暗挖隧道超欠挖原因分析及控制措施

陈峥，刘毅平，王晓飞，吕可，马永明

[摘要]依托西安市某地铁暗挖隧道工程，通过确保测量基础数据的正确性、5点放样、选择合理预留变形量、加强钢筋格栅的制作与安装、强化现场管控等手段，使得工程的超欠挖问题得到有效解决。

[关键词]暗挖隧道； 超欠挖； 控制措施

[中国分类号]U455.41                   [文献标志码]B

0引言

隧道超欠挖问题直接影响隧道的安全、质量、成本及施工进度，甚至影响着工程能否正常竣工验收。因此，此问题得到了众多学者的关注。张圣强［1］针对钻爆法隧道，分析出地质（水平岩层、软弱围岩）、爆破技术（测量放线、钻孔精度、爆破参数）是施工管理不到位超欠挖产生的主要原因，针对其产生原因提出了加强施工管理、避免过分找顶、优化光面爆破参数的措施，并提出了“少欠少超”代替“宁超勿欠”的观点。郭建［2］、张旭［3］、刘国强［4］等均是针对钻爆法隧道超欠挖问题进行了相关研究，分析了超欠挖的影响因素，并提出了一系列的控制措施。

目前针对钻爆法隧道超欠挖问题的研究较多，而对于暗挖法隧道超欠挖问题的研究较少。因此，本文针对暗挖法隧道，分析其超欠挖问题出现的原因以及危害性，并提出相应的控制措施，并通过工程实践进行验证。

1超欠挖的概念及允许偏差

隧道超欠挖是以隧道设计轮廓线为参照，实际测量轮廓线与设计轮廓线的对比情况，实际测量轮廓线位于设计轮廓线外侧为超挖，内侧为欠挖。如图1所示。

GB/T 50308-2017《城市轨道交通工程测量规范》［5］对超欠挖没有明确规定，满足设计蓝图的轮廓尺寸即可，考虑到施工误差，一般施工单位都会在原有设计蓝图的基础上适当增加外放量。同时，设计蓝图上对钢筋格栅安装要求如表1所示。

2超欠挖的危害性

2.1安全

隧道出现超欠挖时，相较于设计轮廓线，超欠挖部位会产生应力集中现象，同时超挖部分在填充后，仍会留下或多或少的空洞和裂隙，对围岩的强度及稳定性造成较大的影响；当隧道欠挖时，会使有效断面面积减小，对运输、行人、通风等带来一定的影响，同时后期需要对欠挖部分进行处理，在处理过程中易发生坍塌等事故。

2.2成本

隧道超挖时，需要对超挖部分进行支护或者混凝土回填，大量材料的使用必将引起施工成本的增加。隧道欠挖时，需要返工或者用辅助措施来消除欠挖，增加了工序的同时，延长了施工时间，加大了时间成本。

2.3质量

凡隧道二衬浇注厚度不满足设计二衬厚度要求，均被视为不合格产品，如果对隧道欠挖的部分不进行处理，那么必将带来二衬厚度不足，后期直接影响着隧道工程的竣工验收。

3超欠挖的原因分析

造成隧道超欠挖的因素有：施工误差、测量误差、管理疏忽、围岩地质条件等［6～8］。

3.1施工误差

施工误差是引起超欠挖的原因之一，主要包括几个方面：

（1）预留变形量的大小直接影响着测量放线的位置，如果预留变形量过大，必然引起超挖严重。

（2）格栅的制作及安装精度不够，连接板间隙过大，无形间增大了格栅的尺寸，使得隧道在超挖情况下才能将格栅安装成功。

（3）喷锚厚度过厚，必然引起喷锚部分侵入到设计轮廓线以内，造成欠挖；反之则造成超挖。

预留变形量的大小、格栅制作及安装以及喷锚的厚度均影响着隧道超欠挖。

3.2测量误差

测量误差的主要成因有技术人员对测量技术的熟练程度，以及对待工作态度。掌子面观测点位与现场点位标定的误差，因受限于现场施工环境影响，如照明不足、喷锚后通风不足造成的观测误差。

3.3管理疏忽

施工管理上的疏忽也会增大发生超欠挖的概率，主要表现在几个方面：

（1）对施工班组的技术交底不到位，对具体的工艺工法、施工参数等交代不到位。

（2）施工过程中的缺少技术复核和质量把控。

（3）编制施工方案时未选择最合理的施工方法。

（4）施工人员责任心不强，现场旁站不到位，不能起到及时纠偏的作用。

（5）未提前对隧道围岩地质情况、地下水情况等进行有效勘察。

3.4围岩地质条件

隧道的超欠挖现象不可避免，岩土体裂隙、节理、特殊地质、地下水等围岩地质条件的影响均会影响隧道的超欠挖。

（1）岩土体裂隙：黏土等填充物会充填于裂隙、节理中，隧道在开挖时碰到岩土体裂隙，可能会使围岩沿着裂隙掉落，造成超挖。

（2）节理：节理的走向、发育程度等均会影响隧道超欠挖。平行节理对隧道超欠挖的影响远远大于垂直节理的影响，同时节理越发育，对超欠挖的影响越大。

（3）软弱围岩等特殊地质：隧道的开挖对围岩造成扰动，而软弱围岩中裂隙较多，节理较发育，如再遇到地下水，施工扰动极易使局部围岩掉块，造成超挖的情況。软弱围岩收敛变形较大时又会造成隧道欠挖的情况。

4控制措施

通过实施确保测量基础数据的正确性、五点放样、选择合理预留变形量、加强钢筋格栅的制作与安装、强化现场管控等手段，可以有效达到控制隧道超欠挖的目的。

4.1确保测量基础数据的正确性

测量基础数据分为2部分：①线路数据（平曲线、竖曲线、剖面图）计算及编录；②控制网（平面、高程）。线路数据应采用人工计算和软件计算的方式相结合，相互检核，计算成果应报审相关单位复核，复核无误后方可用于现场施工。

4.1.1控制网测量应遵循“先控制后碎部”的原则

控制线路应尽量布设附合导线（水准）线路或闭合导线（水准）线路，并定期复测，复测成果应满足规范要求，计算成果应报审相关单位复核，复核无误后方可用于现场施工。现场控制点点位应注意保护，常复核的点要一直保存至工程结束。隧道内控制点间平均边长宜为120～150 m，曲線隧道控制点间距宜为60～80 m。控制点间0.5 m范围视线内不应有障碍物。控制网现场测量时，从选用测量仪器、观测方法及测回数较差值、往返边长、测角、测边中误差应满足GB/T 50308-2017《城市轨道交通工程测量规范》要求。

4.1.2正确使用测量仪器

为准确定位开挖轮廓线，选用不低于II级全站仪，全站仪作为一种精密测量仪器，应进行定期维护和检定。全站仪的自检也是非常有必要的，包括i角、2c值、测距精度（特别是无棱镜模式下的测距精度）的检查。现场放样应尽量采用极坐标法，注意仪器使用前后的检查复核，避免短边控制长边。照明不足时，测量人员应配备强光手电，配备对讲机确保沟通畅通；喷锚后通风不足的情况下，风管应跟进至掌子面，通风30 min后方可施测。

4.2五点放样法

每次放样开挖轮廓线特征点不得少于5个，当次测量放样完成后均要复核3个复核点，并满足限差要求；立架时应给出中线、高程和相应轮廓线的特征点，所定立架测量点应在同一里程上，并标示完成面的超欠数据和高程，对工人班组的交底，要求工人严格执行。

4.3选择合理的预留变形量

根据围岩地质条件，初步选择预留变形量，并选取一段作为试验段。通过对施工完成初支部分拱顶沉降、周边收敛位移的监测数据分析，适时调整预留变形量的大小。在保证隧道施工安全、质量的提前下，选取尽可能小的预留变形量，使项目达到节约成本的目的。

4.4加强钢筋格栅的制作与安装

格栅钢架制作前，应严格按照图纸设计尺寸及预留变形量进行放样，制作模架；加强钢筋下料控制，并根据各单元类型不定期对下料钢筋长度进行抽检。制作过程中，加强焊接质量的管控，要求焊缝饱满，技术指标符合图纸及规范的要求；尤其要注意角钢连接处的加工。制作完成后，进行首件拼装验收，验收合格后方可大规模进行其余格栅钢架的加工及制作，试拼装的格栅钢架要求格栅主筋在同一平面内，其要求的误差如表2所示。制作后的格栅钢架按照型号分类堆放，并不定期对其进行抽检。

4.5强化现场管控

良好的施工组织能力和管理能力，不仅对工程进度是一种保障，对工程质量起着确定性作用。隧道超欠挖不仅只考虑技术问题，还要从施工管理问题着手，辩证的看待两者关系，建立一套行之有效的管理制度，加上管理人员的讲解，比严格管理更具意义。施工班组要从思想上重隧道超欠挖的严重性，隧道混凝土超方量和计价款挂钩，对混凝土用量超预算时进行处罚，对能有效控制超欠挖的施工班组加大奖励力度。

项目测量人员应加大检查力度，不定时对开挖面、钢格栅、初支断面进行检查，对初支断面轮廓进行实测，及时发现超欠挖问题，及时纠偏。建立健全管理制度，并制订的各项作业规程和质量验收标准，经常检查各项作业质量。及时准确的反馈信息，保证超欠挖信息及时反馈给现场施工人员，以便调整施工方法和施工步骤，将超欠挖控制在规范范围之内。

5工程应用

5.1工程简介

西安市某地铁暗挖区间，根据地质勘察报告，地质主要为砾砂、中砂、粉质黏土，场地所揭露的地下水为第四系松散层孔隙潜水，地下水位埋深14.8～19.1 m，隧道拱顶埋深11.6～17.2 m，标准断面6 580 mm×6 970 mm，采用敞开式降水，将地下水位降深至结构底板面以下1.0 m。

5.2超欠挖实测

施工方案中将预留外放量定为3 cm，通过采取控制措施后，断面的超欠挖情况如图2、图3所示。

由图2、图3可知，在外放3 cm基础上，断面一、断面二均无欠挖情况，断面一的超挖量在3.4～6.6 cm，断面二的超挖量在3.4～7.6 cm。在扣除外放量的基础上，与设计断面相比，断面一的超挖量在0.4～3.6 cm，断面二的超挖量在0.4～4.6 cm，较好的控制了暗挖隧道的超欠挖情况。

5.3地层变形控制

在测量超欠挖情况的同时，对地表沉降、拱顶沉降等进行地层变形进行监控量测，各监控量测指标的最大值如表3所示。

由表3可知，在较好的控制超欠挖情况的同时，地层变形情况也控制的较为理想。地表沉降最大值在21.34 mm，拱顶沉降最大值在16 mm，净空收敛最大值在5.9 mm，均在控制标准范围内。

6结束语

暗挖隧道工程开挖过程中的超欠挖及混凝土超方是一个需要常抓不懈的问题，直接或间接影响着施工进度、成本、质量和安全，提前预防、及时纠偏，加强超欠挖的管理是很有必要的。依托西安市某地铁暗挖隧道工程，分析其超欠挖现象的成因分析，并从测量基础数据、放样精度、预留变形量、筋格栅的制作与安装、现场管控等方面入手，提出隧道超欠挖的预防措施和技术管控。确保了隧道开挖顺利展开，提高了施工质量，降低了施工成本，也为以后类似的工程地质条件下的暗挖工程超欠挖控制提供参考。

参考文献

［1］ 张圣强.钻爆法隧道超欠挖控制技术［J］.四川建筑，2022，42（3）：278-280.

［2］郭建，李兵，刘桂勇，等.钻爆法施工隧道超欠挖控制研究［J］.工程爆破，2021，27（1）：79-84.

［3］张旭. 隧道光面爆破施工超欠挖影响因素分析及控制技术研究［Ｄ］.北京：北京交通大学，2020.

［4］刘国强，刘彬，张庆明，等.岩溶隧道光面爆破参数优化及其应用研究［J］.隧道建设（中英文），2021，41（S2）：50-57.

［5］中华人民共和国住房和城乡建设部，中国人民共和国国家质量检验检疫监督局. 城市轨道交通工程测量规范： GB/T 50308-2017 ［S］.北京：中国建筑工业出版社，2017.

［6］赵晟.隧道超欠挖成因及其控制技术分析［J］.四川建材，2018，44（10）：147-148.

［7］赵伟平.公路隧道超欠挖原因分析、预防与控制措施研究［J］.甘肃科技，2012，28（12）：96-97+71.

［8］刘海松.隧道超欠挖对后序施工的影响［J］.中国建材科技，2014，23（4）：102-103+105.