科学之友 Ｆｒｉｅｎｄ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｍａｔｅｕｒｓ ２０１３年１０月 刍议公路隧道超欠挖产生的原因及控制措施 余科 （中铁隧道集团三处有限公司，广东深圳５１８０００） 摘要：由于我国地域广阔，各种地质条件也相当复杂，一些不良的施工方法等都会造 成一些超欠挖现象。以下主要分析了公路超欠挖产生的原因，并针对问题提出了相应的 质量控制措施，供参考。 关键词：公路隧道；超欠挖；原因；控制措施 中图分类号：Ｕ４５５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－－８１３６（２０１３）２Ｏ—ｏ０８７—０２ 超欠挖现象是目前隧道开挖过程中普通存在的问题，挖现 象的发生，直接会影响施工工期，有时甚至影响人身安全，并 需回填大量混凝土，影响工程的经济效益和社会效益。例如超 欠挖将增加隧道掘进的排岩量，增加工作量，增加充填和支护 材料，降低掘进速度，增加掘进和支护成本；超挖的部位，衬 砌完成后会出现或大或小的空洞和缝隙，因此降低了围岩的稳 定性，为地下水的渗漏提供通道和存储空间，是隧道的安全隐 患；发生超欠挖处的开挖轮廓与光滑断面的开挖轮廓相比，会 引起隧道周边应力集中，这种应力集中对围岩强度产生较大的 影响，从而影响隧道的长期稳定与安全；欠挖使巷道的有效断 建议线接近平行，开挖时岩体将沿节理破裂，而不会沿着原设 计的边界线破裂，两组节理的组合将会增大超挖现象的机会，’ 在三组或更多组节理的组合下，超欠挖现象将更加突出。当岩 层近水平 亨向上成层发育，而节理垂直发育时，大方量的超欠 挖将会在隧洞开挖过程中出现。水平方向的节理将使隧洞顶部 变得比较平，倾斜的地层或节理可以改变隧洞的开挖边界的形 状，使得隧洞不能形成对称的形状，这样可能造成大方量的超 欠挖现象的出现。 １．１．２节理间距 面缩小，给运输、行人和通风等带来安全隐患。因此，隧道的 超欠挖问题必须引起重视。 ’ 节理的间距与岩体超欠挖密切相关，对节理比较密集的岩 体进行开挖要通过爆破的方式，大块的岩块则比较容易产生大 方量的超挖，同时岩体稳定性也取决于有多少组软弱结构面的 出现。 １．１．３黏 已充填物 １ 公路隧道超挖原因分析 公路隧道超欠挖是指以设计的隧道开挖轮廓线为基准线， 实际开挖获得的断面在基准线以外的部分称为超挖，在基准线 以内的部分则称为欠挖。超欠挖通常是由于岩体结构面和开挖 临空面的不同而产生，在隧道开挖过程中，爆破开挖将引起关 键块体优势面的抗剪强度小于其滑力时，关键块体就会塌滑或 塌落，形成超欠挖。影响隧道工程超欠挖现象主要有地质条件 和开挖方法两大方面因素。 １．１岩体工程地质条件 在爆破开挖过程中，节理特征是影响超欠挖的一个主要因 素，这其中包括节理的方位、间距、节理的填充物、岩体的强 度以及地应力条件等。 １．１．１节理的产状 充填于节理或断面层的黏土对隧道边墙的稳定性是十分不 利的，通过爆破使较完整的岩体破裂所需的能量要超过夹层的 充填材料所需要的能量，因此在爆破设计时就要充分考虑软弱 夹层中充填物对超挖的影响。 １．１．４岩体的强度 在一定的条件下，岩体的强度可能成为影响超欠挖方量 的重要因素。一般说来，岩体的强度越高，越有可能造成岩 体的超挖ｊ见象，与节理强度相比岩体完整性是决定超欠挖的 主要因素。 １．１．５地应力的影响 与隧洞开挖边界相关的节理的产状是在爆破开挖过程中影 响的主要因素之一。岩体节理愈发育，抵抗爆破的能力就愈弱， 超挖现象就愈严重。当节理或断层的走向与隧洞的轴线接近垂 直时，其对超欠挖的影响较小，而当节理的走向近乎平行于隧 洞的轴线时，对超欠挖的影响较大。当节理走向与隧洞的开挖 地应 Ｉ丁的方向和主应力比的大小也是影响超挖的主要因 素，特别是地应力的大小接近节理化岩体的强度时，其影响更 为显著。 １．２开挖方式影响 公路隧道超欠挖除了岩体工程地质条件影响外也可能是由 于不良的爆破设计和不当的开挖方法造成的，尤其是洞壁的不 Ｌａｒｇｅ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃａｎａｌ Ｂｅｄ Ｃｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｓａｎｄ Ｇｒａｖｅｌ Ｃｕｓｈｉｏｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｉｕ Ｘｉａｏｐｅｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ａ ａｑｕｅｄｕｃｔ ｐｒｏｊｅｃｔ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｌｏｐｅ ｃｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓａｎｄ ｇｒａｖｅｌ ｃｕｓｈｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｆｒｏｍ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｌｏｐｅ，ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ，ｃｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓａｎｄ ｇｒａｖｅｌ・ｃｕｓｈｉｏｎ ｌａｉｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌｐｏｉｎｔｓ ａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ。 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓａｎｄ ｇｒａｖｅｌ ｃｕｓｈｉｏｎ；ｐａｖｅｒ；ｌａｙｉｎｇ；ｑｕａｌｉｙ ｃｏｎｔｔｒｏｌ ａｎｄ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ 一８７— 科学之友 Ｆｒｉｅｎｄ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｍａｔｅｕｒｓ 保证钻臂推进器水平，推力均匀适当。 ２．２．３合理确定钻眼深度 ２０１３年１０月 良设计更可能造成超欠挖，但是隧道中心部分的爆破也可能造 成周边围岩的破坏，往往一个比较好的设计由于不好的施工方 式而造成超欠挖现象。目前，大量的超欠挖是由于爆破孔的布 置方式或者是由于爆破孔未及时按顺序引爆造成的。在隧道爆 破过程中爆破能量越大，超挖产生的可能性越大，高速、高强 度、高密度的爆破方式都能导致岩体的破坏。通常情况下，爆 破的强度系数是影响超欠挖的重要参数，高强度系数可能导致 超控，低强度系数导致欠挖。另外施工中会引起超欠挖的因素 还有钻孔精度、爆破技术、测量放线精确程度、现场施工管理、 施工操作影响、预留尺寸等。 综上所述，隧道超挖是由施工方法与岩体地质条件等因素 共同作用的结果。因此，在隧道施工过程中，应从客观实际出 发，针对不同的岩体地质条件，采用不同的开挖施工方案并加 强施工工艺的控制，就能最大限度减少人为因素造成的超挖。 在开挖作业中，实行工序循环制，为了减少工序时间和工 期要求，在岩质较好的情况下可采用４～５ ｍ深孔钻爆，以获得 较好的施工进度。但由于钻孔倾斜影响，降低炮ＨＩｎｄＵ用率，炸 药消耗量也增大，循环时间也会增长。如果炮眼深度由５ ｍ减 到２．５ ｍ，可以使平均线性超挖值减到９ ｃｍ以内，因此，减少 炮眼深度以减少外插角造成的超挖是一个有效的措施。合理炮 眼深度综合考虑以下因素以获得最佳的工程进度和经济效益： ①隧道地质条件；②施工组织能力；③单循环作业时间；④装 渣机械及运输能力；⑤工期及进度要求等。 ２．２．４提高装药质量和爆破技术 ２超欠挖预防及控制措施 ２．１预防措施 根据开挖过程中产生超欠挖现象的原因，在预防措施上寻 求有效的办法，减少超欠挖的产生。例如在施工前期及时准确 进行测量放样；加强工作面及附近的通风和照明，使作业人员 容易将中腰线透视到工作面上；每次打眼前用红漆标好隧道的 轮廓线；周边眼孑Ｌ打在隧道轮廓线上；作业时有指挥人员，及 时予以纠正方向偏斜；根据围岩地质条件，及时调整控爆眼的 爆破参数；采用隧道断面仪及时对开挖断面进行量测，反馈给 开挖人员等预防措施。 ２．２控制措施 ２．２．１提高测量技术 测量是控制超欠挖的基础，提高测量技术是控制隧道超欠 挖主要措施之一。在施工中，尽量利用现代化、高精密仪器和 先进的测量手段进行测量。提高测量工作精度，提高画线精度 是十分重要的。施工中坚持推广使用激光指向，控制中线水平， 在隧道爆破施工中要积极应用光面爆破、预裂爆破和等差 毫秒技术。精心地进行钻爆设计，合理地选择钻孔参数提高装 药质量。爆破后，进行轮廓断面测量检查，找出各处超欠挖值， 并及时反馈到施工中去，根据地质条件和爆破效果变更设计， 以达到减少超欠挖的目的。在软弱岩层施工时，围岩自稳能力 差，由于爆破扰动，极易造成超挖。如果爆破设计不当，会造 成大量坍塌，因此要提高软岩爆破技术以减少超挖，超挖造成 浪费，欠挖处理极为困难，反对“宁欠勿超”和“宁超勿欠” 的思路，树立“少欠少超”的观念。 ２．２．５加强现场施工管理和组织 良好的施工管理和组织，对减少超欠挖具有十分现实的意 义。在控制隧道超欠挖中，建立一个比较完善、系统的质量保 证体系，对作业全过程及相关因素实行严格科学的管理是非常 重要和必要的。现场管理工作与组织主要包括人员组织、作业 安排、技术交底、指导、质量检测、反馈以及相应规章、技术 标准的制定等来保证技术的实施，对这些形成必要的岗位制度。 ３结束语 公路隧道开挖中的超欠挖问题是一个较为普遍的问题，它 对隧道施工速度和成本、安全有不容忽视的影响，加强超欠挖 的研究和预防是一个亟待解决的重要问题，这对于提高施工质 量、加快施工速度、保证施工安全、节省工程投资具有特别重 要的经济和社会效益。施工中在结合地质条件的前提下，通过 提高测量技术、钻孔技术水平、合理确定钻眼深度和爆破参数、 加强现场施工管理和组织等措施可以实现减少超欠挖的目的。 参考文献： 【１】吴世友．公路隧道超欠挖的成因与控制ｕ１ｌ探矿工程，２００６ （１）：２２—２３． 将开挖轮廓线放样于掌子面上。在已开挖段的隧道周边轮廓线 的拱顶、两侧拱脚各安装一台激光指向仪，并经常调试校核， 通过激光点在掌子面上的投影点来控制轮廓线，画出轮廓线即 为设计轮廓线，这样，即可取消５ ｃｍ的预留放样误差，减少人 为超挖现象。 ２．２．２提高钻孔精度 在光面爆破中，钻孔产生的超挖量远大于爆破产生的超挖 量，因此，提高钻孔精度是减少隧道超欠挖的重要的措施。使 超欠挖限制在最小范围内，对司钻人员进行培训，使他们熟练 掌握钻孔技术。司钻工严格按操作细则和设计要求、布置的孑Ｌ 位进行施钻。要保证规定的孔位、孔深、倾斜度等。台车钻孔， 实行定人、定钻、定眼，台车台身轴线和线路中线重合平行， 『２１姜兵，杨强．隧道超欠挖产生原因、危害及控制措施分析 科技风，２０１１（９）：３０—３５． （编辑：李敏） Ｓｅｒｉｅｓ ｔｈｅ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ ＯｖｅｒｂｒｅａｋＣａｕｓｅｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅａｓｕｒｅｓ 。Ｙｕ Ｋｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｖａｓｔ ａｒｅａ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ，ｖａｒｉｏｕｓ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｑｕｉｔｅ ｃｏｍｐｌｅｘ，ｓｏｍｅ ｂａｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ＳＯ Ｏｉｌ ｗｉｌｌ ｃａｕｓｅ ｓｏｍｅ ｂａｃｋ ｂｒｅａｋ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ．Ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｍａｉｎ ｈｉｇｈｗａｙ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｏｖｅｒｂｒｅａｋ，ａｎｄ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ，ｆｏｒ ｙｏｕｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｏａｄ ｔｕｎｎｅｌ；ｂａｃｋ ｂｒｅａｋ；ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ；ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ 一８８—