超欠挖控制在山岭隧道施工中的重要意义

2011-08-15刘胜东

山西建筑 2011年8期

刘胜东

0 引言

超欠挖即以隧道设计开挖轮廓为基准线,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,与基准线重合部分为零超欠挖。

山岭隧道爆破施工过程中,超挖和欠挖是不可避免的,此现象不仅以前存在,现在存在,以后还将会长期存在。近几年,各单位在如何做好超欠挖控制方面采取了很多措施并做了大量的工作,取得了一定的效果,但随着施工规模的扩张,现场管理和作业人员的认识和水平问题,控制水平又有反弹。

鉴于控制和减少超欠挖,以及超欠挖对隧道的安全、质量、进度和成本的影响关系重大,本文就超欠挖原因、危害和采取的措施进行归纳总结,以共享提高。

1 超欠挖原因分析

1.1 认识不足

根据隧道质量评定标准,凡隧道出现初衬厚度超过一定范围该分项为不合格产品,凡隧道二衬厚度不满足设计要求的评为不合格:1)交不了工;2)影响进度;3)因返工造成大量的人力、物力的损失,甚至可能在处理超欠挖时引发塌方造成人员伤亡和财产损失;4)给后期运营带来安全隐患。要充分认识超欠挖后果的严重性,并只有在认识到位的基础上才能对超欠挖采取有效的控制措施和手段。

1.2 地质原因

主要指围岩的节理、裂隙等非主观因素的影响。由于围岩存在明显的节理、裂隙、软弱夹层、溶洞等,爆破后围岩不沿周边炮孔的切割线破坏,而极有可能沿这些结构面或软弱面破坏,形成主观很难控制的超欠挖。通常这种情况的出现,一方面可能由于自身能力所限,不能及早发现或者认识不充分,未采取有效的预防和加固措施进行;另一方面监测不及时或不真实,造成发现问题不及时。

1.3 测量放样

首先,控制点不正确造成放样错误,其结果形成超欠挖;其次测量操作失误也是引起超欠挖的因素,而且一旦出现一次操作失误,其下一循环在前一个循环欠挖未处理之前很难保证不出现欠挖。

1.4 爆破技术

目前山岭隧道基本上都采用的是新奥法,要求采用光爆技术或者预裂爆破进行控制超欠挖。但由于预裂爆破技术还处于摸索阶段,并未形成完整的理论和得到推广;光面爆破在国内全面推广,但爆破参数的选择不确定性大,目前大多采用经验法来进行参数的确定。缺乏专业爆破技术人员也是造成超欠挖难于控制的因素。

1.5 断面检测

主要针对洞身开挖断面检查和二次衬砌前断面检测。开挖后未对每循环进尺进行断面检查,或敷衍了事。对发现的超欠挖部分处理不及时或放任不管。不按规定频率进行认真抽查,甚至不检查,对填写的内业资料都是闭门造车。缺乏施工经验,不能有效观察超欠挖的存在,未能及时安排进行复核和处理。

1.6 超前支护施工质量差

进行超前支护可以有效保证施工安全,也可减少超挖。但现在在施工超前支护时大多难于保证其施工质量,如钢管间距不均,角度控制差,注浆不饱满等,故难以控制超欠挖。同时隧道开挖后,没有及时初喷,导致围岩暴露时间过长,掉块和脱落影响超挖的控制。

2 超欠挖对隧道施工的影响

2.1 安全影响

隧道超欠挖控制较好时,线条直顺美观,断面圆顺,极少产生应力集中,可避免不必要的变形和塌方;爆破震动控制良好,对围岩松动圈较小,产生变形和坍塌的几率小;设计和实施支护达到要求,可控制变形,避免二次剥皮和返工。在此基础上,可确保施工安全和企业的信誉。一旦控制不利,可能在处理超欠挖时引发塌方造成人员伤亡和财产损失,并给后期运营带来安全隐患。

2.2 质量影响

根据隧道质量评定标准,凡隧道出现初衬厚度超过一定范围该分项为不合格产品,凡隧道二衬厚度不满足设计要求的评为不合格;超欠挖还会影响喷混凝土、二次衬砌混凝土、排水、壁面美观等,甚至无法交工。其对施工企业的信誉和个人的收入影响较大。

2.3 进度影响

超挖造成开挖时间长,出碴时间长,支护时间长,甚至出现衬砌时间长,施工进度难以保障;或因控制不力造成返工,进而投入大量的人力、物力处理,影响工程整体竣工。欠挖的二次处理,不仅会造成新的超挖和支护,还会对后部工序的作业时间造成影响,对整体进展不利。同时可能造成开挖快,后续施工进度跟不上,导致步距不合理,出现工序停工和窝工的现象。

2.4 成本和效益影响

超挖对隧道成本的影响主要是增加支护和衬砌的成本,相对而言超挖对岩石开挖成本的影响则较小。现在督导隧道施工中,均需要进行开挖和支护,如每米隧道多超挖 1m岩石,就开挖成本,增加的费用很少或者不增加,但是由此就要造成增加 1m支护和衬砌混凝土回填的工程量,故超挖对隧道成本的影响是非常大的。就超欠挖而言,超挖对隧道成本的直接影响大于欠挖。但决不意味着欠挖可以忽视,在一定条件下,如果没有其他辅助设施消除欠挖,而是用钻孔补爆的方法来消除,则欠挖预示着产生更大的超挖。因为钻孔爆破处理欠挖往往会爆下比欠挖量多几倍的岩石,从而造成人工、材料的超额消耗,浪费更大。

3 控制超欠挖采取的措施

3.1 技术措施

3.1.1 提高钻孔质量

爆破设计完成后,钻孔成为超欠挖控制的关键工序。钻眼在按设计眼位开孔的同时,还必须掌握好钻眼方向和眼深的精度。但由于受钻孔设备和钻孔技术的限制,钻孔方向、炮眼深度很难达到光爆要求,因此钻眼时要注意:周边眼开眼位置一般应使炮眼中心线落在轮廓线上,钻眼的斜率要根据孔深来调整,应保证周边眼眼底在开挖轮廓线外 5 cm左右为宜;如果工作面不平整,应按实际情况调整炮眼深度及装药量,力求所有炮孔孔底落在同一个平面上;所有周边眼应保证同一个倾斜角度。

3.1.2 控制周边眼装药量

控制周边眼装药量是控制隧道超欠挖的一项重要技术措施。周边眼的装药量与岩石的物理力学性质、节理发育程度、炸药品种等因素有关,因此,应提前探测开挖进工作面所穿过岩石的性质、破碎程度,根据实际要求选择合适的孔间距、光爆层厚度和炸药品种,应用这些参数确定最佳的装药量。

3.1.3 采用合理的装药结构

目前光面爆破的装药结构主要有径向不耦合装药、单段空气柱装药、多段空气柱间隔装药和其他特殊异性装药结构。在隧道掘进光面爆破中,应根据工作面的岩性、炸药品种、炮眼深度和方向,选择既保证能获得良好光面爆破效果,又便于操作,易于实现的光面爆破装药结构。因此,对于水平眼浅眼掘进爆破,宜采用炸药装于炮孔底部的单空气柱装药结构;对于水平眼深眼掘进爆破宜采用炸药装于炮孔中部,装药里外预留空气柱的装药结构;对于垂直炮眼,由于不易实现空气柱或水柱装药结构,可以在装药底部或上部放置一根细长木条,作缓冲层的空气柱或水柱装药结构,均可以取得良好的光面爆破效果,将超欠挖都控制在规定的范围内。

3.2 制度措施

严格按照监理程序要求检查、严格按照批准的方案进行实施。

加强奖罚制度,强化内部管理:技术水平的提高是减少超欠挖的前提和最基本的措施。但工人工资收入没有与掘进质量、材料消耗等挂钩的单位,超欠挖严重而工人工资收入与之挂钩的班组,隧道成型质量好,超欠挖也基本上控制在规定范围内。因此各项目应制定和实施相应的奖罚条例,对控制好的应重奖,对控制不好或者差的应对相应责任人重罚直至清场。事实证明,实行有效可行的管理措施,各项技术措施才能得以实施,它是控制超欠挖的关键。