！ 旦：Ｑ！ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎ６ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｌｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｉｄ 工程 技术 ① 超欠挖控制技术及其在宜万铁路隧道中的应用浅析 王国顺 （中铁十三局集团有限公司 长春 １ ３００３３） 摘要：本文结合宜万铁路３８标长５３５３ｍ的广成山隧道和长２４１７ｍ的庙垭口隧道施工实践，通过现场记录观察，分析了影响隧道超欠挖产生 的五个主要因素，即围岩地质条件、测量放线、钴孔精度，爆破技术（包括爆破参数等）和现场管理等，并针对性地提出了控制隧道超欠挖所应 采取的技术措施。从而有效控制隧道的超欠挖，减少了爆破对围岩的扰动，加快了掘进速度，控制施工成本，取得较理想的爆破效果。 关键词：隧道工程 超欠挖 因素分析 控制 爆破参数 中图分类号：Ｕ ４ ５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６７４－－０９８ｘ（２０１１）０３（ａ）－－Ｏ０９８－－０２ 就目前国内隧道工程施工发展趋势而 西止达万铁路万州站（含）。宜万铁路工程第 部位的外插角以及底板的下插角都相当难 言，在今后相当长一段时间内，“新奥法”在 三十八标段有隧道２座，总长７７７０ｍ，其中广 控制。对于钻孔角度的控制，由于实际施工 隧道施工仍然是修建山岭隧道的主流施工 方法，其主导地位是其他施工方法所无法替 成山隧道５３５３ｍ，庙垭口隧道２４ｌ７ｍ。其中， 广成山隧道工程区属构造剥蚀、侵蚀中低山 中除长大隧道之外的隧道基本上都采用的 是钻孔台车人工钻孔，其钻孔角度的控制 代的。根据有关资料显示，在钻爆法施工的 区，地形起伏较大，局部地段呈陡崖，自然坡 全凭操作人员的经验，难度之大是不言而 隧道中平均超挖值为３８．７ｃｍ，最大能达到 度约３５～６Ｏ。，坡顶大都呈浑圆状，相对高差 喻的。②装药结构不合理。根据围岩情况选 ７６ｃｍ。隧道的超欠挖会使隧道局部应力集 中，围岩的塑性区、变形量显著增大；衬砌施 工时因超挖回填导致砼不密实，使结构受力 处于不利状态，并且易积水，形成质量隐患。 不平，造成局部应力集中，受力不均，对安全 约２００～４００ｍ，最高峰为广成山，标高约 用合理的装药结构，可以减少由于爆破产 １００２ｍ，山坡坡面植被较发育，坡顶多辟为旱 地或经济林带，零星分布水塘和村舍。隧道 进口段地形相对较平缓，出口段地形陡峻。 层、滑坡、断层破碎带和崩塌等不良地质。庙 生的振动和应力波对围岩的破坏作用，因 而有利于减少超挖，提高轮廓质量。 ３．２超挖预防与控制 （１）提高钻孔精度：在光面爆破中，钻孔 产生的超挖量远大干爆破产生的超挖量， 因此提高钻孔精度是减少隧道超欠挖的重 同时超挖会造成开挖轮廓不圆顺，表面凹凸 隧道主要穿越的地质条件为：岩溶、煤层、顺 也极为不利，违背了隧道施工“爱护围岩”的 垭口隧道起讫里程为Ｄ Ｋ ４ １ ２＋４ ５ １～ 原则。事实上，围岩自身的强度和稳定性，往 ＤＫ４１４＋８６８全长２４ｌ７ｍ，隧道主要穿越的地 要途径之一。钻孔应严格按照爆破方案进 往比回填混凝土好得多。要想将全部超挖用 混凝土喷平，操作起来非常费劲，喷混凝土 表面的不平顺，会给挂设防水板带来困难， 紧绷而破裂，严重影响防水效果，隧道渗漏 质条忤为：岩溶、地下涌水、顺层、滑坡、断 行，掏槽孔根据爆破方案采取一定的倾角。 但在实际施工中，由于受钻孔机械或入为 层破碎带和崩塌等不良地质。 根据《铁路隧道设计规范》中的隧道围 合考虑隧道底板标高以上三倍洞径范围内 的影响，或多或少的会形成一定的外插角。 减少超欠挖：①必须对司钻人员进行培训， 使其按照操作细则和设计要求进行施钻， 难以掌握防水板富余量，造成衬砌时防水板 岩分级方案的规定，结合物探解译资料，综 根据长期的工程实践，可以采取以下方法 水是最难整治的病害之一。另外，大的超挖 的围岩工程地质条件及岩土物理力学性质 会在二衬施作时造成台车偏压，或者出现堵 诸要素，对隧道围岩进行工程地质分级，见 保证规定的孔位、孔深和倾斜角。并由技术 头挤爆现象，严重影响衬砌的整体质量。同 下表１所示。 时，超挖引起多装、多运碴土，超挖空间还要 熟练的人员负责周边孔和掏槽孔的作业， 在先钻的孔内插入导向管，依次作为基准 钻其他炮孔。②钻周边孔时，通过钻孔位置 用混凝土或喷射混凝土回填，从而造成人 工、工期和材料的超额浪费，致使工程成本 增加。由此可见，有效控制岩石隧道爆破时 的超挖问题对隧道施工的工程质量、安全进 度产生及经济效益有着深远的意义。论文以 ３超挖原因分析 ３．１广成山和庙垭口超挖原因分析 （１）围岩地质条件：广成山和庙垭口两 座隧道通过地段为构造剥蚀、侵蚀中低山 少量内移来减少外插角。依据测量放线人 员在掌子面上画的轮廓线，将钻孔孔位定 位在轮廓线内侧１～３ｃｍ，从而减小外插角 带来的不利影响。 宜万铁路第３８标段两座铁路隧道，长５３５３ｍ 区，基岩有砂岩、页岩、泥岩等，节理发育， （２）提高测量放线的精度：控制超欠挖 的广成山隧道和长２４１７ｍ的庙垭口隧道施工 地下水不发育，隧道通过地段岩石级别为 主要是控制好开挖轮廓线的精度。在进行 实践，分析了影响隧道超欠挖产生的五个主 ．Ⅱ、Ⅲ、ＩＶ、Ｖ级。由于隧道围岩情况复杂，节 测量放样前应首先熟悉设计文件，掌握设 要因素，并提出了控制隧道超欠挖所应采取 理、裂隙发育，岩体较破碎，且时常有地下 计开挖断面各部位的尺寸，同时考虑预留 的技术措施，直接指导了该两座隧道的施 水渗出，造成超欠挖很难控制，尤其是超挖 沉落量和变形量。中线和标高的偏移，将使 工，取得了良好的效果。 现象比较严重。 （２）施工方法原因：①钻孔精度太低。由 于钻孔作业覆盖空间有限，以及受隧道形 断面轮廓线向一侧偏移，造成开挖断面一 侧超挖、一侧欠挖，因此首先要保证中线和 标高的准确口。通过本文依托工程的应用 １广成山和庙垭口隧道工程简介 宜万铁路东起鸦宜铁路花艳站（含）， 状的影响，拱部范围内的上仰角、两侧边墙 实践证明，在直线隧道采用激光照准仪定 表１ 广成山和庙垭口隧道围岩分级 广成山隧道 庙垭口隧道 出控制点。再用支距法画出轮廓线，最后按 Ⅲ级围岩开挖 １Ｏ４２ 延长米 ５３５３ Ｖ级围岩开挖 ２９７ Ⅳ级围岩开挖 ４０１４ 照爆破设计画出孔位，是一个既经济又行 之有效的方法。 （３）采用合理的爆破技术：爆破技术主 延长米 ２４ｌ７ Ｖ级围岩开挖 ９３ Ⅳ级围岩开挖 ２０３８ Ⅲ级围岩开挖 ２８６ 要指爆破方法、爆破参数、爆破器材和装药 ①作者简介：王国顺（１９６８，１２一）．男（汉族）、吉林省长春市人，１９９０年７月毕业于石家庄铁道学院地下工程与隧道工程专业。高级工程师， 中铁十三局集团工程管理部，主要从事工程项目管理工作。 ９８ 科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ ！ Ｑ： ＳｃＩｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏＩｏｇｙ ｌｎｎｏｖａｔＩｏｎ ＨｅｒａＩｄ 工程技术 方法等，采取不同的爆破方法、爆破参数、 ＝４８ｍｍ，最小抵抗线Ｗ＝７５ｃｍ，周边炮眼密 内。为克服底部炮眼的阻力，在炮眼底部放 爆破器材和装药方法均对爆破超欠挖产生 集系数Ｋ＝Ｅ／Ｗ＝０．８５，每循环进尺为２．０ｍ， 半个标准药卷，使光爆层易于脱离岩体。 不同程度的影响。普通爆破效果和光面爆 周边眼、掏槽眼、底眼深２．４ｍ，炮眼利用率 ⑤起爆方式。光面爆破的分区起爆顺 破效果的比较发现，光面爆破明显优于普 在９Ｏ％以上，周边炮眼采用不偶合间隔装药 序为：掏槽眼眼一辅助眼一周边眼一底板 通爆破。光面爆破能最大限度地使开挖面 结构，掏槽采用８眼垂直楔形掏槽，爆破顺 眼。采用多段微羞起爆（由内向外），其中主 符合设计轮廓线，同时减轻对围岩的扰动。 序按掏槽眼、辅助眼、周边眼、底眼顺序进 爆区的，周边眼比辅助眼跳２段起爆，并用 按“新奥法”原则施： ，实行光面爆破或预 行。详见钻爆设计图。采用２号岩石硝铵炸 同一段雷管。主爆区使用非电毫秒雷管；光 裂爆破等控制爆破措施是控制超欠挖的有 药，药卷规格中３８ ｘ ２００ｍｍ和 ２０ Ｘ ２００ｍｍ 爆层的光爆眼用导爆素一次同时起爆。 效方法。 两种，雷管为１～ｌ１段非电毫秒雷管，周边 在广成山和庙垭口隧道施工中，围岩 眼装药采用不偶合间隔装药。施工前进行 ４结语 地质条件是不断变化的，时常有软弱夹层、 试爆，根据围岩的实际情况调整钻爆参数。 隧道的超欠挖会使隧道局部应力集 断层等不良地质情况出现。目前，爆破设计 ②上下断面开挖光面爆破参数选择 中，围岩的塑性区、变形量显著增大；衬砌 主要是采用经验类法比，并结合现场试验。 上台阶开挖钻爆设计：施１：采用光面 施工时因超挖回填导致砼不密实，使结构 在开挖过程中，随着围岩节理裂隙的变化， 爆破，根据围岩情况确定循环进尺，本设计 受力处于不利状态，并且易积水，形成质量 钻孔位置和角度、周边孔的参数等也应进 以Ｖ级围岩为依据，循环进尺１．０ｍ，炮眼利 隐患。同时，超挖也给后续工序作业（如支 行相应的调整。鉴于在掘进过程中围岩情 用率９０％，炮眼设计深度１．１ ５ｍ，掏槽眼及底 护、铺设防水板等）和结构安全造成一定的 况是不断变化的，在每茬炮后鉴定工作面 眼取１．２５Ｉｎ，掏槽形式采用６眼楔形掏槽。 困难。 围岩的变化。每茬炮爆破后，应认真分析这 炸药选用２＃岩石硝铵炸药，药卷直径① 隧道钻爆法施工中超欠挖问题虽然是 一茬炮的爆破效果，并结合围岩的变化情 ３８、中２０两种，周边眼按光面爆破设计，采 不可避免的，但是可以将其控制在一定程 况，对一茬炮的爆破设计做出相应的参数 用直径 ２Ｏ的药卷不偶合间隔装药。引爆 度之内。控制隧道超欠挖技术是一项综合 调整。 方式采用非电毫秒雷管。 技术，宜万铁路广成山和庙垭口施工实践 ３．３隧道爆破参数选择及超欠挖控制 下台阶开挖钻爆设计：下台阶共有：二 表明，从钻孔精度、测量放线、爆破技术三 根据不断的实践，总结广成山和庙垭 个临空面，周边眼采用预裂爆破。炮眼布置 方面抓起，在施工中根据不同围岩的地质 口隧道减少超欠挖光面爆破技术如下。 及钻爆参数见台阶法钻爆设计图。施工前 条件进行相应的调整，并以严格的施工管 （１）钻爆施工工艺 进行试爆，根据试验数据，调整钻爆参数。 理制度为保障，隧道施工中的超欠挖基本 ①放样布眼：清理掌子面，利用水平仪、 （３）施工爆破参数选择要点 可以控制在可接受的范围内。因此，从技术 经纬仪测量画出开挖轮廓线，用红油漆标出 ①光爆层厚度（Ｂ）。就是周边眼最小抵 和管理两方面人手，能达到控制隧道超欠 主要炮眼位置（周边眼、掏槽眼、底眼），其误 抗线。它与开挖的隧道断面大小有关。若断 挖，确保隧道的工程质量、进度和经济效益 差不大干５ｃｍ，开挖台阶在ｌ ５ｃｍ范围内，钻 面跨度大、光爆眼所受到的夹制作用小、岩 的目的。 眼时，眼底应落在同一垂直面上；掏槽眼钻 石比较容易崩落，则光爆层厚度可以大些； 孔精度要高，误差在３ｃｍ之内，控制炮眼间 若断面小、光爆眼所受到的夹制作用大。则 参考文献 距、深度和角度，严禁炮眼打穿、相交；辅助 光爆层厚度可以小些。光爆层厚度与岩石 ［１】黄成光．公路隧道施工【Ｍ］．人民交通出 眼均匀分布，为便于排水，钻孔可稍微向上， 的性质和地质构造也有关。坚硬岩石，光爆 版社，２００１． 但倾斜不大干１度，孔眼间保持互相平行，底 层可小些；松软破碎的岩石，光爆层日Ｊ‘大 ［２】孙辉，刘新荣．黄土连拱隧道围岩与支 板眼向下倾斜，最大不超过轮廓线ｌ０ｃｍ。钻 些。确定光爆层厚度Ｂ为０．５０～０．８０ｍ。 护结构稳定性究【Ｄ］．重庆大学硕士学位 眼过程中经常检查炮眼方向，及时校正， ②周边眼密集系数（Ｋ）。是周边眼间距 论文，２００５． 符和要求的予以废除。 （ａ）与）匕爆层厚度（Ｂ）的比值。是影响爆破效 【３］黄金旺，周中，张运良，彭立敏．水平层 ②装药：装药前，用高压风吹扫炮孔， 果的重要因素。炮眼直径为３８～４６ｒａｍ。周 状围岩台阶法施工超欠挖控制试验研 药串和起爆药卷按要求加工好，盘好脚线， 边炮眼间距为３０～６０ＣＩＴＩ。光爆层厚度为 究…．公路与汽运，２（）ｌ０（４）． 分段号存放在箱内，确保装药作业有序地 ７５～８０ｃｍ。闵边眼密集系数为０．６～０．８。 ［４］方国清，郑选荣．ＰＤＣＡ循环在隧道超欠 进行；装药作业分片、分组进行，并按规定 ③周边眼的装药量。应严格控制并采 挖控制中的应用【Ｊ］＿西部探矿工程，２００９ 捣实堵塞炮泥，堵塞长度不小于２０ｃｍ。 用合理装药结构。尽可能地使药沿药眼长 （１１）． ③爆破：起爆网络为复式网络，以保证 均匀分布。这是实现光面爆破的重要条件。 ［５］邓显平．隧道超欠挖的影响因素及控制 起爆的可靠性和准确性，连接时，导爆管不 光面爆破装药量的计算．主要是确定周边 途径［Ｊ］．公路交通科技（应用技术版）， 能打结、拉细和破损漏气，各炮眼雷管段数 眼光爆层炮眼装药集中度，一股按ｑ＝ｑａＢ ２００９（１）． 与钻爆设计相同，引爆使用火雷管，雷管用 扭计算．也可采用实验方法求得或从同类Ｔ ［６】张丰帆，窦立军，王胤．基于参数研究建 黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端ｌ ０ｃｍ以 程中选取。式中：ｑ为装药集中度，ｋｇ／ｍ；Ｑ 立的隧道爆破超欠挖量预测模型【Ｊ】．长 上处，网络接好后，由专人负责检查。 为单位体积耗药量，ｇ／ｍ；ａ为周边眼间距， 春工程学院学报（自然科学版），２００７（４）． ④钻孔结束，用高压风管吹孔，按照钻 ｉＴＩ；Ｂ为光爆层厚度，ｍ。通过现场试验和施 【７］周佳媚，高波，李志业．ＴＢＭ施工隧道超 爆设计的装药量和装药结构组织装药，采 工经验数据．用计算法进行校核．确定本工 欠挖对围岩及支护结构影响分析［Ｊ］．地 用非电导爆雷管联结，火雷管起爆。 程的装药集中度为０．１５～０．２５ｋｇ／ｍ。 下空间，２００３（２）． （２）施工爆破参数选择 ④装药结构。光面爆破采用不耦合装 ①全断面开挖光面爆破参数选择 药，一般不耦合系数为１．５～２．０，炮眼装药 周边眼间距Ｅ ６０ｃｉｎ，炮眼直经① 按装药集中度计算出的药量均匀装入炮眼 科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ ９９