基于钻爆法在隧道超欠挖控制中的应用

欧阳丹

（江西交设工程咨询有限公司，江西 南昌 330009）

0 引言

在隧道工程项目开展阶段出现超欠挖问题，会给工程的开展造成一定的影响。钻爆法能有效解决超欠挖问题，保障隧道工程施工的安全。

1 超欠挖危害分析

超欠挖在隧道工程施工过程中比较常见，出现超欠挖的情况会给隧道工程造成一定的危害，主要体现在以下几方面[1]：

第一，隧道工程发生超欠挖的问题，会增大施工量，还会危害隧道安全、降低隧道质量，极易造成变形、坍塌的问题，危害人们生命安全。

第二，隧道内超欠挖问题的存在，会损坏周边围岩结构。超欠挖现象往往会导致隧道内部存在严重凹凸不平问题，在一定程度上破坏围岩结构稳定性。

第三，如果隧道内存在比较大面积的超欠挖问题，隧道无法正常运行，在二衬施工中极易存在偏差等问题，影响衬砌施工效果。

第四，衬砌施工时，如果内部防水板发生断裂的问题，会造成隧道防水性能不合格，出现裂缝、渗漏的问题。

第五，在隧道超空间回填的情况下，应用混凝土作为施工材料，延长施工时间，还会造成成本升高。

因此，在隧道施工中，加强超欠挖控制极为重要。

2 隧道超欠挖原因分析

2.1 地质原因

地下隧道开挖施工环节中，地质因素是导致隧道发生超欠挖的重要原因之一。围岩地质条件如果比较差，如围岩裂隙发育较大、含水量高、地下水丰富等，都容易造成超欠挖问题。如果围岩有明显节理、裂隙、溶洞、软弱夹层等，经过爆破作业会造成周边围岩结构损坏，结构面的强度和性能下降比较明显，最终引发超欠挖的问题[2]。

2.1.1 水平岩层

隧道结构内部的水平薄层层状岩层在钻爆施工中，因为岩层之间的作用力减小，在震动的作用之下出现岩体松弛的情况，极易出现拱部某个层面脱落、掉块等问题，不能形成新的开挖轮廓线，拱部发生超欠挖。

2.1.2 软弱岩层

软岩隧道内节理发育比较剧烈，围岩结构结合效果较差，因为结构的影响，岩体受到挤压而发生损坏，容易风化崩解，遇水后稳定性下降速度很快，现场施工中存在拱部、边墙掉块严重的问题。在该部位上，软岩变形问题较为常见，开裂的发生会引发安全问题。例如我国云南地区，有很多区域软弱岩层的问题比较常见，在开挖后出现变形量超过施工要求的情况，危害工程安全性。

2.2 爆破技术

2.2.1 测量放线

由于隧道内能见度较低，测量人员在测量过程中，前后视点找准难度较高，容易发生数据偏差的情况。还会发生由于掌子面平整度较差，导致炮眼设置上出现偏差而引发超欠挖。

2.2.2 钻孔精度

钻孔是重要工作之一，孔位、外插角都是造成超欠挖的主要原因。

（1）孔位

个别钻孔施工中，因为掌子面平整度不合格，钻孔位置偏差严重。钻孔作业中，因为岩层破碎、夹泥等问题，发生塌孔的危害，只能在附近区域补孔，受到人为因素的干扰和影响，出现孔位偏差的问题。钻孔前，仅考虑难易程度，没有加强钻孔位置的控制，尤其是和周边孔距的设定不当，极易发生拱顶、腰线、边墙的施工精度不合格。

（2）外插角

现场的施工中，常采用人工手持风钻施工方式，受到人为干扰因素的影响，没有根据规定方向钻孔，在周边眼外插角较大的情况下，有些孔眼外插脚误差超过30cm，开挖尺寸较大时，会造成隧道超挖问题的发生。

2.2.3 爆破参数

爆破参数设置不合理是比较常见的超欠挖问题，主要体现为以下几个方面：

（1）掏槽方式不正确，造成爆破后没有出现符合实际工作需要的临空面，最终导致爆破的质量无法满足要求；

（2）周边眼间距、最小抵抗线布置不合格，容易造成超欠挖的质量问题；

（3）周边眼没有按照设计方案确定，盲目增加周边炮孔间距，进而引发超欠挖的问题；

（4）起爆网络设计不当，炮孔爆破时出现顺序不合理的情况，影响爆破的质量，最终出现欠挖的情况。

2.3 施工管理

爆破施工作业现场，需要加强组织管理、人员配备、技术交底、现场跟踪管理、资料收集等方面管控。如果施工现场管理不到位，很多管理措施无法有效落实，都会给爆破作业的质量和效果带来负面的影响。主要体现为以下几个方面：

第一，现场班组人员不固定，人员流动性较强，稳定性不足，在掌子面钻孔时无法确定责任人，新进入的人员对掌子面围岩情况了解不够深入，钻研质量不合格，极易发生超欠挖的问题。

第二，现场人员没有根据规定标准要求进行钻孔、装药，现场质量问题频发，导致超欠挖。

第三，现场管理人员经验不足，技术人员水平较低，对现场各项施工过程监督管理不当，不能有效地指导现场施工，隧道开挖过度依赖施工班组，造成现场管控不到位而引发超欠挖的问题。

第四，没有加强掌子面测量放线管控，数据精度不合格，炮孔测量偏差严重，也没有组织专人设置，最终引发超欠挖的问题。

2.4 其他原因

隧道欠挖现象出现后，需要进行二次补炮，控制不严格易引发超挖的问题。

3 隧道超欠挖的控制

3.1 超欠挖预防

为确保隧道工程质量合格，消除超欠挖的问题，加强超欠挖预防尤为重要。隧道施工人员应以工程的实际情况为出发点，选择合适的超欠挖预防方式，如严格落实测量放线控制、提高尺寸精度、在开挖现场布置必要的通风照明措施、准确标记隧道轮廓线再打眼等，加强细节控制，落实预防和管控工作。公路隧道开挖阶段，根据现场情况配置合格的人员，及时修正开挖方向的偏差。同时，应用断面仪、收敛仪等设备准确测量开挖断面，获得精准的爆破开挖施工参数，保证开挖质量符合要求。

3.2 科学合理的钻爆设计

隧道钻爆的施工阶段，钻爆设计是提高工程质量的关键。在钻爆设计工作中，应准确控制周边眼边距、最小抵抗线、深度、角度、药物量、起爆顺序、时间间隔等。钻爆设计须以爆破质量合格作为基础，减少炮眼数量，从而节约施工材料，避免引发大面积的损坏，提高钻爆施工的质量水平。

3.2.1 炮孔布置

（1）炮孔布置环节

按照槽孔、周边孔、辅助孔的顺序进行。槽孔通常设置在开挖面的正下方，在该工作的实施中，应结合现场爆破的情况做出必要的调整。通常来说，和其他孔对比分析，掏槽孔的深度应适当地增大10～20cm。设置周边孔时，外插角达到1o左右即可，同时还要确保边墙的周边孔距离比其他位置上的炮孔距离小5cm 左右，炮孔直径不能超过42mm。

（2）周边孔设置环节

将周边孔均匀设置在轮廓线之外，注意缩小轮廓线的距离，现场设置阶段，断面各个拐角部位上都要设置炮孔。

（3）周边孔间距、最小抵抗线设定环节

分析现场的具体情况，确保辅助孔设置达到要求，不给爆破施工造成负面影响。

3.2.2 超欠挖控制

（1）开展精准测量

提高测量技术水平，确保测量精度，是消除超欠挖问题的关键。

在隧道项目开展施工时，技术人员应选用先进测量仪器设备，加强设备管理与维护，确保设备正常工作，发挥出应有的作用。

在开挖环节，通过设备检测可以确定隧道中线水平，一旦出现偏差，应及时做出调整，达到精度标准要求，预防发生超欠挖的问题。

在进入现场开展施工作业前，对设计院出具的资料进行现场复测，并且根据需要设置控制网结构。测量使用符合国家标准要求的全站仪，经过检定合格，显示数处于正常使用范围内，并应用双人双测法测量。

高程测量使用精密水准仪进行。洞口各个基准点都要应用三角闭合的检测方式，通过多次精准测量，保证坐标数据精度合格。隧道各个洞口一般设置四个以上平面控制点，其中一个为后备预留点，另外三个为高程控制点。在隧道内部空间中，通常要引出两条单独导线，进行测量校核控制，达到数据精度要求。在工作结束之后，应在边墙1.5m 的部位上设置水准点。隧道内部的控制线需要通过各个洞口的两个高程水准点向洞内引设，同时在内部间隔100m 布置一个水准点。

在隧道内部设置全自动隧道激光断面仪检测轮廓尺寸，了解是否出现超欠挖的问题，如果有，应及时纠正处理。

此外，现场施工人员做好各项尺寸记录工作，关注各影响因素，采取预防应对措施，消除超欠挖的问题。

（2）加强钻孔精度控制

开挖施工现场，钻孔精度控制尤为重要，这是影响隧道超欠挖问题的关键。

在现场施工开始前，应对钻孔技术展开分析，选择合适的超欠挖控制措施，总结经验教训，落实现场施工管理和控制，消除负面因素的干扰。

隧道开挖施工中，钻孔执行标准、深度、孔位、倾斜度必须达到要求。只有快速确定孔位、精度合格，才能确保轮廓线边线达到要求，预防发生超欠挖的问题。

钻孔工作实施前，由现场测量人员快速标记，通过风枪快速确定具体的钻孔位置，达到工程精度的要求。应保证手持风机钻孔方向、倾斜度合格，达到精确的要求，以满足爆破工程技术标准要求。

在钻孔施工应达到准、平、直、齐的要求。

准是隧道开孔应达到设计方案要求，准确性合格，严格落实规范要求，如果发现软弱围岩变化，应及时做出孔位调整，注意只能在10cm 范围内移动，拱顶孔只能左右移动，边墙孔位只能上下移动，确保开挖轮廓线周边孔放线偏差在1cm 内。严格控制开挖轮廓线周边孔外插角，不能超出规定的要求，方向和开挖轮廓线保持一致。V 级隧道围岩的孔深度一般从开挖轮廓线向内偏移6cm，Ⅳ级围岩偏移4cm 左右。

直是掌子面直线段应在最上部进行标记，孔位达到精度的要求，立即插上未施工炮钎，钻孔孔位处于同一垂线上。平是保证各个部位上的孔位达到平行设置的要求。齐是现场施工掌子面的深度应和垂直隧道轴线在同一平面上，槽孔深度应增加到15cm 左右，钻孔深度要结合掌子面平整度做出改变和调整，孔底处于同一平面上。值得注意的是，工作开展时需要按照隧道工程的具体情况，做好施工过程的工艺控制，保证各方面的施工参数均满足实际需求。

（3）确定钻眼深度

隧道开挖施工环节，岩质符合稳定标准后，采取深孔钻爆的方法进行现场施工，为项目施工开展顺利进行提供基础。考虑到隧道开挖现场的具体状况，深孔钻爆一般达到4～5m，钻孔角度偏差过于严重，炮眼将无法达到使用的要求，开挖效果和质量也会受到影响，严重干扰施工质量。因此，在隧道开挖作业阶段，应加强钻孔深度的控制，尽量避免外插角。公路隧道开挖阶段，应确保炮眼深度达到规定要求，严格落实地质条件情况，落实施工工序管控工作，落实综合性分析与研究工作，提高隧道钻孔开挖规范化与标准化，避免发生超欠挖的问题。

（4）重视钻爆人员培训教育

组织钻爆工作人员开展学习和培训活动，确保其对设计方案以及质量标准有足够的了解。强化“少欠少超”观念，提高人员业务能力水平，使其可以根据现场的具体情况做出钻爆参数调整，符合现场施工标准要求。

（5）加强开挖施工现场的管控

现场施工中，管理人员需要落实现场管理与控制，构建完善的质量保障工作体系。明确岗位人员职责和权限，一旦出现问题能够立即确定责任人。高度关注现场施工情况，提升项目施工效果。隧道洞身开挖必须加强各个工序的管控，落实技术交底与管控工作，严格执行隧道质量检测与控制工作，对提升隧道工程的质量水平有重要的意义，也能预防发生超欠挖的问题。具体方法为以下几点：

第一，建设完善的质量监督管理体系；第二，组建现场质检工作团队，落实跟踪与管控工作，收集掌握施工现场各项信息，了解超欠挖的情况；第三，落实组织管理工作，明确人员责任和义务；第四，制定奖惩制度，对超欠挖、材料损耗、作业时间等都要进行管控，落实考核管理工作，从而消除不利因素的影响。

4 结语

在隧道工程施工中，超欠挖的问题比较突出，会对隧道安全性产生不利影响，也容易造成经济损失、人员伤亡等事故问题。因此，在进行隧道施工中，明确现场超欠挖问题和影响，使用钻爆法开展作业施工，对超欠挖的控制来说非常重要。现场施工人员应控制测量准确度、加强人员培训、落实现场管控措施，尽可能地消除超欠挖的问题，才能确保隧道项目施工顺利进行，提高工程的质量水平。