[控制技术]隧道超欠挖控制技术

概述

在隧道钻爆法施工中，隧道超挖或者欠挖是不可避免的。但在实际施工中，不少单位对超挖、欠挖的认识不够，以至于开挖成型质量较差，其不仅对隧道施工的工程质量和安全进度产生重要的影响,而且会影响工程的经济效益，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，所以隧道超欠挖问题必须引起重视。结合具体工程实践,分析影响隧道超欠挖产生的主要因素,采取控制隧道超欠挖的技术措施，有利于施工质量和投资的控制。

《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）对隧道开挖有如下规定：

第6.3.1条：隧道开挖断面的中线和高程必须符合设计要求。

第6.3.2条：隧道开挖断面净空必须符合设计要求。隧道开挖应严格控制超欠挖，石质坚硬岩石个别突出部分（每1m2不大于0.5 m2）侵入衬砌应小于5cm。拱脚和墙脚以上1m内断面严禁欠挖。

第6.3.6条：光面爆破的炮眼痕迹保存率，硬岩不应小于80﹪，中硬岩不应小于60﹪，并在开挖轮廓面上均匀分布。

第6.4.1条：隧底开挖轮廓和底部高程应符合设计要求，石质坚硬岩石个别突出部分（每1m2不大于0.5 m2）侵入衬砌应小于5cm。

隧道每循环开挖后，由测量人员对上一循环开挖进行断面测量，经软件分析自动形成实际开挖断面，同时和设计轮廓进行对比，能较清楚的反应出实际的超欠挖情况。测量结果出来后，测量人员及时将测量断面传送到项目工程部长、各洞口技术人员，及时指导现场施工。

二次衬砌施工时，土工布铺设前，间隔3m对初期支护后断面进行一次测量，形成断面资料，反应初期支护后断面超前挖情况。

仰拱开挖清底后，由现场技术员根据测量人员在边墙上标定的内轨顶面标高进行仰拱深度测量，由中心线每间隔1.5m测量一个断面，欠挖处及时用红油漆标注。

（1）经过测量断面后，对欠挖处进行红油漆标注。欠挖较小处采用风镐或电钻进行处理；欠挖较大处采用风枪钻眼爆破处理；对于土工布铺设前发现欠挖处，为防止爆破损坏防水板，采用膨胀剂处理。

（2）经过现场测量,基面平整度超标的，即两突出物之间的深长比D/L≤1/10(D-初期支护基层相邻两凸面凹进去的深度；L-初期支护基层相邻两凸面之间的距离），需补喷混凝土处理。一般地段采用喷混凝土直接处理，超标严重地段需进行挂网补喷混凝土。

钻孔的偏差是产生超欠挖的主要原因。钻孔的偏差一般由以下三部分组成：

（2）方向偏差，开眼方向与隧道设计轴向轮廓线之间的偏差；

（3）岩石内的附加偏差，即由于岩层产状或岩石节理原因造成钻孔后的偏差加大量。

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，这种偏差随钻孔深度的增加而增加。

爆破产生的超欠挖主要是爆破设计参数选择不合理所致，其中包括：

（1）掏槽方式不合理，会直接影响掏槽爆破效果，由于没有足够的临空面，影响其他孔的爆破效果。

（3）周边的装药结构和药量控制不当，如果单孔药量过大的话，容易造成超挖。

控制超欠挖主要是开挖轮廓线(或周边孔线)的精度要控制好。由于测量错误引起的超欠挖，这在隧道施工中将是致命的，必须规避此类风险度。因此，应首先保证测量放样隧道中线和标高的准确，并通过正确的方法来保证轮廓线位置的准确，减少对超欠挖的影响。通过选取技术过硬、责任心较强的测量人员和较先进的测量仪器较少放样误差。

地质条件是客观条件，它是确定爆破参数的基本依据。地质条件是随着开挖而不断变化的，其中主要是围岩节理裂隙的变化。对于可以采用全断面开挖的地质情况，虽然围岩开挖后能够自稳，但节理裂隙和岩层走向会产生局部塌落或顺层溜帮，从而造成超挖。此超挖量会随着支护时间的推迟而增加，因此及时封闭的施工原则就显得非常重要，及时初喷、施作锚杆和布设网片，可以充分利用围岩自承能力，减少此类超挖。

在控制超欠挖中，建立一个比较完善的、统一的质量保证体系，对作业全过程及相关因素实行严格科学的管理非常重要。爆破作业现场管理主要指人员安排、作业组织、技术交底与指导、质量检测、信息反馈、经验总结及相应的规章和技术标准的制定等。管理的目的就是要把众多的因素置于可控的状态，达到爆破设计的基本要求。

超欠挖会给隧道施工的综合效益带来很大的影响，包括经济、施工进度、喷砼、排水壁面美观、安全的方面。隧道的经济效益和隧道结构的可靠性最为明显。

爆破造成的超挖增加爆破费用、增加出碴量，延长出碴作业时间。超挖回填混凝土，增加额外的工程量，衬砌施工中，欠挖的处理造成误工、窝工。

超欠挖是隧道局部应力集中，围岩的塑区显著增大，洞身围岩变形较大；欠挖超过允许限度再次超挖导致围岩扰动次数增加。

钻爆法施工要消除超欠挖是不可能的，但可将超欠挖控制到最低限度。

围岩地质条件是客观存在的，是确定爆破参数的主要依据之一。在隧道施工中，围岩地质条件是不断变化的，时常有软弱夹层等不良地质情况出现。目前，爆破设计主要采用经验类比法，并结合现场试验。在开挖过程中，随着围岩节理裂隙的变化，钻孔位置和角度、周边孔的参数等也做相应调整。

鉴于在掘进过程中围岩情况是不断变化的，在每茬炮后应由主管工程师工作面围岩的变化。每茬炮后应认真分析这一茬炮的爆破效果，并结合围岩的变化情况，对一茬炮的爆破设计做出相应参数进行调整。

（1）爆破后发现较大超挖，无孔痕并在炮孔周围可见爆破裂隙，说明药量偏高，需要调整药量。

（2）爆破后光爆出现凹面，说明抵抗线太小，应适当加大光爆层厚度；反之出现凸面，说明光爆层过厚，适当减少。

在光面爆破中，钻孔应严格按照爆破方案进行，但受人为或机械设备影响，或多或少会形成一定的偏差。根据工程实践，采取以下方法减少超欠挖：

（1）必须对司钻人员进行培训，使其按照操作细则和设计要求进行钻孔，保证规定的孔位、孔深和倾斜角。并由技术熟练的操作工进行周边眼和掏槽眼作业，在先钻的孔内插入导向管，以此做为基准钻其它炮孔。

（2）钻周边孔时，通过钻孔位置少量内移来减少外插角。依据测量放线人员的掌子面的轮廓线，将钻孔孔位定位在轮廓线内侧1-3cm，从而减少外插角带来的不利影响。

控制超欠挖主要是控制好开挖轮廓线的精度，在进行测量放样前应首先熟悉设计文件，掌握设计开挖断面各部位的尺寸，同时考虑预留沉落量和变形量。 测量人员为熟练、技术过硬的人员担任，测量数据换手复核。测量仪器选用较先进仪器操作，定期到技术鉴定部门进行仪器标定。

爆破技术主要指爆破方法、爆破参数、爆破器材和装药方法等，采取不同的爆破方法、爆破参数、爆破器材和装药方法均对爆破超欠挖产生不同程度的影响。光面爆破通过工程类比和现场试验，优化爆破参数设计；严格控制重要爆破作业质量，特别是要控制装药量，并保证正确的起爆顺序。

良好的施工管理和组织，对减少超欠挖有着十分重要的现实意义。隧道超欠挖问题不仅是技术问题，还是施工管理问题，只有建立一套严格的施工管理制度，才能保证技术的顺利实施。管理的目的就是要把众多的因素处于可控状态，达到爆破设计的基本要求。

（1）建立一套比较健全的质量保证体系，对作业全过程及相关因素实行严格科学的管理。

（3）必须对司钻人员进行岗前培训，并组织熟练钻工进行经验交流，通过岗前培训使司钻人员均熟练掌握炮孔的角度、周边孔外插角和间距控制等技术。

（4）必须要做到及时检测，有问题及时反馈，要制定专人抓这项工作，保证测量、钻孔和爆破设计等工序之间的衔接和呼应。

隧道超欠挖控制技术

隧道衬砌断面图及隧道超欠挖示意图