李純林

(云南省水利水電科學(xué)研究院，昆明650228)

控制超挖技術(shù)一直是隧洞施工中經(jīng)常面對(duì)的問(wèn)題，雖然說(shuō)光面爆破技術(shù)已經(jīng)比較成熟而且日益成為隧洞開(kāi)挖中的常規(guī)方法，但由于鉆孔人員技術(shù)參差不齊，以及施工管理不善等原因，在實(shí)際隧洞開(kāi)挖施工中“光爆不光面”，超挖過(guò)大甚至造成嚴(yán)重坍塌等現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生。目前由鉆孔精度不高造成的超挖是個(gè)嚴(yán)重而普遍的問(wèn)題。它對(duì)隧洞施工的進(jìn)度和成本控制有著不容忽視的影響。在超挖嚴(yán)重的情況下，對(duì)隧洞的穩(wěn)定性和正常運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

1 工程概況

文山縣暮底河水庫(kù)位于云南省文山壯族苗族自治州州府所在地文山縣城西北部，距文山縣城13 km。暮底河水庫(kù)是一座以灌溉和防洪為主，兼顧城鎮(zhèn)供水、調(diào)節(jié)下游梯級(jí)電站、改善生態(tài)環(huán)境等綜合利用功能的中型水庫(kù)。2010年，暮底河水庫(kù)樞紐工程榮獲中國(guó)水利工程優(yōu)質(zhì)(大禹)獎(jiǎng)。

暮底河水庫(kù)控制徑流面積307 km2，最大壩高67.1 m，總庫(kù)容5 784.9萬(wàn) m3，興利庫(kù)容4 572.14萬(wàn)m3。灌溉面積0.35萬(wàn)hm2。提供城市工業(yè)生活用水2 451萬(wàn)m3/a。減輕洪水對(duì)文山縣城的威脅，使文山縣城從2 a一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合文山城河堤整治，提高到20 a一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)下游電站進(jìn)行枯期調(diào)節(jié)，增加已建電站枯期發(fā)電量4 700萬(wàn)kW·h。

水庫(kù)攔河壩為黏土心墻灰?guī)r堆石壩，最大壩高67.6 m;左岸開(kāi)敞式溢洪道，控制段寬8 m，校核泄量252.7 m3/s;右岸導(dǎo)流放空隧洞，城門(mén)洞型，最大泄量73 m3/s;右岸輸水隧洞，圓形，直徑3.0 m，全長(zhǎng)3.43 km，過(guò)流量8.0 m3/s。

2 隧洞的工程地質(zhì)條件

輸水隧洞為圓形，位于大壩右岸，直徑2.5 m，輸水隧洞沿線所經(jīng)地層主要為灰?guī)r區(qū)，隧洞埋深40～100 m，巖溶較發(fā)育，型式為溶蝕洼地、漏斗、溶洞。巖性主要為灰?guī)r，生物碎屑灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育?；鶐r呈微風(fēng)化，層狀結(jié)構(gòu)，屬Ⅱ～Ⅲ類(lèi)圍巖，局部IV類(lèi)圍巖，洞身位于地下水之下，涌水量大。

3 隧洞超挖對(duì)工程的影響

根據(jù)《水工建設(shè)物地下開(kāi)挖工程施工技術(shù)規(guī)范》(SL/378—2007)的規(guī)定。一般情況下地下洞室不應(yīng)欠挖，且應(yīng)盡量減少超挖。其開(kāi)挖半徑的平均徑向超挖值，平洞≤200 mm;斜井豎井≤250 mm。不良地質(zhì)地段超挖值的控制標(biāo)準(zhǔn)可由監(jiān)理工程師組織相關(guān)人員商定后報(bào)建設(shè)單位確定。

超挖引起多裝、多運(yùn)碴、超挖空間還要用混凝土回填或其它回填物，從而造成人工、工期和材料、生產(chǎn)管理成本的超額消耗。另外根據(jù)現(xiàn)行工程招投標(biāo)的一些規(guī)定，超出設(shè)計(jì)開(kāi)挖線以外的超挖，及其在超挖空間內(nèi)回填混凝土或其它回填物、噴混凝土等所發(fā)生的費(fèi)用，均應(yīng)包括在《工程量清單》該項(xiàng)目的單價(jià)中，發(fā)包人不再另行支付。這樣施工單位運(yùn)行成本大量增加。超挖也給后續(xù)作業(yè)，如后期噴混凝土等施工作業(yè)造成一定困難。

4 隧洞超挖控制施工技術(shù)

施工初期，由于對(duì)隧洞的地質(zhì)情況了解不深，加之施工人員的作業(yè)水平和施工管理水平不到位，施工測(cè)量放線、鉆孔技術(shù)精度不高，造成鉆孔位置偏差和鉆孔方向偏差，超挖比較嚴(yán)重，平均超挖值達(dá)30 cm，最大達(dá)到50 cm。

針對(duì)施工中出現(xiàn)超挖的問(wèn)題，監(jiān)理工程師和施工方結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的條件，對(duì)造成隧洞超欠挖的地質(zhì)條件，測(cè)量布孔和鉆孔誤差，選擇的爆破參數(shù)不合理，施工管理不到位等因素進(jìn)行了分析研究。并根據(jù)對(duì)相關(guān)隧洞開(kāi)挖工程276個(gè)開(kāi)挖循環(huán)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料的成果，對(duì)影響隧洞超挖的因素可以歸納為以下幾點(diǎn):①鉆孔精度;②爆破技術(shù);③施工組織管理;④測(cè)量放線;⑤地質(zhì)條件變化;⑥其它。其中以鉆孔精度對(duì)超欠挖影響最大(44.2%)，其次是爆破技術(shù)(20.3%)、施工管理(17.6%)、測(cè)量放線(7.6%)、地質(zhì)條件變化(6.1%)、其它(4.2%)。影響超挖因素調(diào)查表見(jiàn)表1，超挖影響因素統(tǒng)計(jì)分析圖見(jiàn)圖1。

表1 影響超挖因素調(diào)查表

圖1 超挖影響因素統(tǒng)計(jì)分析圖1.鉆孔;2.爆破技術(shù);3.施工管理; 4.測(cè)量放線;5.地質(zhì)變化;6.其他

因此，控制超挖的重點(diǎn)是控制鉆孔精度，重點(diǎn)控制鉆孔的傾角、走向、平行度，以上統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果與當(dāng)前的施工實(shí)際情況是符合的。

鉆孔精度對(duì)隧洞超挖的影響主要是周邊炮孔的外插角θ、開(kāi)口位置e和鉆孔深度 L，它們與超挖高度 h有如下的關(guān)系:

超挖h與開(kāi)口位置e、外插角θ、鉆孔深度L示意圖，見(jiàn)圖2。

圖2 超挖h與開(kāi)口位置e、外插角θ、鉆孔深度L示意圖

上式表明，隨著外插角θ和鉆孔深度L的增大，h增大。L是一個(gè)鉆孔深度的設(shè)計(jì)指標(biāo)，可以在施工中加以控制，在其他條件一定時(shí)采用較淺的鉆孔爆破對(duì)減少超挖是有利的;θ主要取決于司鉆工的操作水平和采用鉆機(jī)的某些性能;此外由于鉆孔作業(yè)覆蓋空間所限，以及受隧洞形狀的影響，拱部1 800范圍內(nèi)，應(yīng)控制上仰角θ，而在兩側(cè)邊墻部位應(yīng)控制水平的外插角θ，對(duì)底板則應(yīng)注意下插角。

目前一般小斷面隧洞開(kāi)挖采用氣腿式風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，通常，鉆機(jī)都有一個(gè)外緣高度約10 cm，為保證后續(xù)開(kāi)挖能正常鉆孔，就必須有一個(gè)超挖高度hd=10 cm(即超挖控制的下限)。

根據(jù)上述的分析，施工中一方面加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)和調(diào)換熟練工人進(jìn)行操作。另一方面加強(qiáng)質(zhì)量管理，建立工序(測(cè)量放線、鉆孔、裝藥爆破等)質(zhì)量控制的管理體系，把責(zé)任層層分解落實(shí)到每一個(gè)人。

施工中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)進(jìn)行施工，保證鉆孔質(zhì)量，每一循環(huán)前由測(cè)量工程師對(duì)鉆孔孔位進(jìn)行放樣測(cè)量，所有鉆孔完成后由質(zhì)檢人員進(jìn)行驗(yàn)孔。做到準(zhǔn)、正、平、直、齊，“準(zhǔn)”指在設(shè)計(jì)孔位上準(zhǔn)確開(kāi)孔;“正”指鉆孔方向要正確，不能偏斜;“平”指孔位應(yīng)相互平行;“直”指各孔順直，不彎曲;“齊”指鉆孔均要設(shè)計(jì)孔深，孔底在同一平面上，合格后進(jìn)行裝藥爆破。每一循環(huán)測(cè)量放樣并對(duì)開(kāi)挖出來(lái)的洞壁進(jìn)行超挖檢測(cè)，并把超挖檢測(cè)結(jié)果反饋至鉆孔班組，對(duì)施工過(guò)程中出現(xiàn)的情況進(jìn)行分析研究，采取必要措施確保超挖控制在水利隧洞施工規(guī)范《水工建筑物地下開(kāi)挖工程施工技術(shù)規(guī)范》容許的超挖值20 cm以下。

5 結(jié)語(yǔ)

在暮底河水庫(kù)輸水隧洞開(kāi)挖完成的3 400 m中，殘留炮孔痕跡在開(kāi)挖輪廓面上均勻分布，微弱風(fēng)化巖石殘孔率≥85%，基本無(wú)欠挖，超挖值均控制在20 cm以?xún)?nèi)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期光面的控制效果。

通過(guò)3 400 m的隧洞開(kāi)挖施工經(jīng)驗(yàn)的積累，對(duì)隧洞施工控制減少超挖取得了一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。由于鉆孔引起的超挖是不可避免的，但是可以控制，良好的鉆孔技術(shù)可以使超挖控制在一定的水平之內(nèi)，因此，研究和實(shí)施控制超挖的技術(shù)在隧洞施工中是十分重要的。

［1］ DL/T 5129—2001碾壓式土石壩施工規(guī)范［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2001.

［2］ SL260—98堤防工程施工規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1998.

［3］ JTG—F10—2006公路路基施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2006.