鐵路隧道爆破開挖超挖的控制舉措探討

楊 彩

（中國電建集團鐵路建設(shè)有限公司，北京 100048）

1 鐵路隧道爆破開挖超挖的影響因素

1.1 地質(zhì)因素

鐵路隧道開挖段的地質(zhì)情況會影響爆破的質(zhì)量，從而導致開挖時出現(xiàn)超挖。主要分為以下情況：巖體在自然狀態(tài)下構(gòu)造中的裂隙逐漸發(fā)育發(fā)展會形成軟弱結(jié)構(gòu)面（包括斷層面或節(jié)理面等），以致在爆破過程中容易產(chǎn)生沿著斷層或節(jié)理面開裂而導致超挖，具體見圖1（a）；巖體若本身存在非均質(zhì)性或穩(wěn)定性較差，在爆破開挖時容易在軟硬度不同的交接部位出現(xiàn)超挖，具體見圖1（b）；巖體受到強風化或硬度普遍偏低，從而使得爆破時未按照原定的設(shè)計輪廓線開裂并形成超挖，具體見圖1（c）。

圖1 地質(zhì)因素對超挖的影響

1.2 施工因素

當鐵路隧道開挖段圍巖的特性一定時，爆破工藝選擇不當、操作不規(guī)范或管理不到位等均會造成超挖。例如，前期的放線及現(xiàn)場測量工作不夠細致，使得放線時出現(xiàn)超放或不按規(guī)定放線等都會導致在爆破時出現(xiàn)超挖；鉆孔操作人員不熟練、操作不規(guī)范等容易出現(xiàn)設(shè)置孔位的偏差、孔位不平行及孔底高度未保持在同一作業(yè)面等問題而導致爆破開挖時超挖；在開挖到底部后的保留工作層處，當進行標高處開挖時容易處理過度出現(xiàn)超挖。

1.3 爆破因素

爆破開挖時的參數(shù)選擇失誤或流程不規(guī)范都會造成開挖。（1）每循環(huán)進尺過大。在開挖的外偏角確定后，若每次開挖循環(huán)中沒有精準控制，容易出現(xiàn)過大偏差，最終因累積效應(yīng)導致超挖。（2）周邊眼間距設(shè)置不當。不同巖體特性要經(jīng)過計算后設(shè)置周邊眼間距，若間距設(shè)置不合理就會導致欠挖或超挖的情況發(fā)生。（3）裝藥量或藥徑控制不當。爆破開挖時需要精準設(shè)置裝藥量，并且還要根據(jù)實際現(xiàn)場情況進行動態(tài)調(diào)整避免超挖，同時還要考慮藥卷直徑與實際情況的耦合系數(shù)，防止爆破時作用于孔壁的壓力過大而導致破壞性的超挖。（4）未選擇間隔裝藥方式。未采取間隔裝藥的方式易導致爆破時因孔壁壓力過大而造成炮孔周邊巖體粉碎型超挖。（5）最小抵抗線選擇不當。若最小抵抗線選擇不當通常會出現(xiàn)以下兩種情況：一是孔內(nèi)爆破能量多作用于保留圍巖而導致巖石未能有效爆破而出現(xiàn)欠挖；二是爆破能量過大使得在爆轟力的作用下導致圍巖過于破碎形成超挖。

2 鐵路隧道爆破開挖超挖的控制舉措

2.1 施工節(jié)點方面

爆破開挖施工中，必須把握關(guān)鍵施工節(jié)點及工序，并根據(jù)施工技術(shù)的相關(guān)要求做好相應(yīng)的計算及設(shè)備的配備。（1）精準測量。在測量放線環(huán)節(jié)，準確定位中心點、掏槽眼以及定位孔眼位置，準確放線，并將孔位偏差控制在±20mm。（2）設(shè)備配備。對鉆孔設(shè)備進行合理配備及準確選用，以科學、合理、經(jīng)濟為原則選用鉆孔臺車及機具，設(shè)備的操作使用人員必須執(zhí)證上崗并做好相關(guān)培訓，在保證安全的前提下確保施工的精準度。（3）鉆孔精度。在周邊眼的鉆孔精度上，必須嚴格按照設(shè)計孔位開孔，在鉆入30～50mm后及時調(diào)整外偏角，避免外偏角偏差過大，因此準確進行周邊眼鉆孔十分關(guān)鍵（見圖2）。（4）鉆桿長度。根據(jù)循環(huán)開挖的設(shè)計要求選擇合適長度的鉆桿，經(jīng)驗表明若循環(huán)開挖進尺設(shè)定為1m時，則鉆桿可以選用1.5～2m，若進尺為1.5m時，則可以選用2～2.5m鉆桿。（5）鉆孔位置。若對欠挖要求較低或易于進行欠挖處理的，在設(shè)計輪廓線內(nèi)開孔，即將孔位向設(shè)計輪廓線內(nèi)移動100～200mm，以控制超挖情況。

圖2 周邊孔鉆孔示意圖

2.2 爆破施工方面

在爆破施工環(huán)節(jié)，需要精準控制該階段的各項工作。一方面，要對每循環(huán)進尺予以嚴格計算與控制；另一方面，要根據(jù)鐵路隧道圍巖堅固系數(shù)f選擇爆破方法。當f＞3時宜采取光面爆破，當1＜f≤3時，宜采取周邊密空孔爆破，當f≤1時宜采取人工開挖。

（1）嚴控每循環(huán)進尺。循環(huán)進尺的嚴格控制能夠保證孔眼鉆孔的位置準確，且能夠?qū)⒅苓吙渍`差精準控制在允許范圍內(nèi)，進而有效保障了爆破開挖的效果。值得注意的是，當鉆孔外偏角確定后，每循環(huán)進尺與超挖呈正比關(guān)系（見圖3），若進尺控制不嚴就會因累積效應(yīng)而產(chǎn)生較大的超挖量。從公式的角度分析，超挖面積S可按公式（1）計算。

式中：L為每循環(huán)進尺；Δr為超挖值。假設(shè)L2=2L1，Δr2=2Δr1， 則S2=4S1； 假設(shè)L2=0.5L1，Δr2=0.5Δr1，則S2=0.25S1。由此可見，控制好開挖進尺，就可以有效控制超挖。

圖3 單循環(huán)進尺與超挖關(guān)系示意圖

（2）合理選定爆破方法。①光面爆破。若圍巖堅固系數(shù)f＞3（中等及堅固圍巖），優(yōu)先考慮光面爆破。采用光面爆破時應(yīng)選用合理的爆破參數(shù)，并結(jié)合實際情況進行監(jiān)控與調(diào)整，其中要重點把握線裝藥密度。通常，采用連續(xù)裝藥雖然有著爆力高、密度低的爆破效果，但是專用炸藥采購渠道較窄，有一定難度；采用間隔裝藥時可以選用直徑為25mm的乳化炸藥，并通過在炸藥之間添加竹片以及導火索進行間隔起爆；采用空氣間隔裝藥，可以有效利用炸藥間的殉爆效應(yīng)，通過雷管的反向起爆來達到引爆傳爆的效果，對于均質(zhì)性好、高硬度圍巖效果極佳。②周邊密空孔鉆爆法。若圍巖堅固系數(shù)1＜f≤3（軟弱圍巖），多選擇周邊密空孔鉆爆法。由于這種巖體強度較低，難以按照設(shè)計輪廓線起爆，因此可通過設(shè)置密集孔形成屏障進行減震，孔距多設(shè)置為孔徑的2～5倍，并且根據(jù)巖體的強度越低則孔距選擇越大。同時，還要注意巖體厚度W的取值。③人工開挖。若圍巖堅固系數(shù)f≤1時，優(yōu)先選擇人工開挖及超前支護，并且需根據(jù)開挖情況及時跟進襯砌，同時及時設(shè)置永久襯砌。

2.3 施工管理方面

在施工管理環(huán)節(jié)注意嚴格遵循組織制度及各類管理要求。（1）做好交底工作。包括技術(shù)交底、安全交底等，都要由專人負責并記錄歸檔，確保工作內(nèi)容的有效貫徹與落實。（2）開展培訓考核。定期組織相應(yīng)的培訓以提高施工及管理人員的理論知識及技術(shù)水平，并通過考核確保執(zhí)證上崗人員的技能水平。（3）加強多部門溝通。前期測量放線部門與施工人員要做好材料交接工作，確保數(shù)據(jù)的真實性、準確性。（4）嚴格把控爆破質(zhì)量。鉆孔與起爆作業(yè)人員必須依照設(shè)計謹慎作業(yè)，并通過精準布孔、合理裝藥、順序起爆控制爆破質(zhì)量，以達到設(shè)計爆破目標。（5）完善檢測流程。在完成爆破工作后應(yīng)及時組織檢測反饋爆破情況，并形成準確有效的文件進行歸檔，從而為其他技術(shù)工作的開展提供支持。

3 結(jié)束語

隧道爆破開挖過程中，一旦出現(xiàn)超挖不僅會加大施工成本、減慢施工進度，而且還會對鐵路隧道工程的施工質(zhì)量造成一系列影響。對此，為有效避免超挖，相關(guān)技術(shù)及管理人員必須對其嚴格把控、高度重視，并在爆破施工中嚴格落實各環(huán)節(jié)質(zhì)量控制舉措，進而為提高鐵路隧道建設(shè)的質(zhì)量提供支持。