌。侵入值应小于衬砌厚度的1/3，并小于5 cm。

3.2 开挖方法及机械配套的选择

根据工期要求和地质条件，通过综合经济比较，选择爆破开挖还是机械开挖。

钻爆法施工隧道工程时，既要注重传统的“爆破技术”的基础性工作，如现场的测量放线、钻眼深度和钻眼角度控制、装药方法、炮孔封堵，也要“因地制宜”，提出相匹配的爆破方案，如“长短眼+空眼”组合爆破方式。其次要注重机械化配套设备在隧道施工中的应用，如湿喷机械手、钢拱架安装机、锚杆钻机和注浆机等设备现场的推广应用，降低人力成本，提升施工效率，有效控制隧道施工超欠挖，并缩短循环作业时间，加快进度。

3.3 加强现场管理

日常施工管理中应加强超欠挖、预留变形量及二衬混凝土超量的控制管理。项目经理必须亲自抓，工程、物资、尤其是计划部门需全程参与工程施工过程的管理，改变项目管理中前期重进度而轻成本的管理理念，从工程开工就抓起，将成本管理贯穿始终，争取最大的效益。

参考文献

[1] 刘国强，刘彬，张庆明，等. 岩溶隧道光面爆破参数优化及其应用研究[J]. 隧道建设（中英文）：1-10.

[2] 郭建，李兵，刘桂勇，等. 钻爆法施工隧道超欠挖控制研究[J]. 工程爆破，2021，27（1）：79-84.

[3] 张旭. 隧道光面爆破施工超欠挖影响因素分析及控制技术研究[D].北京：北京交通大学，2020.

[4] 廖凯，李林，吴剑. 隧道超欠挖检测信息系统设计与实现[J]. 现代隧道技术， 2020，57（2）：42-48.

[5] 张运良，孙宁新，毛雨，等. 软弱夹层对隧道光面爆破效果影响机理研究[J]. 铁道科学与工程学报，2020，17（1）：148-158.

[6] 刘明才. 隧道超欠挖下锚喷支护系统的稳定性分析[J]. 现代隧道技术， 2019， 56（6）：78-84.

[7] 梁东彪. 周边孔爆破参数对隧道围岩损伤及超欠挖的影响研究[D].成都：西南交通大学，2019.

[8] 于飞飞，张娜，张宪堂，等. 水平层状岩隧道炮孔参数优化及爆破成形研究[J]. 爆破， 2019， 36 （1）： 63-69.

[9] 潘敏. 复杂地质条件下软岩隧道爆破开挖技术研究[J]. 铁道建筑，2013， （6） ：74-76.