公路隧道超欠挖原因分析及控制處理措施

1、公路隧道超欠挖原因分析及控制、處理措施徐超摘要：在公路隧道的修建中，控制隧道的超欠挖對(duì)于提高質(zhì)量、節(jié)約成本起著重 要的作用。本文以新建鶴大高速公路大蒲柴河至砂子河設(shè)計(jì)段白水灘隧道為例， 分析了公路隧道超欠挖產(chǎn)生的原因，淺談降低或減少隧道超欠挖程度的措施,，介 紹了隧道對(duì)于超欠挖的控制以及后續(xù)處理方法，指出采用“新奧法”技術(shù)、強(qiáng) 化施工管理是控制隧道超欠挖的關(guān)鍵具體施工方法分別為光面爆破與人工處理。 關(guān)鍵詞：隧道；超欠挖；新奧法光面爆破；人工處理1工程概況新建鶴大高速公路大蒲柴河至砂子河設(shè)計(jì)段白水灘隧道設(shè)計(jì)為雙洞分離式 隧道該設(shè)計(jì)行車速度為80km/h。隧道圍巖類別變化圍由III級(jí)V級(jí)，其中IV

2、、V級(jí)所占比例較大。因鉆爆法費(fèi) 用低，靈活性大,幾乎應(yīng)用在各類巖石的開挖。本隧道全部采用鉆爆法施工。本人參與了新建鶴大高速公路大蒲柴河至砂子河設(shè)計(jì)段白水灘隧道的施工， 結(jié)合在隧道實(shí)際施工的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)隧道的超欠挖有以下認(rèn)識(shí)：在隧道施工中，隧道超挖或者欠挖是不可避免的。一般來說，超挖是指實(shí)際 開挖輪廓大于設(shè)計(jì)開挖輪廓，反之，欠挖是指實(shí)際開挖輪廓小于設(shè)計(jì)開挖輪廓。 巖石隧道采用鉆爆法施工，超欠挖不可避免，這對(duì)于隧道施工質(zhì)量有重要影響， 主要表現(xiàn)在以下方面：對(duì)于超挖來說，首先，會(huì)引起多運(yùn)洞渣。其次，如果不做處理或處理不當(dāng)， 初期支護(hù)背后留下空洞，在圍巖松動(dòng)或沉降的情況下，易將初支壓碎，對(duì)于襯砌 前施

3、工安全極為不利。再次，如果超挖過大而緊貼巖面支護(hù)，便會(huì)提高初期支護(hù) 甚至二次襯砌的混凝土工程量，增加成本。最后，嚴(yán)重的超欠挖對(duì)隧道洞室的穩(wěn) 定性也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。對(duì)于欠挖來說，如果未做處理，首先會(huì)減少二次襯砌混凝土的厚度，使二次 襯砌作用大為削弱，起不到應(yīng)有的作用。其次，清除造成人工、材料的超額消耗, 處理欠挖更容易形成更大的超挖。再次，如果為提高襯砌混凝土的厚度而私自縮 小二次襯砌的輪廓，造成其侵限，這在隧道施工中是明令禁止的。2影響隧道超欠挖的因素2.1鉆眼精度影響分析鉆孔技術(shù)對(duì)隧道超欠挖的影響主要是周邊炮孔的外插角。、開口位置e和鉆 孔的深度L,他們與超欠挖高度h的有如下關(guān)系：h=e+

4、Ltan(0/2)(2-1)式(2-1)表面，隨外插角。、鉆孔的深度L的增大，h增大。2.1.1外插角。和鉆孔的深度L。和L主要取決于司鉆工的操作水平和所用鉆機(jī)的某些性能。通常，鉆機(jī)都 有一個(gè)外緣高度，為保證后續(xù)掘進(jìn)能正常鉆孔，就必須有一個(gè)超挖高度hd (即 超挖控制下限)，鉆孔需要的最小平均超挖約為7cm，這樣，如L=3m，則外插角 84.55 ；如L=5m，則0=2.65 ,顯然，一般的人工操作水平有限是難以達(dá) 到的。2.1.2周邊孔開口位置e在實(shí)際施工中，周邊孔開孔位置e有如下三種情況，白水灘隧道為高速公 路隧道，但我們按鐵路隧道規(guī)要求施工，我國鐵路隧道施工技術(shù)規(guī)中規(guī)定, 周邊眼外斜率不

5、得大于5cm/m，并根據(jù)不同的炮眼深度適當(dāng)調(diào)整斜率，保證眼底不得超出開挖斷面輪廓線10cm,最大不得超過15cm。圖(2-1)2.2爆破技術(shù)實(shí)際爆破中，多數(shù)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn),難以完全根據(jù)隧道地質(zhì)情況進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)，從 而出現(xiàn)超欠挖現(xiàn)象，尤其在軟巖地段爆破施工時(shí),超挖現(xiàn)象更為嚴(yán)重。2.2.1炸藥品種及裝藥結(jié)構(gòu)炸藥與巖石阻抗不匹配,猛度過大對(duì)炮孔壁產(chǎn)生過量破壞;裝藥結(jié)構(gòu)或線裝藥 密度不合理也常常會(huì)造成對(duì)炮孔壁的局部或整體超爆破壞。2.2.2爆破設(shè)計(jì)不當(dāng)周邊眼布置及周邊眼舊與圈眼(W)的相對(duì)距(E/W )大了則可能產(chǎn)生欠挖,小 了則可能產(chǎn)生超挖。同時(shí)，普通爆破相對(duì)于控制爆破，超挖比大。施工操作產(chǎn)生的超欠挖主

6、要表現(xiàn)在：不放輪廓線、不準(zhǔn)確放輪廓線、錯(cuò)誤布 置輪廓線和鉆孔位置；放樣中線和標(biāo)高相對(duì)設(shè)計(jì)值的偏移；施鉆人員技術(shù)不精或 不認(rèn)真;鉆孔定位或鉆進(jìn)角度偏差控制不好；少打眼以及試圖爭(zhēng)取縮短鉆眼時(shí)間， 擅自減少鉆孔深度;采用過多裝藥量;手持風(fēng)鉆施鉆時(shí)工作平臺(tái)高度不夠而使鉆孔 向上偏斜過大等。2.4圍巖類別影響分析地質(zhì)是客觀條件，它是確定爆破參數(shù)的基本依據(jù)。圍巖巖性（主要包括巖石 的物理、力學(xué)特征等）、巖石結(jié)構(gòu)（主要包括巖石成因演變過程特性，如節(jié)理裂隙等） 對(duì)隧道施工超欠挖影響較大，據(jù)有關(guān)研究，如果隧道方向垂直于巖層走向，巖石整 體破裂，超挖最多為16%;但當(dāng)平行巖層走向時(shí)，則可能達(dá)40%。如遇軟弱圍巖、

7、坍 方或完整性差的地質(zhì)情況，更易產(chǎn)生超挖。2.5施工管理影響分析從以上諸多因素分析中看出，在隧道工程中,除地質(zhì)及設(shè)備構(gòu)造等客觀因素外, 其余均可憑人的主觀能動(dòng)性隨機(jī)控制或改變。而這種隨機(jī)控制或改變的前提即在 于對(duì)技術(shù)的嚴(yán)肅性和施工的精確性兩方面的重視程度。兩者效果的良莠即可反應(yīng) 出施工管理水平的高低。3控制超欠挖的措施3.1實(shí)施“新奧法”技術(shù)，改變“寧超勿欠”的傳統(tǒng)觀念“新奧法”的基本原則“控制爆破、及時(shí)支護(hù)、監(jiān)控量測(cè)”等與隧道超欠挖 的控制直接相關(guān)，“控制爆破”是隧道超欠挖控制的要點(diǎn)，不但使鉆孔質(zhì)量提高， 炮孔誤差減少，隧道開挖輪廓線成型質(zhì)量提高,而且可基本消除爆破對(duì)圍巖的撓動(dòng) 破壞影響?！?/p>

8、及時(shí)支護(hù)”可以及早封閉圍巖，避免隧道圍巖應(yīng)力的過度釋放，從而 避免隧道圍巖節(jié)理性坍塌,形成過大的超挖量。同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)施工中,應(yīng)改變“寧超 勿欠”的傳統(tǒng)觀念，樹立“少超少欠”的觀點(diǎn),在規(guī)容許的圍，允許一定程度的欠 挖，避免開挖輪廓線的無謂擴(kuò)大,而使超挖得以減少。3.2優(yōu)化每循環(huán)進(jìn)尺，合理確定炮眼深度炮眼深度的確定主要受隧道地質(zhì)條件、施工組織能力、單循環(huán)作業(yè)時(shí)間、裝 碴機(jī)械及能力、工期及進(jìn)度要求等的制約。深孔鉆爆，雖然能獲得較好的施工進(jìn) 度，但由于受鉆孔傾斜率的影響，降低了炮眼利用率，增大了炸藥消耗量，循環(huán)時(shí)間 會(huì)加長，超挖值也會(huì)增大;減少炮眼深度就能減少外插角造成的超挖，如果炮眼深 度由4m減少

9、到2m,可以使平均超挖值減少50%。因此，無論是從超挖值還是從 總體綜合效應(yīng)，在選擇鉆孔深度時(shí)要統(tǒng)籌考慮，優(yōu)化每循環(huán)進(jìn)尺，以獲得最佳的施 工進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益。3.3提高裝藥質(zhì)量和爆破技術(shù)超挖造成浪費(fèi)，欠挖處理極為困難。隧道施工中,要充分運(yùn)用光面爆破、預(yù)裂 爆破和等差毫秒技術(shù)，精心進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì)，合理選擇鉆爆參數(shù)，提高裝藥質(zhì)量。從實(shí) 施光面爆破控制超欠挖出發(fā)，選擇與巖石阻抗系數(shù)相匹配或相接近的炸藥品種，周 邊眼可采用間隔裝藥方式，增加炮孔的線裝藥高度，改善爆渣塊度,提高炮痕保存 率。必要時(shí)可以采用紅線爆破3.4提高測(cè)量技術(shù)，減少預(yù)留誤差，控制人為超挖測(cè)量是控制超挖的基礎(chǔ),提高測(cè)量精度，提高畫線精度是

10、控制隧道超欠挖的重 要措施。施工中,要盡可能采用高精儀器和先進(jìn)的測(cè)量手段，經(jīng)常調(diào)試校核儀器， 并將開挖輪廓線即設(shè)計(jì)輪廓線放樣于掌子面上，以降低或取消預(yù)留和放樣誤差，減 少人為超挖現(xiàn)象。放好，放準(zhǔn)確線，是確保周邊眼打好的基礎(chǔ)，同時(shí)在初期支護(hù) 完成后，及時(shí)的進(jìn)行斷面掃描，為下次的開挖，放線提供數(shù)據(jù)參考。3.5加強(qiáng)人員培訓(xùn)，提高鉆孔精度提高鉆孔精度是防止超欠挖的最重要措施，為了使超欠挖值限制在最小圍，必 須加強(qiáng)對(duì)司鉆人員的培訓(xùn)，使他們熟練掌握鉆孔技術(shù)，做到按操作細(xì)則、設(shè)計(jì)要求 和布置的孔位施鉆,確保達(dá)到規(guī)定的孔位、孔深、傾斜度等。采用臺(tái)車鉆孔要實(shí) 行定人、定鉆、定眼，保證鉆臂推進(jìn)器水平,推力均勻適當(dāng)

11、。同時(shí)要嚴(yán)格工序間的 檢查和監(jiān)督,堅(jiān)持按圖驗(yàn)收，不合格的堅(jiān)決重打，以提高總體勞動(dòng)成效和管理水平。 3.6強(qiáng)化管理人員的科學(xué)意識(shí)，建立嚴(yán)格的施工管理制度對(duì)一項(xiàng)工程綜合評(píng)價(jià)的基本標(biāo)準(zhǔn)包括工程量與總工時(shí)之比最小、總勞材耗費(fèi) 指標(biāo)最低、質(zhì)量優(yōu)良、無安全事故四個(gè)方面。因此，施管人員必須樹立科學(xué)的觀 點(diǎn)，強(qiáng)化施工管理，措施上加大對(duì)施工質(zhì)量監(jiān)督與質(zhì)量檢查力度，組織上嚴(yán)格認(rèn)真， 行動(dòng)上齊抓共管。對(duì)測(cè)量、鉆眼和爆破設(shè)計(jì)，要有措施，有操作細(xì)則、有制度、有 檢查辦法，把各項(xiàng)工作落到實(shí)處，只有這樣，才能做到控制隧道超挖、降低施工成 本。4處理超欠挖的措施在這里以白水灘為例，原設(shè)計(jì)的III級(jí)圍巖，因洞滲水嚴(yán)重，圍巖強(qiáng)度

12、較高， 但由于圍巖尚有豎向節(jié)理，整體性差，隧道掘進(jìn)時(shí)超欠挖現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，施工時(shí) 常有巨大石塊掉落，為保證施工安全，在圍巖尚未變更的情況下加設(shè)鋼架，采取 IV級(jí)圍巖支護(hù)初期支護(hù)。結(jié)合實(shí)際施工處理超欠挖的經(jīng)驗(yàn)，論述如下。4.1超挖處理在該隧道段掘進(jìn)中，超挖程度為0cm80cm不等，根據(jù)超挖程度不同，采 取對(duì)應(yīng)處理措施。當(dāng)隧道超挖超過10cm以上，首先對(duì)其部位初噴素混凝土，然后根據(jù)其超挖程度確定是否要加設(shè)額外鋼架或者鋼筋網(wǎng)片。4.1.1加設(shè)異形鋼架對(duì)超挖部位超過30cm以上（單位鋼架間距面積1m2以上）的，先按照IV 級(jí)圍巖初期支護(hù)加工鋼架并架立，再對(duì)超挖部位加設(shè)異形鋼架，附加鋼筋網(wǎng)片。 采用砂漿錨

13、桿（長度可取系統(tǒng)錨桿設(shè)計(jì)長度的1/2）將異形鋼架錨固在超挖部位， 同時(shí)其兩端焊接到主鋼架上，立即噴射纖維混凝土形成穩(wěn)固的整體，防止處理部 位無受力點(diǎn)。示意圖如圖1所示。圖1加設(shè)異形鋼支護(hù)示意圖1-初噴混凝土； 2-主鋼架（格柵鋼架）；3-中空錨桿；4-異形鋼架（110工字鋼）；5-附加錨桿；6-附加鋼筋網(wǎng)片；7-鋼筋網(wǎng)片4.1.2加設(shè)鋼架網(wǎng)片對(duì)于超挖深度為1030cm （單位鋼架間距面積1m2以下）的，可對(duì)其掛網(wǎng) 噴漿，同上，錨桿頭做L形彎頭，以便與鋼架（或鋼筋網(wǎng)片）連接，可靠受力。當(dāng)隧道超挖小于10cm的，可初噴后，按照未超挖處理，隧道整體支護(hù)后， 噴射纖維混凝土。隧道超挖必須及時(shí)處理，防止

14、初期支護(hù)背后出現(xiàn)空洞，影響施工安全及質(zhì)量。4.2欠挖處理隧道欠挖是由兩種情況造成，一是光爆效果不好，二是沉降變形。針對(duì)光爆 效果不好的，可進(jìn)行補(bǔ)炮或者人工機(jī)械鑿除處理 4.2.1補(bǔ)炮對(duì)于大面積、嚴(yán)重欠挖的部位（欠30cm以上），可對(duì)欠挖部位施作小炮眼， 弱爆破處理，以免減少對(duì)其他合格成型部位的擾動(dòng)； 4.2.2人工機(jī)械鑿除對(duì)于小面積、輕微超挖的部位（欠30cm以下），可對(duì)欠挖部位根據(jù)圍巖情 況做處理，一般來說，當(dāng)圍巖較軟（V級(jí)圍巖）時(shí)，可采用挖掘機(jī)直接摳除，當(dāng) 圍巖較硬（lll、IV級(jí)圍巖）時(shí)，可采取人工鉆孔以形成“支離破碎”情況，機(jī)械 輔助排除。當(dāng)初期支護(hù)形成后，在監(jiān)控量測(cè)過程中，發(fā)現(xiàn)由于沉降等引起的變形，影響 二次襯砌施工標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)對(duì)其處理。4.2.3人工鑿除對(duì)于發(fā)現(xiàn)局部變形輕微（5cm ）時(shí)，可根據(jù)情況人工鑿除初支混凝土， 但不能拆除原有初支鋼架或者鋼筋網(wǎng)片。4.2.4返工發(fā)現(xiàn)大面積嚴(yán)重變形欠挖（25 cm ）時(shí)，可對(duì)欠挖部位返工，以確保二次 襯砌混凝土厚度，防止襯砌斷面侵限。5結(jié)束語防止或減少隧道超欠挖是所有隧道