论文部分内容阅读
[摘 要]：文章阐述了超欠挖概念以及超欠挖带来的不利影响，结合工程实践分析了隧道施工超欠挖产生的原因，提出了隧道超欠挖的预防与控制措施。
[关键词]： 隧道施工超欠挖预防与控制
Abstract: This paper expounds the concept and the negative influence of over breaking. Combined with the engineering practice this paper analyzes the reasons of over breaking in the tunnel construction and puts forward prevention suggestions and control measures.
Key Words: tunnel construction, over breaking, prevent and control
中图分类号：U455文献标示码：A文章编号：
引言
在隧道钻爆法施工中，隧道超挖或者欠挖是不可避免的，但在实际施工中发现，施工单位对超、欠挖的认识不够，以至于开挖成型质量较差，在不知不觉中提高了工程成本，降低了利润。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足够重视。
1、超欠挖概念
所谓隧道超、欠挖，是以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基准线进行比较，基准线以外部分称为超挖，基准线以内部分称为欠挖。在洞身开挖后，由于围岩内部应力自身调整，产生一定的变形，拱部发生下沉，围岩类别高的下沉小，类别低的下沉量大，因此，确定隧道基准线时，必须考虑预留围岩可能发生的变形量。如图1所示。
2、超欠挖带来的不利影响
以设计的隧道开挖轮廓线为基准，实际开挖的断而在基准线以外的部分称为超挖，在基准线以内的部分称为欠挖。如图2所示。
2．1严重的超欠挖会造成资源浪费和增大施工难度
1)弃渣量增加．需多装多运；
2)超挖空问同填，增加混凝土材料的消耗；
3)欠挖清除。造成人工、器材的超额消耗；
4)超欠挖形成的凹凸不平，对喷射混凝土、张挂防水板造成困难。
2．2严重的超欠挖会影响施工质量
1)超欠挖造成开挖轮廓(形状和尺寸)与设计相差很大时，围岩应力重分布也会相若很大．使支护受力状态与设计不符；
2)超挖形成的凹角处存在应力集中．岩块易损坏；
3)欠挖形成的凸部，在高地应力的作用下，岩块易挤出。
3隧道施工超欠挖产生的原因
3．1围岩地质条件
在隧道的开挖工程中，不可避免的存在超欠挖现象，岩体的地质特征是造成超欠挖的主要因素之一，围岩地质条件主要指围岩的节理、裂隙、水等非主观因素。由于围岩存在明显的节理、裂隙、软弱夹层、溶洞等，爆破后岩体不沿周边炮孔的轮廓线破坏，而极有可能沿这些结构面或软弱面破坏，形成主观上很难控制的超欠挖。
3．2测量放线
控制好开挖轮廓线的精度是测量放线的首要任务，也是控制超欠挖的一个重要因素。由于隧道内能见度有限，测量放线人员进入隧道内测量，前后视点照准困难导致误差。同时掌子面凹凸不平，画轮廓线时容易出现偏离。掌子面开挖轮廓线的放样精度直接影响到爆破效果，因为周边孔的孔位是定位在放样的轮廓线上，轮廓线产生偏差，孔位自然会产生偏差，因而造成隧道超欠挖。
3．3钻孔精度
钻孔精度是整个钻爆法施工的首要环节。由于工作面是一个不平整的岩石面，部分钻孔位置不容易在指定孔位定位，有的钻孔位置岩石破碎、夹泥，容易出现夹钻或塌孔等情况，只有在指定孔位附近再行补孔，加之各种人为因素，导致孔位存在或大或小的偏差。同时部分钻工只考虑开孑乙容易、操作方便而不在指定孔位钻孔，特别是周边眼间距控制不当，或钻杆的外插角控制不好，容易导致超欠挖严重，这些情形多出现在拱顶、腰线和边墙底部等部位。
3．4爆破技术
产生超欠挖的另一主要原因是爆破设计参数选择不当。其中包括：
(1)掏槽方式不合理，会直接影响掏槽爆破效果，由于没有爆出足够的临空面，影响其他孔的爆破效果。
(2)周边炮孔间距不合理，孔距过大容易造成欠挖。
(3)周边孔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。
(4)起爆网络的设计和连接。
3．5现场管理
在控制隧道超欠挖中，建立一个比较完善、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是非常重要的。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。
4隧道超欠挖的预防与控制措施
4．1改变“宁超勿欠”的传统观念
在控制超欠挖技术研究中，首先应改变“宁超勿欠”的传统观点，树立“少超少欠、不超不欠”的观点。也就是说，应容许一定程度的欠挖。这样就可以避免开挖轮廓线的无谓扩大，而使超挖得以减少。在现场施工中，充分利用“少超少欠”的施工原则。改进钻孔施工技术，可以将因凿岩机引起的方向偏差對超欠挖的影响降低。
4．2实施“新奥法”技术是减少超欠挖的有效措施
“新奥法”的基本原则“控制爆破、及时支护、监控量测”均与隧道超欠挖的控制有着直接的关系，其中的“控制爆破”更是隧道超欠挖控制的要点。“控制爆破”不但使钻孔质量提高，炮孔误差减小，隧道开挖轮廓成型质量提高，而且基本消除爆破对围岩的扰动破坏影响。“及时支护”可以及早封闭围岩，避免隧道围岩的应力过度释放，从而避免隧道围岩节理性坍塌，形成过大的超挖量。当然，“新奥法”的实施应与有效施工管理措施配合起来才能收到最大的效果。如果管理措施不力，则实施“新奥法”的效果将大大受到影响。
4．3加强现场施工管理和组织
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以控制的状态，达到爆破设计的基本要求。在爆破质量管理中，应做到以下几点：
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。
(2)加强组织保障，对钻爆手实行定人定岗。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。
(3)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。
4．4根据围岩地质条件和爆破效果，进行爆破参数调整
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、溶洞等不良地质情况出现。目前，爆破设计主要是采用经验类比法，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、周边孔的参数等也应进行相应的调整。
鉴于在掘进过程中围岩情况是不断变化的，在每茬炮后应由地质工程师鉴定工作面围岩的变化。每茬炮爆破后，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的参数调整。(1)爆破后发现有较大超挖，无孔痕并在炮孔周围可见爆破裂隙，这说明药量偏高，需要调小药量。(2)爆破后光爆孔出现凹面，说明抵抗线太小，应适当加大光爆层厚度；反之如出现凸面，说明光爆层过厚，应适当减小。(3)爆破后孔口部分有半孔痕，其他部分出现破碎圈，这说明炸药线分布过于集中或耦合系数选择不当，应采取分散间隔装药。本文依托青岛地铁工程中，HDl3+164．1处工作面围岩整体性较好，为弱风化的大理岩，下部有少量地下水渗出，为II级围岩。根据地质条件，炮孔布置如图3所示。爆破后效果为：残孔率达70％、孔底残留100cm左右。究其原因，主要是由于岩石较完整，掏槽部分岩体未完全爆出，拱顶出现超挖现象。基于上述原因，在下一循环HDl3+165．5处的爆破设计中做出调整：在两排掏槽孔中间再增加一排掏槽孔，加大拱顶周边孔的间距，在底部增加一排辅助孔，炮孔布置图如图4所示。HDl3+165．5处调整后爆破效果为：孔痕率达到80％、孔底残留5—10cm，钻孔深度2．8m，实际进尺2．5m，爆破效果较好。可见经过认真分析上一循环的爆破效果，并结合围岩的变化情况，及时修正钻爆设计参数，能够在下一循环中达到良好的爆破效果。
圖3：HDl3+164．1炮孔布置图(单位：mm)
图4：HDl3+165．5炮孔布置图(单位：mm)
4．4优化每循环进尺，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、装碴机械及能力、工期及进度要求等的制约。深孔钻爆，虽然能获得较好的施工进度，但由于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；减少炮眼深度就能减少外插角造成的超挖，如果炮眼深度由4m减少到2m，可以使平均超挖值减少50%。因此，无论是从超挖值还是从总体综合效应，在选择钻孔深度时要统筹考虑，优化每循环进尺，以获得最佳的施工进度和经济效益。
4．5提高装药质量和爆破技术
超挖造成浪费，欠挖处理极为困难。隧道施工中，要充分运用光面爆破、预裂爆破和等差毫秒技术，精心进行钻爆设计，合理选择钻爆参数，提高装药质量。从实施光面爆破控制超欠挖出发，选择与岩石阻抗系数相匹配或相接近的炸药品种，周边眼可采用间隔装药方式，增加炮孔的线装药高度，提高炮痕保存率。
4．6提高测量技术，减少预留误差，
控制人为超挖测量是控制超挖的基础，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，要尽可能采用高精仪器和先进的测量手段，经常调试校核仪器，并将开挖轮廓线即设计轮廓线放样于掌子面上，以降低或取消预留和放样误差，减少人为超挖现象。
4．7提高钻孔精度
在光面爆破中，钻孔产生的超挖量远大于爆破产生的超挖量，因此提高钻孔精度是减少隧道超欠挖的重要途径之一。钻孔应严格按照爆破方案进行，掏槽孔根据爆破方案采取一定的倾角。但在实际施工中，由于受钻孔机械或入为的影响，或多或少的会形成一定的外插角。根据长期的工程实践，可以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施钻，保证规定的孔位、孔深和倾斜角。并由技术熟练的人员负责周边孔和掏槽孔的作业，在先钻的孔内插入导向管，依次作为基准钻其他炮孔。(2)钻周边孔时，通过钻孔位置少量内移来减少外插角。依据测量放线人员在掌子面上画的轮廓线，将钻孔孔位定位在轮廓线内侧l一3cm，从而减小外插角带来的不利影响。
5结语
隧道钻爆法施工超欠挖虽然是不可避免的，但是可以控制在一定的水平之内。也就是说将因超欠挖造成的工程成本增加控制在一定的水平之内，从而保证工程总成本的可控。这就要从现场施工管理、施工技术、施工设备等多方面加强管理，目的就是要把众多的因素置于可控的状态，达到设计和施工的基本要求。
参考文献：
[1]关宝树．隧道工程施工要点集[M]．北京：人民交通出版社，2003．
[2]关宝树，国兆林．隧道及地下工程[M]．成都：西南交通大学出版社，2000．
[3]高利平．山岭隧道施工工艺综述[J]．山西建筑，2008，34(2)：319—320．
[关键词]： 隧道施工超欠挖预防与控制
Abstract: This paper expounds the concept and the negative influence of over breaking. Combined with the engineering practice this paper analyzes the reasons of over breaking in the tunnel construction and puts forward prevention suggestions and control measures.
Key Words: tunnel construction, over breaking, prevent and control
中图分类号：U455文献标示码：A文章编号：
引言
在隧道钻爆法施工中，隧道超挖或者欠挖是不可避免的，但在实际施工中发现，施工单位对超、欠挖的认识不够，以至于开挖成型质量较差，在不知不觉中提高了工程成本，降低了利润。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足够重视。
1、超欠挖概念
所谓隧道超、欠挖，是以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基准线进行比较，基准线以外部分称为超挖，基准线以内部分称为欠挖。在洞身开挖后，由于围岩内部应力自身调整，产生一定的变形，拱部发生下沉，围岩类别高的下沉小，类别低的下沉量大，因此，确定隧道基准线时，必须考虑预留围岩可能发生的变形量。如图1所示。
2、超欠挖带来的不利影响
以设计的隧道开挖轮廓线为基准，实际开挖的断而在基准线以外的部分称为超挖，在基准线以内的部分称为欠挖。如图2所示。
2．1严重的超欠挖会造成资源浪费和增大施工难度
1)弃渣量增加．需多装多运；
2)超挖空问同填，增加混凝土材料的消耗；
3)欠挖清除。造成人工、器材的超额消耗；
4)超欠挖形成的凹凸不平，对喷射混凝土、张挂防水板造成困难。
2．2严重的超欠挖会影响施工质量
1)超欠挖造成开挖轮廓(形状和尺寸)与设计相差很大时，围岩应力重分布也会相若很大．使支护受力状态与设计不符；
2)超挖形成的凹角处存在应力集中．岩块易损坏；
3)欠挖形成的凸部，在高地应力的作用下，岩块易挤出。
3隧道施工超欠挖产生的原因
3．1围岩地质条件
在隧道的开挖工程中，不可避免的存在超欠挖现象，岩体的地质特征是造成超欠挖的主要因素之一，围岩地质条件主要指围岩的节理、裂隙、水等非主观因素。由于围岩存在明显的节理、裂隙、软弱夹层、溶洞等，爆破后岩体不沿周边炮孔的轮廓线破坏，而极有可能沿这些结构面或软弱面破坏，形成主观上很难控制的超欠挖。
3．2测量放线
控制好开挖轮廓线的精度是测量放线的首要任务，也是控制超欠挖的一个重要因素。由于隧道内能见度有限，测量放线人员进入隧道内测量，前后视点照准困难导致误差。同时掌子面凹凸不平，画轮廓线时容易出现偏离。掌子面开挖轮廓线的放样精度直接影响到爆破效果，因为周边孔的孔位是定位在放样的轮廓线上，轮廓线产生偏差，孔位自然会产生偏差，因而造成隧道超欠挖。
3．3钻孔精度
钻孔精度是整个钻爆法施工的首要环节。由于工作面是一个不平整的岩石面，部分钻孔位置不容易在指定孔位定位，有的钻孔位置岩石破碎、夹泥，容易出现夹钻或塌孔等情况，只有在指定孔位附近再行补孔，加之各种人为因素，导致孔位存在或大或小的偏差。同时部分钻工只考虑开孑乙容易、操作方便而不在指定孔位钻孔，特别是周边眼间距控制不当，或钻杆的外插角控制不好，容易导致超欠挖严重，这些情形多出现在拱顶、腰线和边墙底部等部位。
3．4爆破技术
产生超欠挖的另一主要原因是爆破设计参数选择不当。其中包括：
(1)掏槽方式不合理，会直接影响掏槽爆破效果，由于没有爆出足够的临空面，影响其他孔的爆破效果。
(2)周边炮孔间距不合理，孔距过大容易造成欠挖。
(3)周边孔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。
(4)起爆网络的设计和连接。
3．5现场管理
在控制隧道超欠挖中，建立一个比较完善、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是非常重要的。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。
4隧道超欠挖的预防与控制措施
4．1改变“宁超勿欠”的传统观念
在控制超欠挖技术研究中，首先应改变“宁超勿欠”的传统观点，树立“少超少欠、不超不欠”的观点。也就是说，应容许一定程度的欠挖。这样就可以避免开挖轮廓线的无谓扩大，而使超挖得以减少。在现场施工中，充分利用“少超少欠”的施工原则。改进钻孔施工技术，可以将因凿岩机引起的方向偏差對超欠挖的影响降低。
4．2实施“新奥法”技术是减少超欠挖的有效措施
“新奥法”的基本原则“控制爆破、及时支护、监控量测”均与隧道超欠挖的控制有着直接的关系，其中的“控制爆破”更是隧道超欠挖控制的要点。“控制爆破”不但使钻孔质量提高，炮孔误差减小，隧道开挖轮廓成型质量提高，而且基本消除爆破对围岩的扰动破坏影响。“及时支护”可以及早封闭围岩，避免隧道围岩的应力过度释放，从而避免隧道围岩节理性坍塌，形成过大的超挖量。当然，“新奥法”的实施应与有效施工管理措施配合起来才能收到最大的效果。如果管理措施不力，则实施“新奥法”的效果将大大受到影响。
4．3加强现场施工管理和组织
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以控制的状态，达到爆破设计的基本要求。在爆破质量管理中，应做到以下几点：
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。
(2)加强组织保障，对钻爆手实行定人定岗。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。
(3)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。
4．4根据围岩地质条件和爆破效果，进行爆破参数调整
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、溶洞等不良地质情况出现。目前，爆破设计主要是采用经验类比法，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、周边孔的参数等也应进行相应的调整。
鉴于在掘进过程中围岩情况是不断变化的，在每茬炮后应由地质工程师鉴定工作面围岩的变化。每茬炮爆破后，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的参数调整。(1)爆破后发现有较大超挖，无孔痕并在炮孔周围可见爆破裂隙，这说明药量偏高，需要调小药量。(2)爆破后光爆孔出现凹面，说明抵抗线太小，应适当加大光爆层厚度；反之如出现凸面，说明光爆层过厚，应适当减小。(3)爆破后孔口部分有半孔痕，其他部分出现破碎圈，这说明炸药线分布过于集中或耦合系数选择不当，应采取分散间隔装药。本文依托青岛地铁工程中，HDl3+164．1处工作面围岩整体性较好，为弱风化的大理岩，下部有少量地下水渗出，为II级围岩。根据地质条件，炮孔布置如图3所示。爆破后效果为：残孔率达70％、孔底残留100cm左右。究其原因，主要是由于岩石较完整，掏槽部分岩体未完全爆出，拱顶出现超挖现象。基于上述原因，在下一循环HDl3+165．5处的爆破设计中做出调整：在两排掏槽孔中间再增加一排掏槽孔，加大拱顶周边孔的间距，在底部增加一排辅助孔，炮孔布置图如图4所示。HDl3+165．5处调整后爆破效果为：孔痕率达到80％、孔底残留5—10cm，钻孔深度2．8m，实际进尺2．5m，爆破效果较好。可见经过认真分析上一循环的爆破效果，并结合围岩的变化情况，及时修正钻爆设计参数，能够在下一循环中达到良好的爆破效果。
圖3：HDl3+164．1炮孔布置图(单位：mm)
图4：HDl3+165．5炮孔布置图(单位：mm)
4．4优化每循环进尺，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、装碴机械及能力、工期及进度要求等的制约。深孔钻爆，虽然能获得较好的施工进度，但由于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；减少炮眼深度就能减少外插角造成的超挖，如果炮眼深度由4m减少到2m，可以使平均超挖值减少50%。因此，无论是从超挖值还是从总体综合效应，在选择钻孔深度时要统筹考虑，优化每循环进尺，以获得最佳的施工进度和经济效益。
4．5提高装药质量和爆破技术
超挖造成浪费，欠挖处理极为困难。隧道施工中，要充分运用光面爆破、预裂爆破和等差毫秒技术，精心进行钻爆设计，合理选择钻爆参数，提高装药质量。从实施光面爆破控制超欠挖出发，选择与岩石阻抗系数相匹配或相接近的炸药品种，周边眼可采用间隔装药方式，增加炮孔的线装药高度，提高炮痕保存率。
4．6提高测量技术，减少预留误差，
控制人为超挖测量是控制超挖的基础，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，要尽可能采用高精仪器和先进的测量手段，经常调试校核仪器，并将开挖轮廓线即设计轮廓线放样于掌子面上，以降低或取消预留和放样误差，减少人为超挖现象。
4．7提高钻孔精度
在光面爆破中，钻孔产生的超挖量远大于爆破产生的超挖量，因此提高钻孔精度是减少隧道超欠挖的重要途径之一。钻孔应严格按照爆破方案进行，掏槽孔根据爆破方案采取一定的倾角。但在实际施工中，由于受钻孔机械或入为的影响，或多或少的会形成一定的外插角。根据长期的工程实践，可以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施钻，保证规定的孔位、孔深和倾斜角。并由技术熟练的人员负责周边孔和掏槽孔的作业，在先钻的孔内插入导向管，依次作为基准钻其他炮孔。(2)钻周边孔时，通过钻孔位置少量内移来减少外插角。依据测量放线人员在掌子面上画的轮廓线，将钻孔孔位定位在轮廓线内侧l一3cm，从而减小外插角带来的不利影响。
5结语
隧道钻爆法施工超欠挖虽然是不可避免的，但是可以控制在一定的水平之内。也就是说将因超欠挖造成的工程成本增加控制在一定的水平之内，从而保证工程总成本的可控。这就要从现场施工管理、施工技术、施工设备等多方面加强管理，目的就是要把众多的因素置于可控的状态，达到设计和施工的基本要求。
参考文献：
[1]关宝树．隧道工程施工要点集[M]．北京：人民交通出版社，2003．
[2]关宝树，国兆林．隧道及地下工程[M]．成都：西南交通大学出版社，2000．
[3]高利平．山岭隧道施工工艺综述[J]．山西建筑，2008，34(2)：319—320．