公路隧道开挖的超欠挖控制

摘要：本文探讨了导致隧道超欠挖的主要原因，并提出了一些解决方法和建议，供施工借鉴。

关键词：公路隧道；开挖的超欠挖；控制

中图分类号：U45文献标识码： A 文章编号：

1.隧道开挖的超欠挖概念

在一些专业性著作中，隧道开挖的超欠挖被定义为：以设计隧道开挖轮廓线为基准线，将实际开挖获得的轮廓线与基准线比较，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》中对超欠挖规定如下：

当岩层完整，岩石抗压强度大于30MPa，并确认不影响衬砌结构稳定和强度时，允许岩石个别突出部分（每1M2内不大于0.1M2）欠挖，其隆起量不得大于5CM、拱墙脚以上1M内端面严禁欠挖、应尽量减少超挖，不同围岩地质条件下的允许超挖值规定见表1

允许超挖值（单位：cm）表1

围岩类别

开挖部分 硬岩（一般相当于VI类围岩） 中硬岩.软岩（相当于V-III类围岩） 破碎松散岩石及土质（相当于II-I类围岩）

拱部 平均 10

最大 20 平均 15

最大 20 平均 10

最大 15

边墙.抑拱.隧底 平均 10 平均 10 平均 10

在采用钻爆法开挖洞室的前提下，在施工中普遍存在着超挖现象，所以规范也规定了在各种围岩条件下允许超挖的范围。从工程实践来看应在放线、打眼、爆破参数设计上做文章做至少超勿欠，最大限度控制超挖对隧道施工的安全，经济具有重要的意义。

2.超挖的不良后果

随着我国高等级公路及市政工程建设的高速发展，隧道工程建设规模越来越大。在隧道开挖中的超欠挖控制一直是施工中的技术难题之一。

2.1安全质量问题

从现场资料看，各类围岩普遍超挖。超挖加剧了对围岩的扰动、破坏，使围岩物理力学性能下降，严重的超挖，更易引起围岩掉块甚至塌方，给后续工作带来极大的影响。

2.2 成本消耗问题

超挖导致用语开挖的炸药、雷管量增大，机械使用台班增加，出碴也会遇到更大的消耗和困难，衬砌面虽然允许超挖处理过程中加入少量浆砌片石，但是如果不能按规范认真执行又将给成型后的隧道带来隐患。故超挖不仅带来结构上的隐患，而且严重影响经济效益，极易引起亏损并且对工期也造成严重影响。

3.超欠挖的原因及处理

3.1客观地质条件

岩体自身的特性和岩体中地下水的作用是决定岩体是否稳定的内在因素。开挖后的隧道围岩产生应力集中，对应力超过一定值后围岩将产生弹塑性变形，迫使围岩想隧道内滑移。不正确的开挖爆破极易引起隧道崩坍，形成严重的超挖现象。

隧道开挖后，地下水参透到裂隙中，长期浸于水中的岩石容重增加，岩石强度明显降低，加上参透水流的压力等因素，容易导致坍塌的发生。同时，如果是反坡开挖，大量的洞内涌水汇聚，加大开挖面作业难度，给开挖下部底板的施工带来麻烦，随着开挖延伸，水位越积越高，将造成开挖面下半部严重欠挖。

为了减少客观地质条件对超欠挖的影响，应根据施工条件提出具体措施。常见工程措施有：

（1）清除危岩

开挖后马上找顶，清除边墙及拱顶可能发生坠落的危岩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”起来形成组合梁而得以防止岩石下坠；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。喷锚支护已成为公路隧道开挖的主要支护形式。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

根据设计文件，提前预备好抽水机械，施工中不要忽视了少量积水将给后续工作造成的影响，也可采用水沟排水等多种方案，以充分保证施工面的完全暴露。

3.2开挖机械因素

隧道工程常用的钻眼机械为风洞凿岩机，结构简单，使用安全，不怕反复起动，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及深度时，极难掌握，特别是处理周边和底部两角隅处，不能够完全遵循《施工规范》的要求，对这些特殊部位进行缩小眼距和加密炮眼处理，造成周边眼密集系数不恰当，极易出现表面凹凸不平的超欠挖现象。

为了克服风动凿岩机的欠缺，应狠抓科技指导生产，通过改造旧的汽车为凿岩台车，解决空间太高给钻眼带来的困难，保证上部开挖少超不欠。另外，使用先进的液压钻臂凿岩台车，较易控制炮眼角度和炮眼深度。

对于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。

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制，其理论是：对岩石产生两种破坏力，一种是冲击力，另一种是气体压力，气体压力对岩石有较大的破坏作用，它向周围孔壁施加强大的均匀压力破坏岩石。一般情况下，岩石的抗壁能力比抗压、抗拉能力低20-30倍，光面爆破利用这个规律，减少周边眼的间距，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。

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

一般认为，周边眼间距E与最小抵抗线W越小越好，但是，如果相对距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。

光面爆破主要参数，应采用工程类比或根据爆破漏斗集成缝试验确定，在无条件试验时，可按表2选用：

光面爆破相对眼距表2

参数

岩石种类 单轴抗压极限强度RB(Mpa) 装药不偶合系数D 周边眼眼距E（cm） 最小抵抗线W（cm） 相对距E/W 装药集中度q(kh/m)

硬岩 >60 1.2～1.5 55～70 70～85 0.8～1.0 0.3～0.35

中硬岩 30-60 1.5～2.0 45～60 60～75 0.8～1.0 0.2～0.3

软岩 ≤30 2.0～2.5 30～50 40～60 0.5～0.8 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

式中L1为炸药段长度，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的“挂帘”现象。

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定间距捆在长竹片上，这样装药既快又好。

3.3.3 强化规范作业

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。施工单位为了满足规范，少超禁欠的要求，在定断面轮廓时一般都比设计值偏大，保证了不欠挖。

明确不同部位炮眼作业要点。现场施工中，由于人为因素或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。

总之，钻爆设计与作业是掘进中超欠挖控制的关键，不断提高工程技术人员的理论水平，培养一支有实际作业经验的人才，并能按设计进行施工的队伍，是提高隧道开挖质量的关键。