鉆孔精度對控制隧洞超挖的影響分析

李純林

(云南省水利水電科學(xué)研究院，昆明650228)

控制超挖技術(shù)一直是隧洞施工中經(jīng)常面對的問題，雖然說光面爆破技術(shù)已經(jīng)比較成熟而且日益成為隧洞開挖中的常規(guī)方法，但由于鉆孔人員技術(shù)參差不齊，以及施工管理不善等原因，在實際隧洞開挖施工中“光爆不光面”，超挖過大甚至造成嚴重坍塌等現(xiàn)象仍時有發(fā)生。目前由鉆孔精度不高造成的超挖是個嚴重而普遍的問題。它對隧洞施工的進度和成本控制有著不容忽視的影響。在超挖嚴重的情況下，對隧洞的穩(wěn)定性和正常運行也會產(chǎn)生一定的影響。

1 工程概況

文山縣暮底河水庫位于云南省文山壯族苗族自治州州府所在地文山縣城西北部，距文山縣城13 km。暮底河水庫是一座以灌溉和防洪為主，兼顧城鎮(zhèn)供水、調(diào)節(jié)下游梯級電站、改善生態(tài)環(huán)境等綜合利用功能的中型水庫。2010年，暮底河水庫樞紐工程榮獲中國水利工程優(yōu)質(zhì)(大禹)獎。

暮底河水庫控制徑流面積307 km2，最大壩高67.1 m，總庫容5 784.9萬 m3，興利庫容4 572.14萬m3。灌溉面積0.35萬hm2。提供城市工業(yè)生活用水2 451萬m3/a。減輕洪水對文山縣城的威脅，使文山縣城從2 a一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合文山城河堤整治，提高到20 a一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)。對下游電站進行枯期調(diào)節(jié)，增加已建電站枯期發(fā)電量4 700萬kW·h。

水庫攔河壩為黏土心墻灰?guī)r堆石壩，最大壩高67.6 m;左岸開敞式溢洪道，控制段寬8 m，校核泄量252.7 m3/s;右岸導(dǎo)流放空隧洞，城門洞型，最大泄量73 m3/s;右岸輸水隧洞，圓形，直徑3.0 m，全長3.43 km，過流量8.0 m3/s。

2 隧洞的工程地質(zhì)條件

輸水隧洞為圓形，位于大壩右岸，直徑2.5 m，輸水隧洞沿線所經(jīng)地層主要為灰?guī)r區(qū)，隧洞埋深40～100 m，巖溶較發(fā)育，型式為溶蝕洼地、漏斗、溶洞。巖性主要為灰?guī)r，生物碎屑灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育。基巖呈微風(fēng)化，層狀結(jié)構(gòu)，屬Ⅱ～Ⅲ類圍巖，局部IV類圍巖，洞身位于地下水之下，涌水量大。

3 隧洞超挖對工程的影響

根據(jù)《水工建設(shè)物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》(SL/378—2007)的規(guī)定。一般情況下地下洞室不應(yīng)欠挖，且應(yīng)盡量減少超挖。其開挖半徑的平均徑向超挖值，平洞≤200 mm;斜井豎井≤250 mm。不良地質(zhì)地段超挖值的控制標(biāo)準(zhǔn)可由監(jiān)理工程師組織相關(guān)人員商定后報建設(shè)單位確定。

超挖引起多裝、多運碴、超挖空間還要用混凝土回填或其它回填物，從而造成人工、工期和材料、生產(chǎn)管理成本的超額消耗。另外根據(jù)現(xiàn)行工程招投標(biāo)的一些規(guī)定，超出設(shè)計開挖線以外的超挖，及其在超挖空間內(nèi)回填混凝土或其它回填物、噴混凝土等所發(fā)生的費用，均應(yīng)包括在《工程量清單》該項目的單價中，發(fā)包人不再另行支付。這樣施工單位運行成本大量增加。超挖也給后續(xù)作業(yè)，如后期噴混凝土等施工作業(yè)造成一定困難。

4 隧洞超挖控制施工技術(shù)

施工初期，由于對隧洞的地質(zhì)情況了解不深，加之施工人員的作業(yè)水平和施工管理水平不到位，施工測量放線、鉆孔技術(shù)精度不高，造成鉆孔位置偏差和鉆孔方向偏差，超挖比較嚴重，平均超挖值達30 cm，最大達到50 cm。

針對施工中出現(xiàn)超挖的問題，監(jiān)理工程師和施工方結(jié)合施工現(xiàn)場的條件，對造成隧洞超欠挖的地質(zhì)條件，測量布孔和鉆孔誤差，選擇的爆破參數(shù)不合理，施工管理不到位等因素進行了分析研究。并根據(jù)對相關(guān)隧洞開挖工程276個開挖循環(huán)的調(diào)查統(tǒng)計資料的成果，對影響隧洞超挖的因素可以歸納為以下幾點:①鉆孔精度;②爆破技術(shù);③施工組織管理;④測量放線;⑤地質(zhì)條件變化;⑥其它。其中以鉆孔精度對超欠挖影響最大(44.2%)，其次是爆破技術(shù)(20.3%)、施工管理(17.6%)、測量放線(7.6%)、地質(zhì)條件變化(6.1%)、其它(4.2%)。影響超挖因素調(diào)查表見表1，超挖影響因素統(tǒng)計分析圖見圖1。

表1 影響超挖因素調(diào)查表

圖1 超挖影響因素統(tǒng)計分析圖1.鉆孔;2.爆破技術(shù);3.施工管理; 4.測量放線;5.地質(zhì)變化;6.其他

因此，控制超挖的重點是控制鉆孔精度，重點控制鉆孔的傾角、走向、平行度，以上統(tǒng)計分析的結(jié)果與當(dāng)前的施工實際情況是符合的。

鉆孔精度對隧洞超挖的影響主要是周邊炮孔的外插角θ、開口位置e和鉆孔深度 L，它們與超挖高度 h有如下的關(guān)系:

超挖h與開口位置e、外插角θ、鉆孔深度L示意圖，見圖2。

圖2 超挖h與開口位置e、外插角θ、鉆孔深度L示意圖

上式表明，隨著外插角θ和鉆孔深度L的增大，h增大。L是一個鉆孔深度的設(shè)計指標(biāo)，可以在施工中加以控制，在其他條件一定時采用較淺的鉆孔爆破對減少超挖是有利的;θ主要取決于司鉆工的操作水平和采用鉆機的某些性能;此外由于鉆孔作業(yè)覆蓋空間所限，以及受隧洞形狀的影響，拱部1 800范圍內(nèi)，應(yīng)控制上仰角θ，而在兩側(cè)邊墻部位應(yīng)控制水平的外插角θ，對底板則應(yīng)注意下插角。

目前一般小斷面隧洞開挖采用氣腿式風(fēng)動鑿巖機鉆孔，通常，鉆機都有一個外緣高度約10 cm，為保證后續(xù)開挖能正常鉆孔，就必須有一個超挖高度hd=10 cm(即超挖控制的下限)。

根據(jù)上述的分析，施工中一方面加強技術(shù)培訓(xùn)和調(diào)換熟練工人進行操作。另一方面加強質(zhì)量管理，建立工序(測量放線、鉆孔、裝藥爆破等)質(zhì)量控制的管理體系，把責(zé)任層層分解落實到每一個人。

施工中嚴格按照設(shè)計鉆孔參數(shù)進行施工，保證鉆孔質(zhì)量，每一循環(huán)前由測量工程師對鉆孔孔位進行放樣測量，所有鉆孔完成后由質(zhì)檢人員進行驗孔。做到準(zhǔn)、正、平、直、齊，“準(zhǔn)”指在設(shè)計孔位上準(zhǔn)確開孔;“正”指鉆孔方向要正確，不能偏斜;“平”指孔位應(yīng)相互平行;“直”指各孔順直，不彎曲;“齊”指鉆孔均要設(shè)計孔深，孔底在同一平面上，合格后進行裝藥爆破。每一循環(huán)測量放樣并對開挖出來的洞壁進行超挖檢測，并把超挖檢測結(jié)果反饋至鉆孔班組，對施工過程中出現(xiàn)的情況進行分析研究，采取必要措施確保超挖控制在水利隧洞施工規(guī)范《水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》容許的超挖值20 cm以下。

5 結(jié)語

在暮底河水庫輸水隧洞開挖完成的3 400 m中，殘留炮孔痕跡在開挖輪廓面上均勻分布，微弱風(fēng)化巖石殘孔率≥85%，基本無欠挖，超挖值均控制在20 cm以內(nèi)，實現(xiàn)了預(yù)期光面的控制效果。

通過3 400 m的隧洞開挖施工經(jīng)驗的積累，對隧洞施工控制減少超挖取得了一些經(jīng)驗和教訓(xùn)。由于鉆孔引起的超挖是不可避免的，但是可以控制，良好的鉆孔技術(shù)可以使超挖控制在一定的水平之內(nèi)，因此，研究和實施控制超挖的技術(shù)在隧洞施工中是十分重要的。

［1］ DL/T 5129—2001碾壓式土石壩施工規(guī)范［S］.北京:中國電力出版社，2001.

［2］ SL260—98堤防工程施工規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，1998.

［3］ JTG—F10—2006公路路基施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2006.