控制隧道超欠挖的施工技术研究

谢登高、万磊、邹林

（中国建筑土木建设有限公司，北京 100067）

0 引言

采用钻爆法修建隧道时，隧道超挖或欠挖现象难以避免。然而，在实际施工过程中却发现，一些单位对超挖、欠挖认识不足，导致开挖成型质量差、增加工程成本、降低应有利润。当超欠挖比较严重时，还会对隧道洞室的稳定性造成一定影响，因此必须重视隧道超欠挖。隧道施工建设过程中钻爆法施工技术十分普遍，但钻爆法施工所产生的超欠挖现象，会给施工企业经济成本和项目整体安全性造成严重影响。尽管当前对于钻爆法施工期超欠挖问题尚无有效的避免办法，但仍可采取相应措施降低超欠挖的危害。

1 超欠挖的定义

超欠挖是以隧道设计开挖轮廓线为依据，将现实开挖所得基准线与轮廓线相比较，当基准线外侧（塌陷处）界定为超挖，基准线外侧（凸出处）界定为欠挖，且未发生大面积超挖或欠挖时，则采用钻爆法开挖最理想。

目前，我国对隧道周围爆破质量评价还未形成完整的法规制度，本文参照苏联和英国等国给出的准则，将超欠挖界定为以孔痕保留率为评价指标，具体内容如下：线性平均超挖量≤100mm，线性最大超挖量应≤250mm，总体超挖量≤150mm，两炮孔相连台阶最大尺寸≤150mm，炮孔痕迹留痕≥100mm，无欠挖现象。

2 超欠挖的形成原因

采用钻爆法施工时，欠挖主要形成于爆破作业或者不规范的钻孔作业期间。具体说来，可分为如下几种：

第一，钻孔引起的超欠挖问题。目前的工程施工建设中仍然存在一些问题亟待解决。首先，钻孔位置设计不合适，造成超欠挖，即钻孔布置与周边钻孔实际设计线有偏差，如果向内倾斜则欠挖，向外倾斜则超挖，钻孔位置不合适主要是施工人员测量时疏忽所造成。其次，开孔时错误造成超欠挖。水利工程的施工技术复杂多样，受地质围岩及施工环境影响较大。

第二，在爆破过程中，容易发生超欠挖问题。一是施工人员未按原爆破方案钻孔作业，为了节约工期减少钻孔总量，造成个别钻孔装药过多，诱发岩层塌落而造成超挖。二是周边爆破孔装药结构不够科学，导致超欠挖严重。其实对于中深爆破孔，不能用空气柱充填药物。把炸药全部集中到爆破孔中，会造成孔口欠挖和孔底超挖。三是在周边孔光面爆破资料得到证实后，未调整装药量。

3 影响隧道超欠挖的因素

3.1 钻孔精度影响分析

钻孔出现偏差是造成超欠挖现象的重要因素。为了准确地预测和控制施工过程中出现的偏差，必须对其进行分析研究。钻孔的偏差一般由以下三部分组成：一是开眼偏差Rc，即开眼中心与设计孔位中心之间的偏差；二是方向偏差Rd，即开眼方向与隧道设计轴向轮廓线之间的偏差；三是岩石内的附加偏差Rr，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。

在国外，通常采用钻孔深度为4.0m 以下的深孔，由于地质构造复杂，断层多等因素影响，所以对特殊地层（如岩溶地区），勘探难度就更大。因此在实际工作中，必须根据具体情况选择合适的钻具和方法，通常使用3.5m 左右的钻孔深度。

3.2 爆破技术影响分析

爆破技术造成超欠挖的原因有：一是周围孔装药量过大，在爆破过程中造成围岩大块塌落而造成超挖；二是周围炮孔间距设置不合理造成超挖或者欠挖。

3.3 测量放线影响分析

控制超欠挖，主要在于开挖轮廓线，即周边孔线的准确性应得到控制。在实际施工过程中，由于施工人员操作不当或仪器故障等会引起偏移量较大，从而导致围岩变形过大甚至坍塌事故发生。同时，还可能出现拱顶下沉、地表沉降以及塌方现象。因此，首先要确保测量放样隧道中线及标高的精度，采用正确方法确保轮廓线定位准确，降低超欠挖影响。

3.4 地质条件影响分析

地质条件作为客观条件，是爆破参数测定的根本依据。影响岩体爆破效果的因素很多，如岩性、构造以及地层结构等，这些因素都会对爆破产生不同程度的影响。从理论上讲。地质条件复杂时，应考虑开挖对围岩节理裂隙的影响。爆破作业过程中，因围岩应力集中，岩石节理发育等会导致隧道围岩失稳破坏，出现清帮问顶、坍塌、剥落等现象，即为超挖。该超挖量随支护封闭围岩的延迟而增大。

4 超欠挖的规范标准分析及超挖量的计算方法

国家有关部门针对隧道开挖超欠挖制定了标准。超挖值分为两种：一种是在隧道中允许的最大超挖值；另一种是在施工过程中，因断面光爆效果不理想而造成的超挖值，它是经济考核的重要指标之一。欠挖分为局部欠挖和整体欠挖。超欠挖对隧道成本有很大的影响，通常情况下超欠挖量应控制在允许范围内，但实际施工中，往往会出现超挖量超过允许范围的现象，特别是当开挖深度大于或等于5cm 时。平均不超过5cm 即意味着隧道成本中的欠挖量为零。

因此，正确计算超欠挖对合理设计施工方案有着重要意义。但是如何准确计算隧道内超挖量，并不是一件很简单的事情，特别是大跨度浅埋暗挖隧道。超挖量是指某一隧道围岩开挖完成后，经过测量统计得到的平均超挖量；若判定某隧道段超挖量，则首先判定某隧道段每间隔一段距离（通常是5m 或者10m）隧道段为测量断面，再由测量大致描画出该段实际轮廓图，计算出径向超挖量，最后由各段径向超挖量均值计算出该段超挖量总量。

在高等教育阶段的英语课堂上，教师往往重点讲授相关生词、句型、语法等硬性知识，以及训练学生的朗读和客观题型的应试能力。虽然，以学生为主体的课堂教学模式越来越受到重视和推行，增加了师生交互的环节分配（胡钰衎,2016），但本质上还是属于封闭式答案的灌输教育，学生的开放思维和语言灵活运用的创造力，以及对语言的个性化感受都受到了限制。

5 超欠挖对隧道成本的影响

对于超欠挖，超挖比欠挖更能降低隧道成本。因此，对隧道施工来说，控制超挖是非常重要的。目前国内一些单位已经注意到这一点，并开始采取各种措施。钻孔补炮是减少欠挖量最经济有效的办法之一，它可使挖掘的深度增加几倍甚至更多，同时还能保护岩石不被破坏，节省大量的人工。

现代地下工程大多需要支护与衬砌。超挖导致隧道费用提高是因为增加支护与衬砌费用，超挖本身对于岩石开挖费用影响不大。例如，每1m 隧道多超挖1m 岩石，开挖成本提高的费用极少或没有提高，但因此要引起加大1m 支护及衬砌混凝土回填工程量，将极大地影响隧道成本。为了减少超欠挖给工程成本带来的影响，工程投标预算时，应充分利用国家有关部门规定的标准规范允许值，投标报价时全面考虑。应根据不同地质条件、围岩级别及周边环境，合理选择施工工艺；采用先进的技术措施提高工程施工质量，确保工期进度；加强安全管理，做到防患于未然；重视环境保护，做好水土保持工作。项目实施阶段，应加强现场施工控制。

6 超欠挖的有效控制方法

6.1 提高测量技术

隧道工程施工中应注重测量技术的应用，我国大部分地区的地质条件较为复杂，在进行施工时往往会出现一些问题，这也给工作人员带来了一定困难。为此，文章就如何加强隧道工程测量展开分析和探讨。

第一，在实际的施工过程中，需充分考虑围岩的结构特点和地下水位的变化情况。

第二，根据场地的具体情况选取适宜的放样方式，确定相应的长度和距离之后，再进行开挖作业，做好支护防护措施。

第三，隧道工程在进行施工时，需合理地选择开挖方法，确定相应的支护结构，对围岩稳定性进行良好的监控。

6.2 提高钻眼精度

钻孔前用高度尺精确划线是必要的，具体做法如下：首先，划线过程中，划针角应与工件划线平面（划线方向）呈40～60o夹角，以免造成过大误差；其次，划针角应清晰、匀整，以免钻孔过程中因划针不清造成误差影响后续施工；再次，划线基准面应注意选取，确保基准面处理准确及自身平面和相邻面垂直夹角，以免划线不整洁造成误差；最后，划针角应成十字线，孔位划针角应准确，划针角中心点应准确。钻孔直径6mm 以下，如精度不高，可用手钳夹持工件，钻孔直径6～10mm，若工件规格许可，可使用平口钳。钻孔时需注意工件表面应垂直于钻床主轴；钻孔直径大于10mm 时，需使用压板加紧以确保孔位精度[1]。

6.3 优化爆破设计及技术要点

优化爆破设计的具体步骤如下：首先，爆破前勘查作业时，要求有关人员必须严格遵守规则，保证现场实际施工情况和预期勘查情况相符，预防爆破设计过程存在不合理之处；其次，强化炮孔作业时监测力度和管控手段，以免导致超欠挖；最后，设计人员应全面调查区域内岩石稳定性和爆破材料质量情况，避免超欠挖。技术要点如下：

第一，根据当地的岩石特点选择合适的钻孔和爆破，保证钻孔的数量。

第二，合理确定钻孔填装药量及炸药的种类，提高钻孔的质量。

第三，严格控制爆破速度，减少药卷对炸药的消耗，降低爆破震动，从而达到良好的爆破效果。在进行爆破设计时，应根据以往的工作经验和实际情况，选择合适的爆破结构。因此，为了保证隧道的安全施工，必须根据当地的地质水文状况，采用工程类比法和现场试爆数值相结合的方法。具体作业时，也需充分根据现场实际情况灵活调整，并通过前一个周期爆破效果的评估和分析为后续周期作业提供借鉴[2]。

6.4 强化制度建设和管理工作

对超欠挖这一现象进行有效管控，不仅与隧道工程地质环境特征，施工技术以及工作团队整体能力等因素密切相关，而且施工单位采取何种管理模式、管理制度等也将对工程质量产生深远的影响。所以在钻爆法的施工操作上，对测量、钻孔、填药都要制定严格的操作守则，细化各岗位职责，检查技术方案要统一，严格按照PDCA 程序进行，对问题的分析要环环相扣，合乎逻辑，在每一个环节上，工程技术人员都要深入施工现场调查收集证据，根据客观事实，运用数据分析这一工具，适当而准确地运用统计图表对问题进行总结，并加以分析。此外，还应注重各环节之间相互联系及反馈信息，从而提高整个工程项目的管理水平。施工单位在加强施工人员及管理人员培训的同时，要委派专业工作人员开展质量管理工作。

6.5 加强对操作人员的技术培训

为了保证工程施工质量和进度，必须对每一道工序进行严格把关，确保工程质量。技术人员应具备一定的专业知识，熟悉各种爆破参数在深基坑中的应用，并能熟练进行现场爆破；爆破、钻孔人员应具备一定的技术能力，熟悉爆破、钻孔相关知识，掌握爆破、钻孔等方面的综合操作技能。施工期间，管理人员应对施工环节进行严格把关与监管，强化原因分析并对超挖进行管控[3]。

6.6 定向断裂爆破技术的合理应用

传统光面爆破技术由于技术自身的局限性，对隧道周围岩层造成的破坏几乎无法避免，所以针对已有技术进行改良优化，能够最大限度地减少超欠挖现象。当前我国采用的切槽爆破技术，针对超欠挖现象进行有效治理作用非常明显，施工企业可在必要时考虑采用。

6.7 积极引进新设备、新工艺

随着科技的不断革新与进步，各种新装备、新技术不断涌现，铣床对于隧道超挖控制起到了至关重要的作用。铣削式隧道掘进机具有受围岩扰动较少、掘进等高线准确度高的特点。便于对隧道高线进行切割，既能确保隧道断面尺寸，又能减少工人操作危险性；既能控制材料成本，又能显著提升隧道施工安全性[4]。

7 结语

超欠挖是隧道施工过程中存在的主要问题之一，是确保隧道施工安全、进度及造价等方面不容忽视的问题。钻爆法隧道施工中超欠挖虽难以避免，但可控制在某一范围内，即把因超欠挖而引起的工程成本增长限制在一定范围内。这就需要对施工、技术、设备等方面进行强化管理，目的是将诸多因素放在可控制状态下，满足设计与施工的基本需求。隧道施工作为一项复杂系统工程，受到地质条件、设计参数和施工工艺的影响，为此需要加强隧道围岩变形的控制与预防技术研究。