暗挖隧道超欠挖原因分析及控制措施

陳崢，劉毅平，王曉飛，呂可，馬永明

[摘要]依托西安市某地鐵暗挖隧道工程，通過確保測量基礎數據的正確性、5點放樣、選擇合理預留變形量、加強鋼筋格柵的制作與安裝、強化現場管控等手段，使得工程的超欠挖問題得到有效解決。

[關鍵詞]暗挖隧道； 超欠挖； 控制措施

[中國分類號]U455.41? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]B

0引言

隧道超欠挖問題直接影響隧道的安全、質量、成本及施工進度，甚至影響著工程能否正常竣工驗收。因此，此問題得到了眾多學者的關注。張圣強［1］針對鉆爆法隧道，分析出地質（水平巖層、軟弱圍巖）、爆破技術（測量放線、鉆孔精度、爆破參數）是施工管理不到位超欠挖產生的主要原因，針對其產生原因提出了加強施工管理、避免過分找頂、優化光面爆破參數的措施，并提出了“少欠少超”代替“寧超勿欠”的觀點。郭建［2］、張旭［3］、劉國強［4］等均是針對鉆爆法隧道超欠挖問題進行了相關研究，分析了超欠挖的影響因素，并提出了一系列的控制措施。

目前針對鉆爆法隧道超欠挖問題的研究較多，而對于暗挖法隧道超欠挖問題的研究較少。因此，本文針對暗挖法隧道，分析其超欠挖問題出現的原因以及危害性，并提出相應的控制措施，并通過工程實踐進行驗證。

1超欠挖的概念及允許偏差

隧道超欠挖是以隧道設計輪廓線為參照，實際測量輪廓線與設計輪廓線的對比情況，實際測量輪廓線位于設計輪廓線外側為超挖，內側為欠挖。如圖1所示。

GB/T 50308-2017《城市軌道交通工程測量規范》［5］對超欠挖沒有明確規定，滿足設計藍圖的輪廓尺寸即可，考慮到施工誤差，一般施工單位都會在原有設計藍圖的基礎上適當增加外放量。同時，設計藍圖上對鋼筋格柵安裝要求如表1所示。

2超欠挖的危害性

2.1安全

隧道出現超欠挖時，相較于設計輪廓線，超欠挖部位會產生應力集中現象，同時超挖部分在填充后，仍會留下或多或少的空洞和裂隙，對圍巖的強度及穩定性造成較大的影響；當隧道欠挖時，會使有效斷面面積減小，對運輸、行人、通風等帶來一定的影響，同時后期需要對欠挖部分進行處理，在處理過程中易發生坍塌等事故。

2.2成本

隧道超挖時，需要對超挖部分進行支護或者混凝土回填，大量材料的使用必將引起施工成本的增加。隧道欠挖時，需要返工或者用輔助措施來消除欠挖，增加了工序的同時，延長了施工時間，加大了時間成本。

2.3質量

凡隧道二襯澆注厚度不滿足設計二襯厚度要求，均被視為不合格產品，如果對隧道欠挖的部分不進行處理，那么必將帶來二襯厚度不足，后期直接影響著隧道工程的竣工驗收。

3超欠挖的原因分析

造成隧道超欠挖的因素有：施工誤差、測量誤差、管理疏忽、圍巖地質條件等［6～8］。

3.1施工誤差

施工誤差是引起超欠挖的原因之一，主要包括幾個方面：

（1）預留變形量的大小直接影響著測量放線的位置，如果預留變形量過大，必然引起超挖嚴重。

（2）格柵的制作及安裝精度不夠，連接板間隙過大，無形間增大了格柵的尺寸，使得隧道在超挖情況下才能將格柵安裝成功。

（3）噴錨厚度過厚，必然引起噴錨部分侵入到設計輪廓線以內，造成欠挖；反之則造成超挖。

預留變形量的大小、格柵制作及安裝以及噴錨的厚度均影響著隧道超欠挖。

3.2測量誤差

測量誤差的主要成因有技術人員對測量技術的熟練程度，以及對待工作態度。掌子面觀測點位與現場點位標定的誤差，因受限于現場施工環境影響，如照明不足、噴錨后通風不足造成的觀測誤差。

3.3管理疏忽

施工管理上的疏忽也會增大發生超欠挖的概率，主要表現在幾個方面：

（1）對施工班組的技術交底不到位，對具體的工藝工法、施工參數等交代不到位。

（2）施工過程中的缺少技術復核和質量把控。

（3）編制施工方案時未選擇最合理的施工方法。

（4）施工人員責任心不強，現場旁站不到位，不能起到及時糾偏的作用。

（5）未提前對隧道圍巖地質情況、地下水情況等進行有效勘察。

3.4圍巖地質條件

隧道的超欠挖現象不可避免，巖土體裂隙、節理、特殊地質、地下水等圍巖地質條件的影響均會影響隧道的超欠挖。

（1）巖土體裂隙：黏土等填充物會充填于裂隙、節理中，隧道在開挖時碰到巖土體裂隙，可能會使圍巖沿著裂隙掉落，造成超挖。

（2）節理：節理的走向、發育程度等均會影響隧道超欠挖。平行節理對隧道超欠挖的影響遠遠大于垂直節理的影響，同時節理越發育，對超欠挖的影響越大。

（3）軟弱圍巖等特殊地質：隧道的開挖對圍巖造成擾動，而軟弱圍巖中裂隙較多，節理較發育，如再遇到地下水，施工擾動極易使局部圍巖掉塊，造成超挖的情況。軟弱圍巖收斂變形較大時又會造成隧道欠挖的情況。

4控制措施

通過實施確保測量基礎數據的正確性、五點放樣、選擇合理預留變形量、加強鋼筋格柵的制作與安裝、強化現場管控等手段，可以有效達到控制隧道超欠挖的目的。

4.1確保測量基礎數據的正確性

測量基礎數據分為2部分：①線路數據（平曲線、豎曲線、剖面圖）計算及編錄；②控制網（平面、高程）。線路數據應采用人工計算和軟件計算的方式相結合，相互檢核，計算成果應報審相關單位復核，復核無誤后方可用于現場施工。

4.1.1控制網測量應遵循“先控制后碎部”的原則

控制線路應盡量布設附合導線（水準）線路或閉合導線（水準）線路，并定期復測，復測成果應滿足規范要求，計算成果應報審相關單位復核，復核無誤后方可用于現場施工。現場控制點點位應注意保護，常復核的點要一直保存至工程結束。隧道內控制點間平均邊長宜為120～150 m，曲線隧道控制點間距宜為60～80 m。控制點間0.5 m范圍視線內不應有障礙物。控制網現場測量時，從選用測量儀器、觀測方法及測回數較差值、往返邊長、測角、測邊中誤差應滿足GB/T 50308-2017《城市軌道交通工程測量規范》要求。

4.1.2正確使用測量儀器

為準確定位開挖輪廓線，選用不低于II級全站儀，全站儀作為一種精密測量儀器，應進行定期維護和檢定。全站儀的自檢也是非常有必要的，包括i角、2c值、測距精度（特別是無棱鏡模式下的測距精度）的檢查。現場放樣應盡量采用極坐標法，注意儀器使用前后的檢查復核，避免短邊控制長邊。照明不足時，測量人員應配備強光手電，配備對講機確保溝通暢通；噴錨后通風不足的情況下，風管應跟進至掌子面，通風30 min后方可施測。

4.2五點放樣法

每次放樣開挖輪廓線特征點不得少于5個，當次測量放樣完成后均要復核3個復核點，并滿足限差要求；立架時應給出中線、高程和相應輪廓線的特征點，所定立架測量點應在同一里程上，并標示完成面的超欠數據和高程，對工人班組的交底，要求工人嚴格執行。

4.3選擇合理的預留變形量

根據圍巖地質條件，初步選擇預留變形量，并選取一段作為試驗段。通過對施工完成初支部分拱頂沉降、周邊收斂位移的監測數據分析，適時調整預留變形量的大小。在保證隧道施工安全、質量的提前下，選取盡可能小的預留變形量，使項目達到節約成本的目的。

4.4加強鋼筋格柵的制作與安裝

格柵鋼架制作前，應嚴格按照圖紙設計尺寸及預留變形量進行放樣，制作模架；加強鋼筋下料控制，并根據各單元類型不定期對下料鋼筋長度進行抽檢。制作過程中，加強焊接質量的管控，要求焊縫飽滿，技術指標符合圖紙及規范的要求；尤其要注意角鋼連接處的加工。制作完成后，進行首件拼裝驗收，驗收合格后方可大規模進行其余格柵鋼架的加工及制作，試拼裝的格柵鋼架要求格柵主筋在同一平面內，其要求的誤差如表2所示。制作后的格柵鋼架按照型號分類堆放，并不定期對其進行抽檢。

4.5強化現場管控

良好的施工組織能力和管理能力，不僅對工程進度是一種保障，對工程質量起著確定性作用。隧道超欠挖不僅只考慮技術問題，還要從施工管理問題著手，辯證的看待兩者關系，建立一套行之有效的管理制度，加上管理人員的講解，比嚴格管理更具意義。施工班組要從思想上重隧道超欠挖的嚴重性，隧道混凝土超方量和計價款掛鉤，對混凝土用量超預算時進行處罰，對能有效控制超欠挖的施工班組加大獎勵力度。

項目測量人員應加大檢查力度，不定時對開挖面、鋼格柵、初支斷面進行檢查，對初支斷面輪廓進行實測，及時發現超欠挖問題，及時糾偏。建立健全管理制度，并制訂的各項作業規程和質量驗收標準，經常檢查各項作業質量。及時準確的反饋信息，保證超欠挖信息及時反饋給現場施工人員，以便調整施工方法和施工步驟，將超欠挖控制在規范范圍之內。

5工程應用

5.1工程簡介

西安市某地鐵暗挖區間，根據地質勘察報告，地質主要為礫砂、中砂、粉質黏土，場地所揭露的地下水為第四系松散層孔隙潛水，地下水位埋深14.8～19.1 m，隧道拱頂埋深11.6～17.2 m，標準斷面6 580 mm×6 970 mm，采用敞開式降水，將地下水位降深至結構底板面以下1.0 m。

5.2超欠挖實測

施工方案中將預留外放量定為3 cm，通過采取控制措施后，斷面的超欠挖情況如圖2、圖3所示。

由圖2、圖3可知，在外放3 cm基礎上，斷面一、斷面二均無欠挖情況，斷面一的超挖量在3.4～6.6 cm，斷面二的超挖量在3.4～7.6 cm。在扣除外放量的基礎上，與設計斷面相比，斷面一的超挖量在0.4～3.6 cm，斷面二的超挖量在0.4～4.6 cm，較好的控制了暗挖隧道的超欠挖情況。

5.3地層變形控制

在測量超欠挖情況的同時，對地表沉降、拱頂沉降等進行地層變形進行監控量測，各監控量測指標的最大值如表3所示。

由表3可知，在較好的控制超欠挖情況的同時，地層變形情況也控制的較為理想。地表沉降最大值在21.34 mm，拱頂沉降最大值在16 mm，凈空收斂最大值在5.9 mm，均在控制標準范圍內。

6結束語

暗挖隧道工程開挖過程中的超欠挖及混凝土超方是一個需要常抓不懈的問題，直接或間接影響著施工進度、成本、質量和安全，提前預防、及時糾偏，加強超欠挖的管理是很有必要的。依托西安市某地鐵暗挖隧道工程，分析其超欠挖現象的成因分析，并從測量基礎數據、放樣精度、預留變形量、筋格柵的制作與安裝、現場管控等方面入手，提出隧道超欠挖的預防措施和技術管控。確保了隧道開挖順利展開，提高了施工質量，降低了施工成本，也為以后類似的工程地質條件下的暗挖工程超欠挖控制提供參考。

參考文獻

［1］ 張圣強.鉆爆法隧道超欠挖控制技術［J］.四川建筑，2022，42（3）：278-280.

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

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