交通建设 皿两宙蓑商 ２０１３年１１月 公路隧道开挖的超欠挖控制 刘一强 【重庆城建（控股）集团有限责任公司 重庆市渝中区摘４０００００］ 要：本文探讨了导致隧道超欠挖控制的主要原因，并提出了一些解决办法和建议，供施工借鉴。 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７３—００３８【２０１３）３４—０１５８—０２ 关键词：公路隧道；开挖的超欠挖；控制 中图分类号：Ｕ４５５．４ １隧道超欠挖的概念 岩的扰动，破坏，使围岩物理力学性能下降，严重的超挖更易引 给后续工程带来极大的影响，欠挖导致结 在一些专业性著作中，隧道超欠挖被定义为，以隧道设计开 起围岩掉块甚至塌方， 挖的轮廓线为基准线，将实际开挖获得的轮廓线与基准线比较， 构厚度不够给成型后的隧道带来安全质量隐患。基准线以外的部分称为超挖，基准线以内的部分称为欠挖。在 《公路隧道施工技术规范》中对超欠挖作了如下规定： 当岩层完整，岩石抗压强度大于３０ＭＰａ，并确定不影响衬砌 （１）安全问题。 （２）成本消耗问题 超挖导致用于开挖的炸药、雷管量增大，机械使用台班增加， 结构稳定和强度时，允许岩石个别突出部分（每１ ｍ２内不大于 出渣也会遇到更大的消耗和困难，衬砌时超挖部分又需用浆砌 有些工程规定必须用结构同标号混凝土回填）。欠挖 ０．１ｍ２）欠挖，其隆起量不得大于５ｃｍ，拱墙脚以上ｌｍ内断面严禁 片石回填（ 欠挖，应尽量减少超挖，不同围岩地质条件下的允许超挖值规定 处理需花很多人工，处理不当又引起超挖。故超欠挖带来浪费，将增加成本引起工程亏损。 见表１。 表１允许超挖值（单位：ｃｍ） 硬岩（一般相当 中硬岩、软岩（相当 破碎松散岩石及土质 （３）资源浪费问题 超挖导致炸药、雷管、混凝土等量增加，造成不必要的浪费， 增大了资源的消耗。 拱部 于Ⅵ类围岩） 平均１０ 最大２０ 平均１０ 于Ｖ一Ⅲ类围岩） （相当于Ⅱ一Ｉ类围岩） 平均ｌ５ 平均１０ 最大２５ 最大１５ 平均１０ 平均１０ 边墙、仰拱、隧道底 ３超欠挖的成因及处理 岩体自身的特征和岩体中地下水的作用是决定岩体是否稳 从隧道超欠挖的概念和施工中一般采用钻爆法开挖洞室来 ３．１地质因素 看，施工中普遍存在超欠挖的现象是很难避免的，所以规范也规 定了在各种围岩条件下允许的范围。在施工过程中应在放线，打 定的内在因素。隧道的开挖，移走了隧道内原来受力的部分岩 眼，爆破参数设计上严格控制。最大限度减少开挖时的超欠挖。 体，破坏了围岩初始应力场的平衡状态，围岩从相对静止的状态 这对隧道施工安全，经济和社会资源的节约上具有重要的意义。 变为变动的状态。围岩力图达到一个新的平衡，其应力和应变开 始一个新的变化运动，运动的结束使得围岩的应力重新分布并 ２超欠挖的不良后果 随着我国高等级公路和市政工程建设的高速发展，隧道工程 向开挖的隧道空间变形，变形值超过一定数值，岩体就会出现移 形成严重的超挖现象。 建设规模越来越大。在隧道开挖中超欠挖控制一直是施工中的 动，坍塌，技术难题之一，处理不好超欠挖将造成施工的安全隐患，成本增 大，资源浪费等方面的问题。 隧道开挖后，地下水渗透到裂隙中，长期浸于水中的岩石容 重增加，岩石强度明显降低，加上渗透水流的压力等因素，容易 从施工实践看各类围岩普遍存在超欠挖，超欠挖加剧了对围 导致坍塌的发生。同时大量的洞内涌水汇聚，给开挖下部底板的 ＇，ｌｌ＇ｌｌ，，’＇＇，ｌｌｌ１），’ ＇ｌｌｌ＇ ｌ＇’＇＇ｌｌｌｌｌ，’ ｌｌ＇＇，＇，’ ｌ，，ｌ，＇ ’＇＇，，，ｌ，＇，１ ＇＇，ｌ，，＇， ，，，＇＇，’＇，，＇，，， ，ｌ， （５）对比赣州和贝卡尔特两种钢筋钢纤维混凝土小梁，可以 ２００１）． ４】《中华人民共和国国家标 ．甜昆凝土结构设计规 （ＧＢ５００１０—２００２）． 看出，由于后者的长径比较前者大，虽然其掺量不及赣州型，但 『５１《纤维混凝土结构技术规程》（ＣＥＣＳ３８：２００４）．中国计划出版社，２００４． 是其可靠指标高于赣州型的。因此，在钢筋钢纤维混凝土小梁的 『结构可靠度理论【Ｍ１．中国建筑工业出版社，２０００． 钢纤维品种选取上，单以可靠指标的大小为依据，贝卡尔特钢纤 【６］赵国藩，金伟良，贡金鑫．【７］史志华．关于混凝土结构构件正常使用极限状态可靠指标的研究ｆＪ］．中 国建筑科学研究院研究所，１９９８． 维较赣 Ｉ＇１钢纤维更优。 （６）总体上来说，钢筋混凝土小梁及钢筋钢纤维混凝土小梁 基于横向裂缝宽度的正常使用可靠指标是比较低的，基本上处 于０．２～１．０之问。这与中心点法适应的可靠指标范围０～１．５是吻 合的。 『８１史志华，胡德沂，陈基发，等．钢筋混凝土结构构件正常使用极限状态可 靠度的研究 建筑科学，２０００，１６（６）：４～１１． 收稿日期：２０１３—１０—２２ 参考文献 ［１１李乔．混凝土结构设计原理［Ｍ】 ｂ京：中国铁道出版社，２００１，８． 【２】吴世伟．结构可靠度分析【Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９０． 作者简介：郭艳华（１９７７一），男，副高，工学博士，主要从事市政工 程设计工作。 李岳（１９８０一），女，副高，工学硕士，主要从事市政工程设计 工作。 ［３］《中华人民共和国国家标 ．健筑结构可靠度设计统一标准》（ＧＢ５００６８一 ・１５８・ ２０１３年１１月 施工带来困难，造成开挖面下部严重超欠挖。 皿两囡蒜诛 交通建设 光面爆破主要参数，应采用工程类比或根据爆破漏斗及成缝 为了减少客观地质条件对超欠挖的影响，应根据施工条件提 试验确定，在无条件试验时，可按表２选用。 表２光面爆破相对眼距 出具体措施。常见工程措施有： （１）清除危石 开挖后马上找顶，清除边墙及拱项可能发生坠落的危石和即 将失稳的岩石以及丧失强度的岩体。 （２）及时镶补，喷锚支护 对于围岩开挖面张开的节理裂隙，可采用水泥砂浆镶补、勾 缝，防止裂隙扩展；在块状围岩中局部设置锚杆。发挥锚杆的“联 ＼参数 单轴抗压极限 装药不偶 周边眼眼距 最小抗压 相对距 装药集中 硬岩 中硬岩 岩石种类＼ 强度ＲＤ（ＭＰａ） 合系数Ｄ Ｅ（ｃｍ） 线ｗ（ｃｍ） Ｅ，Ｗ Ⅱ（ｋｈ／ｍ） ＞６０ ３０－６０ １－２—１．５ １．５－２．０ ５５—７０ ４５～６Ｏ ７０～８５ ０．８～１．０ ０．３－０Ｉ３５ ６０—７５ ０＿８—１．０ ０．２￣０．３ 软岩 ≤３Ｏ ２．Ｏ～２．５ ３０－５０ ４０－６０ Ｏ．５～Ｏ．８ ０．０７—０．１５ ３．３．２选好周边眼装药结构 根据爆破工程实践，要使岩石能沿炮眼全长崩落，一般应满 足下式关系： Ｌ１＜ＡＷ 结作用”；在层状围岩中布置规则的锚杆群，将各层岩层“缝合” 起来形成组合梁防止岩石下坠；在软弱岩层中加密锚杆，则能在 隧道周边一定范围内的围岩组成一个承载环，起到“挤压加固作 式中：Ｌ１为装药段长度；Ａ为装药系数，它与岩石性质，炸药 性能及装药部位的装药密度有关。 从上式可以看出，装药长度不仅与炮眼深度有关，而且与最 小抵抗线Ｗ也有关系，装药长度Ｌ１过小，容易产生里掉外不掉 “挂帘’’现象。 用”，喷射混凝土对围岩提供了径向的支护阻力，约束了隧道围 岩的位移和变形，对改善隧道的承载条件起到积极作用，喷射支 护已成为公路隧道开挖时主要支护形式。洞室施工中的新奥法 原理，强调支护的快速有效，避免围岩暴露过长，故洞室开挖后 应尽早进行临时支护。 （３）作好施工防排水处理 为了兼顾经济与光面爆破效果，应该采取分散装药，如间隔 装药，另外空隙当中也可以放置小木棍。工地上通常用的方法是 将药卷按一定问距捆在长竹片上，这样装药既快又好。 ３．３Ｉ３强化规范作业 隧道拱墙上的裂隙水尽量引排，减少裂隙水散流造成岩体大 面积强度降低失稳。隧道底部随开挖延伸逐步设集水井并用抽 水机排出或用排水沟排出。 爆破作业主要包括钻眼、装药、接线和引爆。每一道工序质量 的好坏决定了隧道开挖质量的高低。 钻眼前应定出开挖断面中线，水平线和断面轮廓，标出炮眼 位置，检查符合设计要求后方可钻眼。 明确不同部位炮眼作业要点。现场施工中，由于人为因素或 ３．２施工因素 隧道工程常用的钻眼机械风动凿岩机，结构简单，使用安全， 不怕反复启动，使用较为广泛，但是需要人工操作的风动凿岩机 在处理炮眼角度和深度时，极难掌握，特别是处理周边和底部两 角隅处，造成周边眼密集系数不恰当，极易出现凹凸不平的超欠 挖现象。 地质因素很容易使钻眼工人忽视对不同部位炮眼的不同处理方 法，造成炮眼没有规律性，严重与设计脱轨，造成大欠大超。 为了克服风动凿岩机的欠缺，应狠抓科技生产，通过改造旧 的汽车为凿岩台车，解决空间太高给钻眼带来困难，保证上部开 ４结束语 总之，钻爆设计与作业是掘进中超欠挖控制的关键，不断提 挖少超不欠。另外使用先进的液压钻臂凿岩台车，较易控制炮眼 高工程技术人员的理论水平，培养一支有实际作业经验，并能按 设计进行施工的队伍，是提高隧道开挖质量的关键。 角度和炮眼深度。 对于因开挖机械造成的超欠挖，克服的最好方法就是搞好钻 爆设计，严格按照设计施工。 参考文献 ［１］李树鹏，葛大勇，黄强－／Ｊ、净距隧道开挖空间效应分析［Ｊ］．交通科技， ２０１１（１）． ３．３光爆设计与作业 目前国内外隧道施工中，采用光面爆破对岩体的破坏加以控 ［２］ｔ建华，陈力华，张蕾．浅埋偏压小净距隧道开挖顺序研究［Ｊ］．公路交通 制，其理论是：炸药爆破时，对岩体产生两种破坏力：①冲击力； 技术，２０１１（１）． ②气体压力。气体压力对岩体有较大的破坏作用，它向周围孔壁 ［３］黄强，李之达，吴延贞．浅埋隧道施工中围岩应力分析［Ｊ］．湘潭大学自然 施加强大的均匀压力破坏岩石。一般情况下，岩石的抗劈能力比 科学学报，２０１０（１）． 抗压、抗拉能力低２０ ３０倍，光面爆破利用这个规律，减少周边 ］彭琦，罗威，李亮．浅埋偏压小净距隧道施工力学数值分析［Ｊ】＿铁道建 眼的间距，严格控制周边眼的方向和角度，限制装药量，正确的 筑，２００９（１２）． ５］黄强，董迎娜，陈伦，王改改．浅埋偏压隧道开挖方案的分析研究［Ｊ］．洛 掌握起爆顺序，使爆破面沿炮眼劈裂开，并防止遗留围岩遭到破 【坏达到光面爆破的目的。 阳理工学院学报（自然科学版），２００９（４）． 光面爆破是布眼、钻眼、装药、起爆等方面的综合技术，本文 仅就几个方面问题提出一些看法： ３．３．１注意确定相对眼距 一收稿日期：２０１３—９—２８ 作者简介：刘一强（１９７１一），男，工程师，大专，主要从事路桥、市 般认为，周边眼间距Ｅ与最小抗线ｗ越小越好，但是，如 政工程建设施工方面的工作。果相对距Ｅ／Ｗ不恰当，爆破后很易产生“凸肚’，和“收腹’现象，造 成开挖面凹凸不平的大欠大超。因此，合理确定光面爆破的技术 参数十分必要。此步工作需在开挖面放线时完成。 ・１５９・