公路隧道超欠挖原因分析及控制措施

王良國

（廣東省長大公路工程有限公司第三分公司，廣東 廣州 511431）

1 工程概況

廣梧高速公路河口至平臺段是國家高速公路網布局方案第十八橫向路線廣東省廣州至云南昆明的一段，路線呈東西走向。本階段廣梧高速公路主線全長64.471km，其中隧道設置有茶林頂、三家寨（連拱）、旗山頂、石排口（左線）、鵝公髻、白石嶺（連拱）、黃茅村（連拱）、牛車頂、亞婆髻、息村大山、百路須、正涌（連拱）、次步（小間距）隧道，共12576.05雙洞m13座。全線路基寬度采用雙向四車道高速公路公路標準，隧道單洞內輪廓凈寬10.86m。

隧道圍巖類別變化范圍由Ⅱ級-Ⅴ級，其中Ⅲ級、Ⅳ級所占比例較大。因爆法費用低,靈活性大,幾乎應用在各類巖石的開挖，鉆爆法施工技術已有近160年的歷史,廣梧高速本階段的隧道施工大都采用鉆爆法施工。

巖石隧道采用鉆爆法施工，超欠挖不可避免。超挖引起多運洞碴，增加回填量，給支護、防排水、二襯等后續作業造成困難；欠挖則要清除，造成人工、材料的超額消耗，處理欠挖更容易形成更大的超挖。超欠挖影響隧道工程的綜合效益，以現階段雙車道公路隧道為例，襯砌外輪廓開挖周長約為25m，如每個開挖斷面的平均超挖量為10cm，每延米損失2000元以上。嚴重的超欠挖對隧道洞室的穩定性也會產生一定的影響，因此必須對隧道超欠挖問題引起重視。

2 影響隧道超欠挖的因素

2.1 圍巖類別影響分析

圍巖巖性(主要包括巖石的物理、力學特征等)、巖石結構 (主要包括巖石成因演變過程特性，如節理裂隙等)對隧道施工超欠挖影響較大，據有關研究，如果隧道方向垂直于巖層走向，巖石整體破裂，超挖最多為16%；但當平行巖層走向時，則可能達40%。如遇軟弱圍巖、坍方或完整性差的地質情況，更易產生超挖。

2.2 鉆孔設備及鉆孔深度影響分析

無論是人工手持風鉆，還是鑿巖臺車鉆孔，由于自動化程度低，必然影響到鑿巖定位及鉆進精度，使得周/邊眼有一定外插斜率而產生向外或向上的超挖偏差，鉆孔越深、外插角越大、自動化程度越低，超挖量越大。如鉆孔為3m，外插角為0°～3°，保持始點不能有欠挖，則鉆孔前端需超挖0.16m，平均超挖值為0.08cm，超挖形態如圖1鋸狀形。這也是規范建議深孔爆破深度取3～3.5m的原因之一。

圖1 超挖形態圖

2.3 鉆眼精度影響分析

鉆眼精度是整個鉆爆技術的首要環節，主要取決于設備外插角大小、開眼偏差、方向偏差、鉆桿彎曲造成的誤差、鉆孔技術、臺車就位正確性及臺車鉆臂推進器的水平性等。

2.3.1 開眼偏差

開眼偏差即開眼中心與設計孔位中心間的偏差，開眼偏差多半是引起欠挖的主要因素。瑞典對質量要求較高的工程為4cm，一般工程最大為10cm，我國《公路隧道施工技術規范》規定炮眼開眼偏差不超過5cm。

2.3.2 方向偏差

方向偏斜即開眼方向與隧道設計軸向輪廓線間偏差，方向偏差多半是引起超挖的主要因素。我國《公路隧道施工技術規范》中規定，周邊眼外斜率不得大于5cm/m，并根據不同的炮眼深度適當調整斜率，保證眼底不得超出開挖斷面輪廓線10cm，最大不得超過15cm。

2.4 爆破控制影響分析

實際爆破中，多數是根據經驗，難以完全根據隧道地質情況進行爆破設計，從而出現超欠挖現象，尤其在軟巖地段爆破施工時，超挖現象更為嚴重。

2.4.1 炸藥品種及裝藥結構

炸藥與巖石阻抗不匹配，猛度過大對炮孔壁產生過量破壞；裝藥結構或線裝藥密度不合理也常常會造成對炮孔壁的局部或整體超爆破壞。

2.4.2 爆破設計不當

周邊眼布置及周邊眼(E)與內圈眼(W)的相對距(E/W)大了則可能產生欠挖，小了則可能產生超挖。

2.5 施工操作影響分析

施工操作產生的超欠挖主要表現在:不放輪廓線、不準確放輪廓線、錯誤布置輪廓線和鉆孔位置；放樣中線和標高相對設計值的偏移；施鉆人員技術不精或不認真；鉆孔定位或鉆進角度偏差控制不好；少打眼以及試圖爭取縮短鉆眼時間，擅自減少鉆孔深度；采用過多裝藥量；手持風鉆施鉆時工作平臺高度不夠而使鉆孔向上偏斜過大等。

2.6 施工管理影響分析

從以上諸多因素分析中看出，在某一隧道工程中，除地質及設備構造等客觀因素外，其余均可憑人的主觀能動性隨機控制或改變。而這種隨機控制或改變的前提即在于對技術的嚴肅性和施工的精確性兩方面的重視程度。兩者效果的良莠即可反應出施工管理水平的高低。

3 控制超欠挖的措施:

3.1 實施“新奧法”技術，改變“寧超勿欠”的傳統觀念

“新奧法”的基本原則“控制爆破、及時支護、監控量測”等與隧道超欠挖的控制直接相關，“控制爆破”是隧道超欠挖控制的要點，不但使鉆孔質量提高，炮孔誤差減少，隧道開挖輪廓線成型質量提高，而且可基本消除爆破對圍巖的撓動破壞影響。“及時支護”可以及早封閉圍巖，避免隧道圍巖應力的過度釋放，從而避免隧道圍巖節理性坍塌，形成過大的超挖量。同時，在現場施工中，應改變“寧超勿欠”的傳統觀念，樹立“少超少欠”的觀點，在規范容許的范圍內，允許一定程度的欠挖，避免開挖輪廓線的無謂擴大，而使超挖得以減少。

3.2 優化每循環進尺，合理確定炮眼深度

炮眼深度的確定主要受隧道地質條件、施工組織能力、單循環作業時間、裝碴機械及能力、工期及進度要求等的制約。深孔鉆爆，雖然能獲得較好的施工進度，但由于受鉆孔傾斜率的影響，降低了炮眼利用率，增大了炸藥消耗量，循環時間會加長，超挖值也會增大；減少炮眼深度就能減少外插角造成的超挖，如果炮眼深度由4m減少到2m，可以使平均超挖值減少50%。因此，無論是從超挖值還是從總體綜合效應，在選擇鉆孔深度時要統籌考慮，優化每循環進尺，以獲得最佳的施工進度和經濟效益。

3.3 提高裝藥質量和爆破技術

超挖造成浪費，欠挖處理極為困難。隧道施工中，要充分運用光面爆破、預裂爆破和等差毫秒技術，精心進行鉆爆設計，合理選擇鉆爆參數，提高裝藥質量。從實施光面爆破控制超欠挖出發，選擇與巖石阻抗系數相匹配或相接近的炸藥品種，周邊眼可采用間隔裝藥方式，增加炮孔的線裝藥高度，改善爆碴塊度，提高炮痕保存率。

3.4 提高測量技術，減少預留誤差，控制人為超挖

測量是控制超挖的基礎，提高測量精度，提高畫線精度是控制隧道超欠挖的重要措施。施工中，要盡可能采用高精儀器和先進的測量手段，經常調試校核儀器，并將開挖輪廓線即設計輪廓線放樣于掌子面上，以降低或取消預留和放樣誤差，減少人為超挖現象。

3.5 加強人員培訓，提高鉆孔精度

提高鉆孔精度是防止超欠挖的最重要措施，為了使超欠挖值限制在最小范圍內，必須加強對司鉆人員的培訓，使他們熟練掌握鉆孔技術，做到按操作細則、設計要求和布置的孔位施鉆，確保達到規定的孔位、孔深、傾斜度等。采用臺車鉆孔要實行定人、定鉆、定眼，保證鉆臂推進器水平，推力均勻適當。同時要嚴格工序間的檢查和監督，堅持按圖驗收，不合格的堅決重打，以提高總體勞動成效和管理水平。

3.6 強化管理人員的科學意識，建立嚴格的施工管理制度

對一項工程綜合評價的基本標準包括工程量與總工時之比最小、總勞材耗費指標最低、質量優良、無安全事故四個方面。因此，施管人員必須樹立科學的觀點，強化施工管理，措施上加大對施工質量監督與質量檢查力度，組織上嚴格認真，行動上齊抓共管。對測量、鉆眼和爆破設計，要有措施，有操作細則、有制度、有檢查辦法、有獎懲辦法、定職定崗，形成制度，把各項工作落到實處，只有這樣，才能做到控制隧道超挖、降低施工成本。

4 結束語

防止或減少隧道超欠挖是所有隧道工作者的共識，隧道的超欠挖除了地質等客觀因素外，其余均屬于技術和管理方面的問題，其中施工管理意識和水平的提高是關鍵，若能更進一步強化施工管理，嚴格按“新奧法”技術施工，把眾多的因素置于可控的狀態，相信隧道施工超欠挖問題一定能得到較好的解決。

[1]隧道施工技術規范.JTJ042-2002.

[2]于書翰，杜謨遠.隧道施工.

[3]關寶樹.隧道工程施工-要點集.