龍先林

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州貴陽(yáng) 550000）

0 引言

如今，我國(guó)隧道工程建設(shè)規(guī)模日益增大，在對(duì)長(zhǎng)大隧道進(jìn)行施工時(shí)，大多采用鉆爆法。而由于受到地質(zhì)條件和爆破工藝等因素的影響，爆破完成后經(jīng)常發(fā)生超挖或欠挖的情況，亟需在明確超挖與欠挖產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，探究有效的控制措施。

1 超欠挖危害

隧道爆破掘進(jìn)一旦產(chǎn)生超欠挖，將給隧道正常建設(shè)與運(yùn)營(yíng)都造成很大影響，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（1）超欠挖對(duì)鉆爆法施工而言始終是一個(gè)控制難點(diǎn)，若超挖，會(huì)使出渣量變大，同時(shí)增加初支難度與工程量，使工期被延長(zhǎng)。

（2）如果隧道超挖，還有可能使圍巖失穩(wěn)，在開(kāi)挖完成后一旦沒(méi)有按照規(guī)范的要求實(shí)施噴錨支護(hù)，則會(huì)對(duì)隧道安全與質(zhì)量都造成很大影響。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，爆破施工完成后最大超挖處大多產(chǎn)生于拱肩到拱頂部位，在這些部位將混凝土噴射飽滿存在很大的難度，導(dǎo)致超挖處襯砌施工結(jié)束后難免產(chǎn)生孔洞或縫隙，使圍巖失穩(wěn)，并給水的滲漏創(chuàng)造了條件，使隧道運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生安全隱患[1]。

（3）如果由于爆破施工不當(dāng)產(chǎn)生欠挖，則需通過(guò)鑿眼或爆破來(lái)處理，會(huì)給工程的進(jìn)度與成本都造成影響。另外，若未能嚴(yán)格按照規(guī)范要求對(duì)欠挖進(jìn)行處理，則會(huì)導(dǎo)致初支與二襯結(jié)構(gòu)無(wú)法達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)生一定程度的質(zhì)量或安全隱患，對(duì)隧道后續(xù)的施工建設(shè)與運(yùn)營(yíng)都造成很大影響。

2 超欠挖成因

隧道爆破掘進(jìn)超欠挖產(chǎn)生原因主要包括三個(gè)方面，即環(huán)境、施工工藝和管理，以下對(duì)這三方面原因進(jìn)行分析。

2.1 環(huán)境原因

隧道爆破掘進(jìn)大多在原巖條件下進(jìn)行，不同類型的原巖受內(nèi)外力作用出現(xiàn)很多構(gòu)造形式，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間實(shí)踐可知，地質(zhì)條件對(duì)超欠挖有很大影響。當(dāng)巖體較為堅(jiān)硬和完整時(shí)，在爆破過(guò)程中產(chǎn)生的荷載給巖體介質(zhì)做的功將保持均勻。若巖體過(guò)于堅(jiān)硬，且未對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，則有可能導(dǎo)致爆破完成后的隧道欠挖；而若巖體較為破碎，則在爆破完成后會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較大的超挖。另外，隧道爆破掘進(jìn)施工中，為保證安全，初支必須與掌子面緊跟，如此會(huì)使鑿巖空間被壓縮，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求的角度，尤其是當(dāng)初支采用鋼架時(shí)，會(huì)給鑿巖鉆孔造成很大的限制，使周邊孔裝藥不充分或不均勻，產(chǎn)生超欠挖現(xiàn)象。

2.2 工藝原因

爆破工藝方面導(dǎo)致超欠挖現(xiàn)象產(chǎn)生的原因主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）施工所用爆破工藝在很大程度上決定了爆破完成后形成的壁面的平整度。在以往的爆破施工中，周邊孔裝藥相對(duì)集中，為崩落巖體，常增大炮孔，導(dǎo)致裝藥處超挖，使爆破完成后的巖體無(wú)法保持穩(wěn)定，對(duì)施工安全造成影響，而如果沒(méi)有加強(qiáng)裝藥，則會(huì)導(dǎo)致欠挖[2]。

（2）在隧道爆破掘進(jìn)過(guò)程中，如果所選掏槽形式不合理，導(dǎo)致實(shí)際的掏槽效果未能達(dá)到要求，則會(huì)給輔助與周邊孔實(shí)際爆破效果造成很大影響，產(chǎn)生欠挖。

（3）按照以往施工經(jīng)驗(yàn)，若鑿巖鉆孔與炮孔的輪廓線向內(nèi)側(cè)偏移，則當(dāng)循環(huán)進(jìn)尺較大時(shí)，會(huì)使炮孔實(shí)際裝藥量變大，導(dǎo)致孔口段很容易產(chǎn)生欠挖；而當(dāng)鉆孔通過(guò)外插角的設(shè)置進(jìn)行時(shí)，伴隨孔深不斷增加，孔底從輪廓線中超出的距離隨之增大，導(dǎo)致爆破完成后出現(xiàn)超挖。

（4）在隧道爆破前期設(shè)計(jì)工作中，如果最小抵抗線未能合理設(shè)置，則會(huì)由于能量不足導(dǎo)致無(wú)法將巖體崩落。

（5）如果現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督不到位，則現(xiàn)場(chǎng)施工人員一旦未按照設(shè)計(jì)要求實(shí)施鑿孔，或裝藥量未達(dá)到相關(guān)要求，則也會(huì)產(chǎn)生超欠挖的現(xiàn)象[3]。

（6）在爆破掘進(jìn)施工中，如果周邊孔的裝藥結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單或?qū)嶋H裝藥量相對(duì)較大，則會(huì)導(dǎo)致超挖；而若間隔距離過(guò)大，則會(huì)影響最終的爆破效果，導(dǎo)致欠挖。

（7）當(dāng)采用光面爆破方法時(shí)，周邊孔實(shí)際起爆順序在很大程度上決定了最終的爆破效果。如果周邊孔的實(shí)際爆破時(shí)間太早，此時(shí)臨空面還沒(méi)有形成，而如果周邊孔的實(shí)際爆破時(shí)間過(guò)晚，將無(wú)法利用輔助孔產(chǎn)生的爆破能量，在爆破完成后可能產(chǎn)生欠挖。按照以往施工經(jīng)驗(yàn)可知，按照比輔助孔晚100～150ms 的時(shí)間起爆周邊孔，能起到良好的防止欠挖的作用[4]。

（8）隧道爆破掘進(jìn)過(guò)程中，由于炮孔的數(shù)量很多，現(xiàn)場(chǎng)施工人員為縮短裝藥的時(shí)間，加快施工進(jìn)度，經(jīng)常只對(duì)掏槽孔實(shí)施了填塞，導(dǎo)致炮孔部分能量損失，造成欠挖。為對(duì)耗散的能量予以彌補(bǔ)，施工人員還會(huì)刻意增加每個(gè)孔的實(shí)際裝藥量，使爆破后的巖體過(guò)于粉碎，導(dǎo)致超挖。另外，炮孔填塞不緊密，除了可能產(chǎn)生超欠挖，還有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患[5]。

2.3 管理原因

隧道中的能見(jiàn)度很低，因此測(cè)量放樣很容易產(chǎn)生誤差，加之掌子面上平整度較差，放樣結(jié)果極易產(chǎn)生偏差。掌子面不平整，鉆孔難以準(zhǔn)確定位，部分鉆孔由于塌孔或夾泥等原因，只能在要求的孔位附近進(jìn)行補(bǔ)孔，加之人為因素的影響，使孔位產(chǎn)生很大的偏差。另外，由于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督管理不到位，導(dǎo)致作業(yè)人員的隨意性較大，完成鉆孔后易出現(xiàn)外插角相對(duì)較大和孔間無(wú)法平行等問(wèn)題，此時(shí)若直接爆破，將很有可能產(chǎn)生超欠挖。為有效控制超欠挖，應(yīng)建立完善且統(tǒng)一的質(zhì)保體系，對(duì)整個(gè)施工過(guò)程予以嚴(yán)格監(jiān)督和科學(xué)管理。但部分工程的現(xiàn)場(chǎng)管理流于形式，未能將交底的內(nèi)容嚴(yán)格落實(shí)到位，也未對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展常態(tài)化的管理，導(dǎo)致超欠挖現(xiàn)象的實(shí)際控制效果不盡如人意[6]。

3 超欠挖控制

3.1 參數(shù)選擇

隧道爆破掘進(jìn)過(guò)程中，炮孔直徑通常控制在38～45mm 范圍內(nèi)，對(duì)于掏槽和輔助孔，其裝藥直徑一般為32mm，而周邊孔的裝藥直徑為25mm。掏槽與輔助孔均應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求布置和裝藥，周邊孔的裝藥需間隔進(jìn)行，以減小爆破可能對(duì)圍巖造成的擾動(dòng)與破壞，提高超欠挖控制效果。對(duì)于不同類型的圍巖，其外插角與鑿巖偏移值按表1的要求選取[7]。

表1 不同類型圍巖外插角與鑿巖偏移值確定

當(dāng)采用光面爆破方法時(shí)，當(dāng)圍巖的巖體類別為軟巖時(shí)，周邊孔間距按35～45cm 范圍控制，光爆層厚度按45～55cm 范圍控制，線裝藥密度按70～200g/m 范圍控制；當(dāng)圍巖的巖體類別為中硬巖時(shí)，周邊孔間距按45～60cm 范圍控制，光爆層厚度按60～75cm 范圍控制，線裝藥密度按200～300g/m 范圍控制；當(dāng)圍巖的巖體類別為硬巖時(shí)，周邊孔間距按55～65cm 范圍控制，光爆層厚度按60～80cm 范圍控制，線裝藥密度按300～350g/m范圍控制[8]。

3.2 工藝控制

（1）鉆孔施工開(kāi)始前，應(yīng)安排專門的測(cè)量人員通過(guò)準(zhǔn)確計(jì)算標(biāo)出炮孔具體位置。

（2）開(kāi)挖班組應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)要求實(shí)施鑿巖鉆孔，注意不可隨意鉆孔，減少鉆孔的數(shù)量。

（3）將炮孔鉆好后，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的檢查驗(yàn)收，對(duì)炮孔的深度與角度都予以嚴(yán)格的控制，對(duì)于檢查不合格的炮孔，需將其廢除，不可在爆破施工中使用。

（4）裝藥開(kāi)始前使用壓縮空氣對(duì)炮孔實(shí)施吹洗，以確保炮孔保持通暢。

（5）為周邊孔進(jìn)行裝藥的過(guò)程中，要用竹片根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)炸藥和導(dǎo)爆索進(jìn)行綁扎；為縮短裝藥的時(shí)間，加快效率，可提前進(jìn)行綁扎。

（6）掏槽及輔助孔和周邊孔裝藥都必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，在裝藥結(jié)束以后，應(yīng)使用專門的炮泥將炮孔封堵嚴(yán)密，封堵完成后進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。

（7）起爆應(yīng)嚴(yán)格按照先掏槽孔、再輔助孔、最后周邊孔的順序進(jìn)行；其中，周邊孔的起爆應(yīng)比輔助孔延遲100～150ms，在孔外采用復(fù)式網(wǎng)路進(jìn)行連接，保證爆破安全性。

（8）爆破完成，且檢查合格并出渣結(jié)束后，復(fù)測(cè)開(kāi)挖斷面，并嚴(yán)格落實(shí)爆破完成后的超欠挖現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量及控制，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)爆破參數(shù)的優(yōu)化，使超欠挖的控制效果達(dá)到最佳。

3.3 管理控制

超欠挖控制是一個(gè)不斷改進(jìn)的過(guò)程，基于此，必須設(shè)立專門的機(jī)構(gòu)與人員，并引入完善的考核機(jī)制與獎(jiǎng)懲機(jī)制，加強(qiáng)全體作業(yè)人員技術(shù)交底與培訓(xùn)教育。在爆破設(shè)計(jì)結(jié)束以后，應(yīng)立即為作業(yè)人員交底，使其明確施工要點(diǎn)及要求。另外，通過(guò)對(duì)整個(gè)施工過(guò)程的管理，保證超欠挖控制有效性。

3.4 輔助坑道設(shè)置

隧道施工一般只有兩個(gè)工作面，如果隧道長(zhǎng)度較大，則每個(gè)工作面都將承擔(dān)很重的任務(wù)，而且隧道長(zhǎng)度較大，現(xiàn)場(chǎng)條件惡劣，難以達(dá)到預(yù)期的進(jìn)度?；诖?，在條件允許的情況下，可在隧道施工中通過(guò)設(shè)置輔助坑道來(lái)增加工作面，以在加快進(jìn)度的同時(shí)，改善工作面通風(fēng)條件，還可起到減少或避免超欠挖的作用。目前常見(jiàn)的輔助坑槽形式包括斜井、豎井、橫洞與平行導(dǎo)坑。

輔助坑道的設(shè)置會(huì)使工程造價(jià)升高，因此必須重視輔助坑道選擇和布置，以保證輔助坑道的使用效果。在確定輔助坑道類型的過(guò)程中，應(yīng)充分考慮隧道所在地區(qū)的地形、工期、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)，并結(jié)合隧道的長(zhǎng)度、通風(fēng)條件、施工機(jī)具設(shè)備等，坑道的斷面尺寸主要由地質(zhì)條件和施工要求決定，通常不可設(shè)置得過(guò)大。

某隧道工程根據(jù)實(shí)際情況制定了以下輔助坑道方案：平導(dǎo)方案、斜式平導(dǎo)方案、豎井方案、斜井方案、豎井與斜井相結(jié)合，不同方案有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，表現(xiàn)在以下方面：

（1）平導(dǎo)方案：輔助坑槽長(zhǎng)度為2 440m，坡度為0.49%，上坡，地下水自流，壓入式通風(fēng)，對(duì)正洞施工安全有一定威脅，棄渣場(chǎng)位置為DK647+275右側(cè)1 000m內(nèi)，混凝土供應(yīng)線路基本平坡，距離較近，洞口成洞條件相對(duì)較差，工期為24.7個(gè)月，造價(jià)約1 633萬(wàn)元；

（2）斜式平導(dǎo)方案：輔助坑道長(zhǎng)度為2010m，坡度為-0.64%和-3.2%，下坡，抽排，煙囪效應(yīng)，基本不影響正洞施工安全，棄渣場(chǎng)位置為DK646+832 左側(cè)400m內(nèi)，混凝土供應(yīng)線路為路段上坡，距離較遠(yuǎn)，洞口成洞條件相對(duì)很好，工期為21.8個(gè)月，造價(jià)約1 345萬(wàn)元；

（3）豎井方案：輔助坑道長(zhǎng)度為275m，共三段，長(zhǎng)度分別為127m、63m和85m，坡度為垂直，抽排，煙囪效應(yīng)，基本不影響正洞施工安全，棄渣場(chǎng)位置為各豎井井口附近，混凝土供應(yīng)線路為公路旁邊，距離較近，洞口成洞條件相對(duì)較好，工期為25.2個(gè)月，造價(jià)約184萬(wàn)元；

（4）斜井方案：輔助坑道長(zhǎng)度為50m，坡度為-75%，下坡，抽排，煙囪效應(yīng)，基本不影響正洞施工安全，棄渣場(chǎng)位置為斜井井口附近，混凝土供應(yīng)線路為公路旁邊，距離較近，洞口成洞條件較好，工期為20.2個(gè)月，造價(jià)約33萬(wàn)元；

（5）豎井與斜井相結(jié)合：輔助坑道長(zhǎng)度為262m，共分為三段，長(zhǎng)度分別為127m、50m 和85m，豎井垂直、斜井坡度為-75%，抽排，煙囪效應(yīng)，基本不影響正洞施工安全，棄渣場(chǎng)的位置為各輔助坑道洞口附近，混凝土供應(yīng)線路為公路旁邊，距離較近，洞口成洞條件相對(duì)較好，工期為20.3個(gè)月，造價(jià)約175萬(wàn)元。該隧道圍巖主要為Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)圍巖，且出口處為弱偏壓，需從油氣富集地層中穿過(guò)，含有的有毒有害氣體極易沿基巖裂隙向外溢出，屬高瓦斯隧道。

在對(duì)上述方案進(jìn)行綜合比選的過(guò)程中，需嚴(yán)格遵循下列各項(xiàng)基本原則：①輔助坑道的功能不能發(fā)生變化或向優(yōu)勢(shì)方向發(fā)生變化；②盡可能減少實(shí)物的實(shí)際工程量；③對(duì)隧道施工時(shí)產(chǎn)生的有毒有害氣體排放有利，能最大程度保證隧道施工安全；④盡可能減少材料及機(jī)具設(shè)備的運(yùn)輸距離；⑤合理使用洞口場(chǎng)地；⑥適當(dāng)增加兩個(gè)洞口之間的距離，保證另一個(gè)洞口在爆炸等極端條件下的安全性。在綜合考慮上述各項(xiàng)原則的前提下，從以上不同方案中選出最佳方案。

經(jīng)過(guò)對(duì)以上不同方案的綜合對(duì)比，考慮到該隧道的主要矛盾為瓦斯，故最終選擇2 豎井與1 斜井相結(jié)合的方案。首先，在出口工作面設(shè)置斜井后可提供通風(fēng)巷道；然后，在斜井中設(shè)置壓入式通風(fēng)設(shè)備，用于減小通風(fēng)距離；其次，斜井還可以作為備用通道使用，當(dāng)進(jìn)出口處任意部位由于某種原因產(chǎn)生進(jìn)度滯后時(shí)，為追趕工期，可將此處作為一個(gè)或兩個(gè)工作面，以從根本上解決工期滯后的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，超欠挖是隧道爆破掘進(jìn)施工常見(jiàn)問(wèn)題，針對(duì)該問(wèn)題，需在明確其產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，采用針對(duì)性措施加以控制，影響超欠挖的主要因素為爆破參數(shù)、施工工藝和現(xiàn)場(chǎng)管理，通過(guò)對(duì)這三方面的嚴(yán)格控制，使隧爆破掘進(jìn)完成后的超欠挖始終處在允許范圍內(nèi)。