浅谈公路隧道超欠挖钻孔施工控制措施

浅谈公路隧道超欠挖钻孔施工控制措施

王春云吕灿

中交一公局第二工程有限公司永嘉上瓯项目

摘要：本文以永嘉上瓯项目金钱龙隧道出口端左洞隧道开挖掘进为背景，分析了造成超欠挖的主要因素及控制方法，提出了控制措施。通过优化的控制措施，从而有效控制隧道超欠挖，对提高隧道施工进度及成本控制方面起到至关重要的作用。

关键词：隧道开挖；超欠挖；影响因素；控制措施

1引言

隧道开挖掘进是隧道施工的关键环节，是控制隧道施工成败的核心，在公路隧道钻爆开挖施工中，超挖或者欠挖都不可避免。隧道超欠挖是以隧道设计开挖轮廓线为基准线，实际开挖获得的断面在基准面以外的部分称为超挖，在基准线以内的部分则称为欠挖。在实际施工中，由于各方面的原因，隧道开挖轮廓成型质量较差，普遍超挖现象较为严重，超挖直接给后续作业如喷锚支护、隧道防排水，二次衬砌等作业造成一定困难，很大程度上影响了工程本身的施工进度，直接增加了施工成本。在超欠挖严重的情况下，对隧道洞室的稳定性也会产生一定的影响。所以隧道开挖掘进中超欠挖问题必须引起高度重视。

2工程概况

金钱龙隧道进口位于永嘉县黄田镇上白岩村，出口位于瓯北镇安丰村，采用上、下行分离的隧道形式。其中右洞起止桩号为YK6+456-YK10+088，长3632m，左洞起止桩号为ZK6+457-ZK10+082，长3625m。，净宽/净高为14.0/5.0m，纵坡为人字形坡，左线坡率+2.4%，-0.64%，右线坡率+2.25%，-0.67%进出口均采用端墙式洞门。其中左线III围岩3260m，IV围岩212m，V级围岩121m；右线III级围岩3230m，IV围岩215m，V级围岩131m。隧道主要以III级围岩为主。隧道根据围岩情况及工期要求，金钱龙隧道Ⅲ级围岩采用全断面光面爆破开挖，钻孔采用YZ28型气腿式凿岩机配合自制门架式开挖台车钻孔爆破。

3隧道超欠挖的影响因素

在钻爆开挖施工中，影响超欠挖的因素可以归纳为以下几个方面：

（1）隧道本身的地质围岩结构情况；

（2）钻爆设计方案；

（3）操作人员的施工技能、钻孔精度；

（4）爆破过程控制；

（5）施工测量；

（6）地质条件的变化。

以上影响因素中可以进行优化的是施工工艺和过程控制措施，其中钻爆设计、操作人员的钻孔精度及爆破过程控制对超欠挖影响最大，因此控制超欠挖的重点就是加强施工管理，控制钻眼精度和爆破技术。

3.1钻孔精度影响分析

钻孔的偏差是产生超欠挖的主要原因。钻孔的偏差一般由三部分组成：

（1）开眼偏差，即开眼中心与设计孔位中心之间的偏差；

（2）方向偏差：即开眼方向与隧道设计轴向轮廓线之间的偏差；

（3）岩石内附加的偏差：即由于岩层产状或岩石节理原因造成钻孔后的偏差量加大。

以上三种偏差中，开眼偏差多半是引起欠挖的主要因素；方向偏差多半是引起超挖的主要因素；在方向偏差中包含有因使用凿岩机而产生的不可避免的偏差，这种偏差随着钻孔深度的增加而增加。

3.2爆破技术影响分析

爆破产生的超欠挖主要是爆破设计参数选择不合理所致，主要包括：

（1）周边眼炮眼间距及爆破层厚度取值不合理，导致超欠挖明显；

（2）周边孔装药量过大，爆破时产生围岩大块塌落，引起超挖；

（3）未能根据围岩的实际情况及时动态的调整周边眼的布眼和装药结构。

3.3测量放线影响分析

控制超欠挖主要是开挖轮廓线的精度要控制好，测量放样隧道中线和标高相对设计值的偏移，将使断面轮廓向一侧偏移，造成开挖断面一侧超挖、一侧欠挖。因此，首先保证测量放样隧道中线及标高的准确，并通过正确的方法来保证开挖轮廓线位置的准确，减少对超欠挖的影响。另外，钻孔前必须对周边眼进行测量布眼，以便提高钻眼的准确度。

3.4地质条件影响分析

地质条件是客观条件，它是确定爆破参数的基本依据。地质情况及围岩是随着开挖而发生变化的，其中主要是围岩节理裂隙的变化。在现场施工中，应根据围岩的实际情况调整钻眼方位和角度，或适当调整周边孔的爆破参数。另外，由于爆破后围岩应力的释放，造成节理张开，隧道围岩的稳定性被破坏，石块脱离岩层，在清理围岩拱顶时，形成一定范围的坍塌和剥落，从而造成超挖。此超挖量随着支护封闭围岩时间推移而增加。在“新奥法”中的及时早封闭围岩的施工原理，就是为了早期束缚隧道围岩的应力释放，将围岩与支护封闭层形成共同承载圈，从而保证隧道围岩的稳定。

4控制超欠挖的措施

4.1周边眼的钻孔和爆破控制

克服钻孔技术对隧道超欠挖的影响主要是对周边眼的控制。外插角θ、开口位置e和钻孔深度L是周边眼的三个主要控制因素，与超欠挖高度的关系方程式为：h=e+L。该关系式表明，随着外插角的θ和钻孔深度L的增大，h也随之增大。为了减少超欠挖，可以通过调整方程式参数解决，具体如下：

（1）调整钻孔偏差，降低外插角偏差；

（2）控制钻孔深度，采取短进尺若爆破原则；

（3）通过钻孔位置少量内移来减少外插角；

第三种方法相对来说最可行，在断面上完整而准确的标出周边眼的位置，根据钻孔深度将孔位定在轮廓放样线内侧的1-3cm处，减少外插角带来的不利影响，这样不仅不会造成明显的欠挖，还可以有效的控制了超挖现象。

4.2优化循环进尺，合理确定炮眼深度

炮眼深度的确定主要受隧道地质条件、施工组织能力、单循环作业时间、装渣机械能力、工期及进度要求的制约。深孔爆破，虽然能获得较好的施工进度，但受钻孔倾斜率的影响，降低了炮眼利用率，增大了炸药消耗量，循环时间会加长，超挖值也会增大；减小炮眼深度就能减少外插角造成超挖。实践证明，炮眼深度由4m减少到2m，可以使平均超挖值减少50%。炮眼深度还可以根据现场实际爆破效果进行微调，做到优化每循环的进尺，获得最佳的施工进度和经济效应。

4.3提高装药质量和爆破技术

超挖造成浪费，欠挖处理影响施工工序时间，造成工序搭接时间延长。隧道施工中要充分运用光面爆破、预裂爆破等控制爆破技术，精心进行钻爆设计，合理选择的钻爆参数，提高装药质量，不断进行优化钻爆设计方案。从实施光面爆破控制超欠挖出发，选择合适的炸药型号，周边眼采用间隔式装药，增加炮孔的线装药高度，改善爆渣块度，提高炮眼保持率。

4.4提高测量技术，减少人为超挖

测量是控制超欠挖的基础，提高测量精度，提高画线精度是控制隧道超欠挖的重要措施。施工中，加强隧道测量施工的学习与培训，定期开爆破控制讨论会，在不断学习与总结中提高测量精度。测量放样过程中，将每循环开挖轮廓线放样于掌子面，画线，并将周边眼按设计要求逐孔标注出来。以降低或取消预留和放样误差，减少人为超挖现象。由于隧道内施工车辆很多、为了防止对导线点及中线点的破坏，将控制点按规定要求埋置，设明显标志及保护措施。定期对控制点进行复核测量。洞内测量放样采取“双检”制，最大程度减小人为误差。

4.5加强人员培训，提高钻孔精度

提高钻孔精度是控制超欠挖的重要措施。为了使超欠挖值限制在最小范围内，提高操作手的钻眼技术十分必要。加大对操作手的培训，让他们熟练的掌握钻孔技术，做到按操作细则、爆破设计方案、布孔要求施作，确保达到规定的孔位、孔深、倾斜度等。采用台车钻孔实行定人、定钻、定孔。台车上拱顶、一台、二台、三台设置钻工标牌、明确个人施打区域。同时严格工序间的检查和监督，坚持按图验收，确保钻孔质量，以达到预期的爆破效果。

5金钱龙隧道出口端隧道掘进超欠挖原因分析及解决措施

5.1超欠挖原因分析

金钱龙隧道隧道在前期进洞爆破开挖中，超欠挖问题比较明显，普遍超挖在20-50cm，之间，已明显超出开挖设计平均超挖值。在分析日常循环进尺、日常检查爆破设计参数、装药量等得出以下几个原因：

（1）周边眼量测间距55cm/50cm，光面爆破层厚度45/48cm，连续观察几个循环均为此情况。

（2）循环开挖进尺过大：IV围岩实测循环进尺均大于3m，导致超挖较大；

（3）钻孔操作手钻孔较角度问题，外插角偏差大；

（4）部分孔位单孔装药量过大：周边孔部分孔位单孔装药量均大于0.4kg

综上所述，施工中未严格按照爆破设计布眼，使周边眼间距E>W，IV围岩循环进尺大于设计2m，周边眼单孔装药量大于设计值0.4kg/孔，加上操作外加角及测量的误差，导致前期爆破整体效果较差。

7优化及推广

在施工中严格按照修改完善的爆破设计参数及布眼图要求施作：

（1）每循环钻爆设计施工前，由主管技术人员确定围岩的地质情况适当调整爆破参数，Ⅳ机围岩周边眼调整为40cm，爆破层厚度控制在55-60cm；

（2）为尽量减小开孔误差，每茬炮开钻前由测量组使用全站仪精确测设开挖线及钻破眼位，特别是对周边眼严格控制，标定好钻孔方向角度，以使凿岩作业时持钻作业人员掌握好炮钎方向。钻眼时严格控制炮眼特别是周边眼的位置、外插斜率及装药量，确保达到预定的爆破效果；

（3）继续推行钻眼分工负责，位置固定，建立孔位负责制，同时实行奖罚制度，谁钻眼出现偏差谁负责，提高时持钻作业人员责任心，确保掏槽眼口间距误差及眼底间距误差不大于5cm，辅助眼排距行距误差不大于10cm，内圈炮眼至周边眼排距误差不大于5cm；

（4）钻眼完毕，按炮眼布置图检查，并做好记录，不符合要求要重新钻眼，经检查合格才能装药；

（5）装药前进行风压清孔，装药在现场爆破员、爆破监理烦人监督指导下进行装药作业，周边眼药包由专职人员加工按照爆破设计进行不偶合空气间隔装药，炮孔堵塞长度不小于50cm，最后炮眼网络连接仔细检查，不漏连，错连，确保起爆网络符合设计要求。

8总结

钻爆法隧道施工超欠挖虽然不可避免，但是通过过程控制、优化钻爆设计等手段可以控制在一定的范围内，由超挖30cm控制到10cm以内，由此产生的经济作用非常明显。不仅大大减少了岩石超挖量，出渣工作量，及砼回填量，缩短循环作业时间，而且还为后续支护衬砌施工创造了一定安全的条件，从而降低了施工成本，加快了施工进度。后期我项目将根据不同的围岩结构，不同的岩质情况提取相匹配的爆破参数，用于指导不同情况下的隧道掘进爆破施工。

参考文献：

[1]中华人民共和国行业标准《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）北京：人民交通出版社，2009年

[2]陈建《隧道施工控制超欠挖技术》[J].广西交通科技，2013，28（3）：36

[3]关宝树《隧道工程施工要点集》北京：人民交通出版社，2011年

[4]永嘉县上塘至瓯北公路工程《两阶段施工图设计》2014年

作者简介：吕灿，男，1986.05，本科，助理工程师

王春云，男，1986.04，本科，工程师