浅谈隧道施工欠挖处理技术

　　【摘要】近年来，随着我国国民经济的迅速发展，无论是铁路还是公路，在线路等级或行车速度方面都有了更高的要求，这在无形中就对线路中的隧道工程提出了更高的要求。笔者作为新建铁路南宁至广州线施工组织设计，对于超欠挖问题进行了深入研究。本文系作者在实际工程中，对于超欠挖的安全管理方面的一些理解，对于实际施工具有一定的参考意义。

　　【关键词】隧道施工;超欠挖;爆破;检测;

　　开挖是控制隧道施工中的关键工序，决定了施工的工期和造价。超挖过多，会增加出渣量和衬砌量而导致工程造价的提高，同时局部的超挖会引起应力集中，导致围岩的稳定性降低;欠挖对衬砌厚度有直接的影响，会引起安全产生和工程质量的隐患，需要花费多余的时间、资金来处理。

　　预裂爆破和加强光面爆破是控制超欠挖的常用方法。笔者在新建铁路南宁至广州线施工过程中，对于隧道施工过程中的超欠挖现象进行了一定实际的研究。该铁路线路中隧道按新奥法原理组织施工，根据围岩级别不同采用钻爆法和人工配合机械开挖法施工，开挖采用光面爆破，严格控制超欠挖。

　　一、超欠挖的检测技术研究

　　在隧道施工过程中应当根据现场条件采用切实可行的超欠挖量测定方法，其中主要(以内模为参照物)有直接测量法、直角坐标法、三维近景摄影法等方法。检测超欠挖主要是要测量断面，因此可以根据测量断面的方法将超欠挖量的测定方法分为两类：直接测量开挖断面面积的方法和非接触观测法。直接测量开挖断面面积是直接接触或者是间接接触开挖断面的测量方法，包括激光束测量、投影仪测量和内膜直接测量。非接触类观测法是不接触开挖断面，利用观测的方法来测量断面面积，包括极坐标法、直角坐标法和三维近景摄影法。

　　二、超欠挖问题的控制研究

　　笔者通过对近百座隧道的调查和统计，将影响超欠挖的因素归结为以下几点：爆破技术、测量放线、钻孔精度、地质条件变化、施工组织管理。因此控制超欠挖的重点是控制孔精度、爆破和施工管理，这种分析与笔者本次施工的实际是符合的。

　　2.1改变“宁超勿欠”的传统观念

　　在超欠挖技术的安全管理中，首先应该改变观念，即必须改变“宁超勿欠”的传统观点，树立“少欠少超”的观点。在实际工程中，应该容许一定程度的欠挖。例如，《铁路隧道施工规范》(TB10204-2002)规定：当围岩完整、石质坚硬时，容许岩石个别突出部分侵入衬砌;侵入值应小于衬砌厚度的1/3，并小于10cm;对喷锚衬砌应不大于5cm。

　　2.2提高钻孔技术水平

　　钻孔技术对隧道超欠挖的影响主要是周边炮孔的外插角θ、开口位置e和钻孔的深度L，它们与超欠挖高度(h)有如下的关系：

　　h=e+Ltan(θ/2)

　　上式表明，外插角θ与钻孔深度L的增大，h增大。L是一个设计指标，可在设计中加以控制。即在其他条件一定时，采用较浅孔爆破对减少超挖是有利的。这也是国外在钻孔深度上很少采用超过4.0m以上深孔的原因，而在一般情况下，都采用3.5m左右的钻孔深度。笔者从实际的工程中发现，控制θ值是比较困难的，但是控制e值是可能的。炮眼间距的布置应该实行多打眼少装药，多打眼少装药的好处在于：节省火工品的成本，光面爆破效果出来了，能够很好的控制隧道超欠挖。

　　在的新建铁路南宁至广州线花培岭隧道爆破中，Ⅱ级、Ⅲ级围岩开挖采用全断面钻爆法施工，Ⅲ级围岩、Ⅳ级围岩采用上下正台阶法钻爆施工。开挖主要采用光面爆破掘进作业，严格控制超欠挖，尽量减小扰动围岩。在施工中根据光面爆破设计结合现场地质情况进行爆破试验，不断修正爆破参数，达到最优爆破效果，开挖后及时完成初期支护。爆破需要达到以下效果：炮眼利用率大于90%;半眼痕保存率大于80%;爆破后围岩面应圆顺平整，无欠挖，平均线性超挖面不超过20cm，且围岩面上无粉碎岩石和明显裂隙，以减少对围岩的施工扰动。

　　2.3进一步解决好爆破技术参数的合理匹配

　　笔者对国内外100多座隧道的超欠挖现象进行的统计表明，爆破技术对超欠挖影响还是很大的，所谓的爆破技术就是指爆破方法、爆破方式以及各种爆破参数。通过统计发现，即使采用了控制爆破也仍然有相当数量的超欠挖。爆破方式有全断面一次爆破、台阶法爆破、导洞现行扩大爆破和预留光面层爆破等方式。不同爆破方式的效果比较如下表所示。

　　表1不同爆破方式效果比较

　　爆破方式超挖值

　　(cm) 欠挖值

　　(cm) 炮孔保存率

　　(%) 备注

　　全断面一次爆破台阶法 10.8～14.5 3～13 60～80 作业方法和地质

　　预留光面层 12.88 2～7 75 条件大致相同

　　导洞现行扩大 7.2～10.5 0.3～0.6 81～86

　　同时，正确的使用爆破器材以及装药方法，能够有效的降低爆破产生的振动，减少应力波对围岩的破坏作用，因此可以有效的减少超欠挖现象，提高开挖轮廓的质量。

　　2.4隧道组织施工的现场管理

　　笔者指出，良好的组织施工管理，对于减少超欠挖具有十分现实的意义。控制隧道超欠挖的过程中，建立一套完善、系统的质量保证体系，并对整个施工过程进行严格科学的管理是非常必要的。隧道组织施工现场管理的目的就在于要将影响隧道施工的因素置于可控的状态，从而达到爆破设计的基本要求。在爆破质量管理中，应该坚持几个基本原则：必须采用控制爆破;在条件允许的情况下，应该优先考虑采用操作简单且精度高、有良好性能的器材仪器;严格控制断面的测量放线精度;严格控制钻孔精度;严格控制重要爆破作业的质量;必须做到及时检测和及时反馈;必须强化施工组织管理等。

　　2.5测量放线和地质条件

　　控制超欠挖主要是开挖轮廓线的精度要控制好，首先就要保证中线和标高的准确，其次是要通过正确的方法来保证轮廓线位置的准确。中线和标高的偏移，将使断面轮廓线向一侧偏移，造成开挖断面一侧超挖，一侧欠挖。一般情况下，由于隧道的掌子面是斜的，会导致放线的误差。所以提高放线精度，可以有效的降低超欠挖现象。

　　地质条件是客观条件，是欠挖处理的前提，是确定爆破参数的基本依据。现阶段的爆破设计主要是根据经验、类比或现场实验设计，而地质条件却是随着掘进不断变化，其主要是围岩节礼裂缝的变化。

　　笔者所在的新建铁路南宁至广州线花培岭隧道处的地质条件为：隧道范围无大的区域性断层通过;IDK255+505处深94～112m(洞身)受区域性构造影响，岩体破碎，节理裂隙面可见绿泥石化现象，推测为倾向北面断层;隧道洞身范围燕山期花岗岩两次和寒武系地层侵入接触，受侵入作用影响，接触带处岩体破碎，风化作用强烈。

　　三、综述

　　超挖引起多装、多运渣，超挖空间还要用混凝土回填;欠挖则要进行二次清理，造成人工、工期和材料的超额消耗，知识工程成本增加。笔者在新建铁路南宁至广州线施工中负责组织设计，深刻的认识到超欠挖问题是一个严重而又普遍的问题，因此笔者通过调查研究，结合自身的实际经验，提出了若干见解。但是对于解决超欠挖问题的措施，笔者还将进一步的研究。

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