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摘要：本文针对导致隧道超欠挖的钻爆设计与作业的关键控制。严格按设计及规范作业，并积极推广高新科技在工程中运用。提出了一些解决的办法和建议，供施工作业借鉴。
关键词：隧道开挖；超欠挖；控制
1 隧道超欠挖的概述
艾坪山隧道工程位于重庆市江津区，主要有立交桥、隧道各1座，西接江津区长江大桥，东接拟建鼎山立交。艾坪山隧道为小净距加分离的组合式隧道长1310m。隧道衬砌内轮廓拱顶净高7.05 m，净宽10.54m，内净空面积63.83m2，采用双向四车道。
在一些专业性著作中，隧道开挖的超欠挖被定义为：以设计隧道开挖轮廓为基准线，将实际开挖获得的轮廓线与基准线比较，基准线以外部分称为超挖，基准线以内部分称为欠挖。而在《公路隧道施工技术规范》中对超欠挖有如下规定：当岩层完整，岩石抗压强度大于30MPa并确认不影响衬砌结构稳定和强度时，允许岩石个别突出部分（每1m2内不大于0.1m2）欠挖，其隆起量不得大于5cm。拱、墙脚以上1m 内断面严禁欠挖。应尽量减少超挖，
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图1 超欠挖概念示意图
因此，将开挖获得的轮廓线仅与一条基准线比较确定超欠挖的概念不符合工程实际。经过认真学习规范，结合施工现场实际，作者认为：隧道开挖超挖是以含允许超挖值的设计隧道开挖轮廓线为基准线，将实际开挖获得的轮廓线与此基准线比较，基准线以外部分称为超挖；欠挖则指以设计隧道开挖轮廓线为基准线，实际开挖轮廓线在基准线以内部分（除去规范规定的个别部分）称为欠挖（见图1）。
2. 超欠挖导致的不良后果
近年来，随着我国高等级公路建设的发展，公路隧道的建设规模越来越大。隧道开挖施工中超欠挖控制一直是施工中受人关注的技术难题。 我国目前的隧道施工普遍存在超挖现象，“宁超勿欠” 的思想给控制施工质量带来消极影响。超欠挖主要将造成两方面的不良后果：
2.1 安全质量问题
从现场获得的资料看，各类围岩普遍超挖，通过对存在超挖的隧道进行可靠度评定，可 以看出超挖将使隧道可靠指标减小10%～20%，即安全性减小了10%～20%，隧道支护体不稳定 性相对于设计降低；欠挖将有可能导致侵入行车界限，这是决不容许的，根据应力重分布理论，围岩欠挖处的应力可达其初始应力值的十几倍，常造成坑道的局部破坏，在处理欠挖的过程中，围岩再次受到扰动，第一次开挖后形成的自稳坑道被破坏，松散岩体会迅速崩坍，造成安全事故。
2.2 成本消耗问题
超挖量大，用于开挖的炸药、雷管量增大，机械使用台班增加，出碴也会遇到新的更大的消耗和困难。衬砌方面虽然《公路隧道施工技术规范》容许超挖处理过程中加入少量浆砌片石，但是如果不能按照规范认真执行，又将给成型后的隧道带来隐患。
总之，超欠挖是影响隧道安全的重要因素之一，也是成本控制的重点项目。为此，分析 造成超欠挖的原因并利用各种技术控制超欠挖，已成为公路隧道施工的迫切需要。
3. 超欠挖的成因及处理
3.1 客观地质条件
岩体自身的特性和岩体中地下水的作用是决定岩体是否稳定的内在因素。开挖后的坑道 围岩产生应力集中，当应力超过一定值后围岩将产生弹塑性变形或塑性变形，迫使围岩向坑道内滑移，造成坑道迅速崩坍。不正确的开挖爆破极易引起坑道崩坍，形成超挖现象。（见图 2）
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地下工程的施工，几乎都不可避免要受到地下水的影响。坑道开挖后，地下水渗入裂隙，长期浸于水中的岩石容重增加，岩石强度明显降低，加上渗透水流的动水压力等因素作用下，容易导致坍塌的发生。同时，如果负坡向开挖，大量的洞内涌水汇聚，加大开挖面作业难度，给开挖下部底板眼的布置带来麻烦，随着开挖挺进，水位越积越高，将造成开挖面下部严重欠挖。
为了减少客观地质条件对超欠挖的影响，应根据施工条件提出具体措施。常见工程措施 有：
3.1.1 清除危岩
开挖后马上找顶，清除边墙及拱顶可能发生坠落的危岩和行将失稳的岩石以及丧失强度 的岩体。
3.1.2 及时镶补、喷锚支护
对于围岩开挖面张开的节理裂隙，可采用水泥砂浆镶补、勾缝，防止裂隙扩展；在块状 围岩中，局部设置锚杆，发挥锚杆的“联结作用”；在层状围岩中，布置规则的锚杆群，将各层岩层“缝合”起来形成组合梁而得以防止岩石下坠；在软弱围岩中，加密锚杆，则能在坑道周边一定范围内的围岩组成一个承载环，起到“挤压加固作用”。喷射混凝土对围岩提供了径向的支护阻力，约束了坑道围岩的位移和变形，对改善坑道的承载条件起到积极作用。
喷锚支护已成为公路隧道开挖的主要支护形式。
3.1.3 作好施工防排水处理
根据设计文件，提前预备好抽水机械，施工中不要忽视了少量积水将给后续工作造成的影响，也可采用水沟排水等多种方案，以充分保证施工面的完全暴露。
3.2 开挖机械因素
隧道工程常用的钻眼机械风动凿岩机，结构简单，使用安全，不怕反复起动，使用较为 广泛，但是，需要人工操作的风动凿岩机在处理炮眼角度及深度时，极难掌握，特别是处理周边和底板两隅处，不能够完全遵循《规范》要求，对这些特殊部位进行缩小眼距和加密炮 眼处理，造成周边眼密集系数不恰当，极易出现表面凸凹不平的超欠挖现象。
为了克服风动凿岩机的缺欠，施工单位应狠抓科技指导生产，通过改造旧的汽车为凿岩台车，解决空间太高给钻眼带来的困难，保证了上部开挖少超不欠。另外，使用先进的液压钻臂凿台车，将钻臂直接安装在走行车架上，机动灵活，较易控制炮眼角度和炮眼深度，但是超挖现象普遍存在。据开挖超欠挖的概率统计显示，Ⅲ类围岩平均超挖9.42cm，Ⅳ类围岩平均超挖15.46cm，Ⅴ类围岩平均超挖16.14cm。
对于由于开挖机械造成的超欠挖，一般认为克服的最好方法就是搞好钻爆设计，严格按设计作业。
3.3 光爆设计与作业
目前国内外隧道施工中，对岩体的破坏加以控制的光面爆破，其理论是：炸药爆炸时，对岩石产生两种破坏力，一种是冲击力（类似锤击），另一种是气体压力，气体压力对岩石 有较大的破坏作用，它向周围孔壁施加强大的均匀压力破坏岩石。一般情况下，岩石的抗劈 能力比抗压、抗拉能力低20～30倍，光面爆破利用这个规律，减少周边眼的间距，严格控制 周边眼的方向和角度，限制装药量，正确地掌握起爆顺序，使爆破面沿炮眼劈裂开，并防止 遗留围岩遭受破坏，达到光面爆破的目的。
光面爆破是布眼、打眼、装药、起爆等方面的综合技术，本文仅就几个单方面问题提出一些看法。
3.3.1 注意确定相对眼距
一般认为，周边眼间距Ｅ与最小抵抗线V越小越好，但是，如果相对距Ｅ／V不恰当，爆破后很容易产生“凸肚”和“收腹”现象，造成开挖面凸凹不平的大欠大超。因此，合理确 定光面爆破的技术参数十分必要。此步工作需在开挖面放线时完成。
光面爆破主要参数应采用工程类比或根据爆破漏斗及成缝试验确定，在无条件试验时，可按表1选用：
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3.3.2 选好周边眼装药结构
根据爆破工程实践，要使岩石能沿炮眼全长崩落，一般应满足下式关系：
L2＜α.V （L2＝L-L1）
式中L为钻孔深度，L1为装药段长度，L2填塞长度，α为装药系数，V为最小抵抗线。从上式可经看出，装药长度不仅与炮眼深度有关，而且与最小抵抗线V也有关系，装药长度L1过小，容易产生里掉外不掉的“挂帘”现象。（见图3）
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为了兼顾经济与光面爆破效果，应该采取分散装药，如间隔装药，另外空隙当中也可以放置小木棍。工地上通常做法是将药卷按一定间距捆梆在长竹片上，这样装药既快又好。
3.3.3 强化规范作业
钻爆作业主要包括钻眼、装药、接线和引爆。每一道工序质量好坏决定了隧道开挖质量。钻眼前应定出开挖断面中线、水平线和断面轮廓，标出炮眼位置，检查符合设计要求后方可钻眼。为了满足少超禁欠的要求，在定断面轮廓时一般都比设计值偏大，较好保证了禁欠开挖。现场施工中，由于人为因素或地质因素很容易使钻眼工人忽视对不同部位炮眼的不同处理方法，造成炮眼没有规律性，严重与设计脱轨，造成大欠大超。
4 总结
总之，钻爆设计与作业是开挖超欠控制的关键，培养一支有实际作业经验，按合理设计作业的施工队伍，是提高开挖质量的可靠保证。施工队伍应该严格按设计及规范作业，并积极推广高新科技在工程中的运用。
参考文献：
[1]《公路隧道施工技术规范JTG F60-2009》人民交通出版社，2009年
[2]《钻爆法施工隧道的超欠挖概率统计规律研究》何林生，王明年，尚红卫，1998年
[3]《隧道力学概论》西南交通大学出版社，1993年
论文作者:文江洪
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/14
标签：隧道论文; 围岩论文; 基准线论文; 炮眼论文; 作业论文; 坑道论文; 岩石论文; 《防护工程》2018年第27期论文;