浅谈隧道光面爆破法施工的超欠挖控制

【摘 要】目前对于隧道的超欠挖控制，已有研究多数都是从作业人员管理、爆破设计等方面进行的论述，而其中对于爆破的设计也大都是引用施工规范要求，并没有针对具体情况进行的专门研究。本文结合改建铁路成都至昆明线扩能工程永仁至广通段麻栗树隧道施工，详细阐述了隧道爆破周边眼钻眼质量对超前挖的影响，分析了光面爆破法钻眼质量对超欠挖的影响和超挖对工程质量、进度、成本的影响，提出了控制超欠挖的有效措施，其成功经验对今后类似工程具有重要的借鉴参考价值。

【关键词】隧道工程；光面爆破；超欠挖；控制

隧道爆破施工中超欠挖现象不可避免，有效控制超欠挖对减少对围岩的扰动，充分发挥其自承能力，确保施工安全，提高工程质量，节约成本有重要作用。对于如何有效控制超欠挖，笔者查阅众多专业书籍、期刊等发现大多数都是从作业人员管理、爆破设计等方面进行了概述，其中对于爆破设计大都是引用施工规范要求，没有针对具体情况进行说明。本文结合改建铁路成都至昆明线扩能工程永仁至广通段麻栗树隧道施工，详细阐述了隧道爆破周边眼钻眼质量对超前挖的影响，并针对性的提出超欠挖控制措施。

1 工程概况

栗树隧道位于云贵高原北部，地层岩性单一，以砂岩夹泥岩为主，单轴饱和抗压强度32～35Mpa，为硬岩；地质构造较为简单，岩层单斜，产状平缓，垂直节理较发育，洞身设计为Ⅳ级围岩，长2170m。设计要求按新奥法原理组织施工，光面爆破，采用台阶法施工。设计初期支护为4cm初喷混凝土+18cm格栅拱架+3cm喷射混凝土保护层，拱架间距1.0m。根据《铁建设2010第120号文》要求Ⅳ级围上台阶每循环进尺不得超过两榀，即2m。根据《铁路隧道工程施工质量验收标准》规定隧道允许超挖值Ⅳ级围岩拱部最大超挖不得大于25cm，边墙超挖不得大于10cm。当围岩完整、石质坚硬时允许岩石个别突出部分侵入衬砌不大于5cm（每1m2不大于0.1m2）。

2 次硬岩爆破开挖中存在的问题及分析

根据《铁路隧道工程施工技术指南》及设计文件规定进行了爆破设计，施工中根据爆破效果不断调整了爆破参数，发现超欠挖现象依然严重。现场施工总结发现主要是受周边眼钻眼质量影响。

根据《铁路隧道工程施工技术指南》要求周边眼沿开挖轮廓线布置，间距40-55cm，允许外插角斜率为孔深的±5%，眼口位置允许误差为±5cm，眼底不得超出开挖轮廓线15cm。根据设计初支厚25cm，拱架间距1.0m，每循环进尺2m。为减少围岩要求初支端距开挖面控制在0.3～0.5m。施工中存在周边眼眼口定位、外插角斜率选取等主要问题，存在以下几种情况：

（1）按《铁路隧道施工技术指南》要求进行钻眼，周边眼布置于开挖轮廓线，外插角斜率为孔深5%，以拱顶为例示意如图1所示。由于上循环初支已施作，炮眼无法施工。

（2）保证外插角斜率，周边眼口尽量靠近开挖轮廓线。炮眼外插角取允许值5%，同样以拱顶为例，开挖示意如图2所示。但爆破后欠挖严重，初支无法施作。

（3）保证周边眼眼口定位准确，不考虑外插角斜率。以拱顶为例，开挖示意如图3所示。此时，炮眼外插角斜率为0.5，最大超挖为0.75m，超挖严重，不符合《铁路隧道工程施工技术指南》要求。

综合以上分析得出，有加强支护的Ⅳ级围岩爆破钻眼时不能严格按照《铁路隧道工程施工技术指南》中的爆破参数进行作业。通常施工中采用以下方式进行钻眼，即同时调整周边眼口位置和外插角，开挖示意如图4所示。

施工中通常控制炮眼超出第一榀拱架位置开挖线0.1m（如图4）来确保拱架能按设计要求准确安装。理论计算一循环拱顶超挖断面积为0.288m2，麻栗树隧道Ⅳ级围岩拱墙开挖线周长为25.6m，一循环2m超挖方量为7.37m3，隧道全长2170m，超挖9986m3。

根据麻栗树隧道施工出渣单价为23元/方，超挖运费W1=23元×9986m3=229678元。喷射混凝土材料单价为430元/m3，按20%回弹量计算，超挖部分喷射混凝土成本W2=9986m3×（1+0.2）×430元/m3=5152776元。合计超挖部分造成损失5382454元。

机械装渣用时平均0.5min/m3，超挖用时h1=9986m3×0.5min/m3/60=83h，喷射混凝土作业用时平均0.2h/m3，超挖部分喷射混凝土用时h2=9986×（1+0.2）×0.2=2397h，合计2480h，103天。

综上所述，超挖不仅对围岩扰动大、破坏围岩自身稳定，还严重影响工程进度，造成的材料损失巨大。严格控制超欠挖很有必要。

图1 以周边眼布置为控制时的爆破问题示意图 图2 以外插角斜率为控制时的爆破问题示意图

图3 以周边眼眼口定位为控制标准 图4 同时调整周边眼口位置和外插角，开挖示意图

3 超挖控制技术

要改变过去“宁超毋欠”的观念，树立“珍爱围岩、保护围岩”的理念。在提高作业人员水平、加强现场管理、选用合适的机具和爆破器材基础上，重点从钻眼方式和质量、装药量和装药结构着手控制超欠挖。

3.1钻眼方式

通过分析原爆破钻眼方式造成超挖大的原因，通过现场施工总结决定改变钻眼方式。周边眼分两组，即长短眼，长眼炮孔深2.0m，眼底距初支面44cm，爆破满足第二榀拱架安装，短眼炮孔深0.5m，眼底距初支面35cm，爆破满足第一榀拱架安装钻眼（如图5）。钻杆紧靠初支拱架，短眼钻杆在1.0m处做好标记，长眼钻杆在2.5m位置做好标记，以钻杆和初支接触点为支点调整钻杆方向，根据相似三角形特性可知短眼钻杆作记号处到初支面距离是眼底到初支面距离的二分之一，同理长眼钻杆作记号处到初支面距离是眼底到初支面距离的五分之四。即短眼记号处到初支面距离为17.5cm，长眼记号处到初支面距离为35.2cm，见图6所示。

3.2 周边眼间距控制

通长减小周边眼间距能有效造提高光爆效果，但炮眼数量增多，作业时间变长，增大周边眼间距会造成相邻炮孔中间局部欠挖，单孔炸药量增加，影响光爆效果。根据爆破效果，若相邻炮孔间无欠挖则可增大间距，若相邻炮孔间有欠挖则需减小间距。施工中通常每种周边眼间距控制在25-35之间，长短眼交叉布置。

3.3钻眼质量控制

（1）要定人定机定岗，作业人员熟悉使用机具和所在位置需要掌握的方向和角度。

（2）每循环拱架安装必须满足规范要求，要对安装偏差进行实测记录，下循环钻眼前要标出拱架安装偏差值，使钻眼作业人员能及时调整。

（3）拱架安装误差及初支端到开挖面的距离调整钻杆角度。

（4）由于开钻时钻杆跳动，导致周边眼口定位不准，所以在钻头刚钻入岩层时暂定钻机，根据眼口位置和初支端到开挖面距离调整钻杆外插角后继续钻眼。

（5）由于钻眼参数要依据初支面确定，所以必须控制喷射混凝土面满足设计要求。

3.4装药量和装药结构

周边眼采用小直径连续反向装药结构。装药量根据爆破效果调整，若炮孔完整的残留一半于围岩，炮眼残留清晰则说明装药量适合，装药结构合理。若爆破后炮孔外局部超挖严重，局部欠挖则说明装药不均匀，应采用更小直径药卷或空气间隔装药法。

图5 爆破满足第一榀拱架安装钻眼 图6 建议的控制爆破方法

3.5 控制洗过及成本影响分析

以拱顶为例，初支拱架距开挖面0.5m，拱顶拱架安装检查为-4cm（即拱架高程比设计底4cm），则短眼底到初支面的距离应为4cm+35cm=39cm，短眼钻杆记号到初支面距离为39cm*0.5=19.5cm，长眼底到初支面的距离为4cm+44cm=48cm，长眼钻杆记号到初支面距离为48cm*0.8=38.4cm。作业人员可根据以上数据进行准确钻孔。

按照上述方法钻眼爆破，如图所示，一循环纵断面超挖面积0.042m2，比原钻眼方式减少0.246m2，减少超挖8533m3，节约成本Q=8533×23+8533×1.2×430=4599287元，节约工期88天。

4 结 论

隧道施工中影响超欠挖的因素有地质情况、爆破参数、作业机具、爆破器材和作业人员水平等，本文主要针对爆破参数中周边眼钻眼法对超欠挖影响进行了介绍，其他因素未详细说明。施工中应改变过去“宁超毋欠”的观念，树立“珍爱围岩、保护围岩”的理念，综合考虑各方面因素，多方面采取措施提高光爆效果，保证工程质量，节约成本。

参考文献：

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