隧道爆破掘进超欠挖原因分析及控制措施

隧道爆破掘进超欠挖原因分析及控制措施

李明

中铁七局集团第三工程有限公司，陕西省 西安市 710000

摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，隧道工程建设越来越多。隧道超欠挖是影响施工质量和施工效率的主要因素，严重时会对隧道稳定性产生影响。分析钻孔精度造成隧道超欠挖的原因，设计一种新型隧道超欠挖控制装置。利用该装置及通过设定的程序控制钻杆的钻进方向，提高开挖设备的钻孔精度，从而达到有效控制超欠挖的目的。本文首先分析隧底超欠挖影响因素，其次探讨超欠挖控制，最后就隧道掘进水压爆破新阶段优势进行研究，以供参考。

关键词：隧道掘进；爆破掘进；超欠挖

引言

如今，我国隧道工程建设规模日益增大，在对长大隧道进行施工时，大多采用钻爆法。而由于受到地质条件和爆破工艺等因素的影响，爆破完成后经常发生超挖或欠挖的情况，亟需在明确超挖与欠挖产生原因的基础上，探究有效的控制措施。

1隧底超欠挖影响因素

综合分析隧底开挖超欠挖形成原因，总结了影响隧底超欠挖的因素及控制措施主要有：（1）钻爆设计：合理选取孔排距及单耗量，施工过程严格按钻爆设计进行施工。（2）地质围岩情况：地质情况及围岩是随着开挖而发生变化的，其中主要是围岩节理裂隙的变化。在现场实际施工中，应根据围岩的完整性、岩性等调整钻眼方位和角度，适当调整周边孔的爆破参数。（3）施工测量：确保测量精度，并通过正确的方法来保证隧道中线、标高及开挖轮廓线位置的准确，减少对超欠挖的影响。（4）钻孔精度：司钻过程中主要依赖司钻工技能操作水平、司钻设备以及过程检查监督等手段进行控制，确保钻孔倾角以及开孔位置满足现场需求。以上影响因素中，钻爆设计、地质围岩情况及施工测量大多可通过过程控制、实时调整，从而减少人为因素的影响。但是实际施工中影响隧底开挖一次成型超挖率的主要问题是钻孔倾角控制不到位，底板眼间距偏差大。但是对于钻孔精度控制，除了人员操作，根本问题还是受司钻设备影响，这也就是采用传统司钻方式所带来的弊端。因此司钻设备的改良优化是控制隧底超欠挖的关键。以下主要从采用传统司钻设备产生超欠挖的原因分析及设备改良优化进行说明。

2超欠挖控制

2.1运用的基本流程与原理

（1）运用流程。与传统的爆破施工技术相比，最大的区别在于增加了水袋、炮泥的加工制作及其安装环节。（2）基本原理。水压爆破技术是向孔内部注入一定量的水分，通过利用特殊制作的炮泥对孔口进行回填堵塞。通过在孔洞中添加水分，炸药爆破中产生的能量可以利用水作为载体进行传播，不仅可以增加能量向远处传播的距离，还可以确保能量在传播过程中不至于出现过多的损失。爆炸过程中产生的冲击波会对孔内的气体进行压缩，进而作用在水上，使水产生“水楔”效应，进一步加大爆炸过程对周围岩石的冲击作用，提升爆破效果。最后，孔内的水分还能达到除尘效果，降低爆破对环境造成的污染。（3）水压爆破技术主要以水作为爆破介质，水与空气相比较几乎不可压缩，导致爆炸产物的膨胀速度相对较慢，最终产生的爆破效果和作用与普通爆破方式相比较强度要大很多，并且爆破产生的冲击波持续时间也相对更长。水压爆破技术还可以对爆破冲击力的方向进行优化控制，降低爆破过程对孔壁岩面的冲击，提升隧道掘进的质量。

2.2管理控制

超欠挖控制是一个不断改进的过程，基于此，必须设立专门的机构与人员，并引入完善的考核机制与奖惩机制，加强全体作业人员技术交底与培训教育。在爆破设计结束以后，应立即为作业人员交底，使其明确施工要点及要求。另外，通过对整个施工过程的管理，保证超欠挖控制有效性。

2.3“不超不欠”

将风枪尽量贴地放置，人员匍匐至地上进行司钻，基本能达到良好的超欠挖效果，但此种开挖方法很费司钻人员体力，同时也不同程度地影响施工效率。在现场试验中，只有极少数工人能坚持钻完一个孔位，证明这种方法也不可取。

2.4爆破中的安全控制

爆破属于非常危险的工种，必须采取严格的措施确保爆破过程的安全性：①开展爆破施工时必须按要求设置安全警戒线，整个爆破期间除必要的工作人员以外，闲杂人等禁止进入警戒线内；②对整个施工流程进行严格控制，在钻孔的同时不得进行装药操作，也禁止在残孔中继续进行钻孔并装药操作；③在对爆破工艺参数进行设计时必须充分考虑施工环境，结合围岩基本属性开展爆破设计工作；④隧道掘进施工过程中，要不间断地对围岩变形情况进行监测，并基于监测结果对水压爆破施工技术参数进行合理调整，确保水压爆破施工过程的安全性；⑤对爆破施工人员开展思想教育和技术水平培训工作，确保相关人员具有高度的责任心和过硬的技术水平，施工期间严格按照相关规范操作开展工作；⑥严格按照规范标准使用爆破预警信号。

2.5严格遵循下列各项基本原则

①辅助坑道的功能不能发生变化或向优势方向发生变化；②尽可能减少实物的实际工程量；③对隧道施工时产生的有毒有害气体排放有利，能最大程度保证隧道施工安全；④尽可能减少材料及机具设备的运输距离；⑤合理使用洞口场地；⑥适当增加两个洞口之间的距离，保证另一个洞口在爆炸等极端条件下的安全性。在综合考虑上述各项原则的前提下，从以上不同方案中选出最佳方案。

2.6调平层混凝土节省情况

隧底超欠挖带来的直接影响就是在隧道调平层施工时所用混凝土方量的超方。隧底开挖的后续工序为调平层施工，在调平层施工前，需清理干净该段隧底虚渣，同时在浇筑过程中严控调平层标高，以确保调平层所用混凝土方量能如实反映隧底开挖超欠挖情况。通过以上分析，在一定条件下，可以选取调平层混凝土超方量作为隧底开挖超欠挖考核指标。

2.7严格遵循下列各项基本原则

①辅助坑道的功能不能发生变化或向优势方向发生变化；②尽可能减少实物的实际工程量；③对隧道施工时产生的有毒有害气体排放有利，能最大程度保证隧道施工安全；④尽可能减少材料及机具设备的运输距离；⑤合理使用洞口场地；⑥适当增加两个洞口之间的距离，保证另一个洞口在爆炸等极端条件下的安全性。在综合考虑上述各项原则的前提下，从以上不同方案中选出最佳方案。

3隧道掘进水压爆破新阶段优势

隧道掘进水压爆破新阶段比其第一、二阶段优势体现如下:一是不用炮泥回填堵塞改用水袋，在山岭地区不要说找黏土，就是找土都困难;加工炮泥费工费时，还要当天加工当天用;炮眼回填炮泥费时。新阶段不要炮泥，减轻了钻爆作业人员的工作量。二是水袋长20cm改为60cm，这样加工水袋和往炮眼装填更方便快捷，再加上不需要炮泥回填堵塞，缩短往炮眼装填水袋和药卷时间。三是在允许使用非电雷管的前提下，光爆炮眼与导爆索不同，不但降低了起爆器材费用，而且装药快还避免出现哑炮，保证安全施工。四是由于炮眼底部装60cm长水袋再加上不用炮泥回填堵塞，降尘效果比水压爆破第一、二阶段会更好，有力地改善隧道作业环境，保护作业人员身体健康。

结语

综上所述，超欠挖是隧道爆破掘进施工常见问题，针对该问题，需在明确其产生原因的基础上，采用针对性措施加以控制，影响超欠挖的主要因素为爆破参数、施工工艺和现场管理，通过对这三方面的严格控制，使隧爆破掘进完成后的超欠挖始终处在允许范围内。

参考文献

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[2]杨波，赵军，周明聪，等.隧道爆破掘进超欠挖原因分析及控制措施[J].化工矿物与加工，2021（1）：5-9.

[3]王圣涛，潘强，郑爽英，等.光面爆破在广州地铁隧道21号线中的应用[J].工程爆破，2019（4）：26-31.