公路隧道超挖原因分析-及预防、控制措施

111385111公路隧道超挖原因分析及预防、控制措施江浙工程处王杰先[摘要]本文对公路隧道开挖中的超欠原因做了详细分析，并结合施工谈了解决超欠挖的预防和控制措施，对公路隧道施工可提供一定的参考价值。[关键词]隧道超挖分析预防控制1前言隧着高速公路的大量修建，尤其山区高速公路隧道数量越来越多，规模也越来越大，在大断面的隧道施工中使用机械化程度也越来越高，但钻爆法在隧道开挖中仍然具有不可替代的地位。由于隧道施工中遇到的岩体较多，地质条件相对复杂，开挖技术的不同使岩受到的破坏程度也不同，不良的施工方法常造成较严重超欠挖现象的产生。超欠挖问题是目前隧道开挖中普通存在的问题，塌方事故或超欠挖现象发生，直接影响施工工期，有的甚至影响人身安全（目前，由于塌方出现的人员伤亡情况较多），并需回填大量混凝土。因此分析其产生的原因并加以预防和采取有效控制措施是十分迫切和需要的。本人就结合近几年组织施工的几座隧道所做出的一些工作，谈谈一些看法和建议供大家参考。2公路隧道超挖原因分析公路隧道超欠挖是指已设计的隧道开挖轮廓线为基准线，实际开挖获得的断面在基准线以外的部分称为超挖，在基准线以内的部分则称为欠挖。超欠挖通常是由于岩体结构面和开111386111挖临空面的不同组合产生，在隧道开挖过程中，爆破开挖将引起关键块体优势面的抗剪强度小于其滑力时，关键块体就会塌滑或塌落，形成超欠挖。通过对我们已经完成的金丽温高速公路隧道和正在施工的诸永高速公路隧道超欠挖情况调查对超欠挖产生的原因进行分析，得出超欠挖的引起主要受岩体地质条件及开挖施工两大因素影响。2.1岩体工程地质条件影响在爆破开挖过程中，节理特征是影响超欠挖的一个主要因素，这其中包括节理的方位、间距、节理的填充物、岩体的强度以及地应力条件等。2.1.1节理的产状：与隧洞开挖边界相关的节理的产状是在爆破开挖过程中影响的主要因素之一。当节理或断层的走向与隧洞的轴线接近垂直时，其对超欠挖的影响较小，而当节理的走向近乎平行于隧洞的轴线时，对超欠挖的影响较大。当节理走向与隧洞的开挖建议线接近平行进，开挖时岩体将沿节理破裂，而不会沿着原设计的边界线破裂，两组节理的组合将会增大超挖现象的机会，在三组或更多组节理的组合下，这种现象将会增加的更强。当岩层近水平方向上成层发育，而节理垂直发育时，大方量的超欠挖将会在隧洞开挖过程中出现。水平方向的节理将使隧洞顶部变得比较平，倾斜的地层或节理可以改变隧洞的开挖边界的形状，使得隧洞不能形成对称的形状，这样可能造成大方量的超欠挖现象的出现。2.1.2节理间距：节理的间距与岩体超欠挖密切相关，对节理比较密集的岩体进行开挖要通过爆破的方式，同时不出现超欠挖现象是十分困难的，而大块的岩块则比较容易产生大方量的超挖，同时岩体稳定性也取决于有多少组软弱结构面的出现。1113871112.1.3粘土充填物：充填于节理或断面层的粘土对隧道边墙的稳定性是十分不利的，通过爆破使较完整的岩体破裂所需的能量要超过夹层的充填材料所需要的能量，因此在爆破设计时就要充分考虑软弱夹层中充填物对超挖的影响。2.1.4岩体的强度：在一定的条件下，岩体的强度可能成为影响超欠挖方量的重要因素。一般说来，岩体的强度越高，越有可能造成岩体的超挖现象，与节理强度相比岩体完整性是决定超欠挖的主要因素。2.1.5地应力的影响：地应力的方向和主应力比的大小也是影响超挖的主要因素，特别是地应力的大小接近节理化岩体的强度时，其影响更为显著。2.2开挖方法影响公路隧道超欠挖除了岩体工程地质条件影响外也可能是由于不良的爆破设计和不当的开挖方法造成的，尤其是洞壁的不良设计更可能造成超欠挖，但是隧道中心部分的爆破也可能造成周边围岩的破坏，尽管影响范围较小，往往一个比较好的设计由于不好的施工方式也可能造成超欠挖现象。目前，大量的超挖是由于爆破孔的布置方式或者是由于爆破孔未及时按顺序引爆造成的。在隧道爆破过程中爆破能量越大，超挖产生的可能性越大，高速、高强度、高密度的爆破方式都能导致岩体的破坏。通常情况下，爆破的强度系数是影响超欠挖的重要参数，高强度系数可能导致超控，低强度系数导致欠挖。综上所述，隧道超挖是由施工方法与岩体地质条件主、客观因素共同作用的结果。因此，在隧道施工过程中，应从客观实际出发，针对不同的岩体地质条件，采用不同的开挖施工方案并加强施工工艺的控制，就能最大限度减少人为因素造成的超挖。1113881113超欠挖预防及控制措施根据隧道开挖中的超欠挖产生的原因分析，我们可以在预防和控制措施上寻求有效的办法，减少超欠挖的产生。3.1预防措施3.1.1测量放样要及时准确，杜绝用罗盘、半圆放样定向。3.1.2加强工作面及附近的通风和照明，使作业人员很容易就能将中腰线透视到工作面上。3.1.3每次打眼前都要用红漆标好隧道的轮廓线。3.1.4周边眼孔打在隧道轮廓线上，作业时要有指挥人员，如果方向偏斜，应及时予以纠正。3.1.5根据围岩地质条件，及时调整控爆眼的爆破参数。3.1.6采用隧道断面仪及时对开挖断面进行量测，反馈给开挖人员。3.2控制措施3.2.1提高测量技术，减少预留误差，控制人为超挖测量是控制超挖的基础，提高测量技术是控制隧道超欠挖主要措施之一。在施工中，要利用现代化、高精密仪器和先进测量手段进行测量，贯通误差控制在10cm以下，预留测量误差减少到1~2cm以满足施工要求。提高测量工作精度，提高画线精度是十分重要的。施工中要坚持推广使用激光指向，控制中线水平，将开挖轮廓线放样于掌子面上。在已开挖段的隧道周边轮廓线的拱顶、两侧拱111389111脚各安装一台激光指向仪，并经常调试校核，通过激光点在掌子面上的投影点来控制轮廓线，画出轮廓线即为设计轮廓线，这样，即可取消5cm的预留放样误差，减少人为超挖现象。3.2.2提高钻孔技术水平提高钻孔精度是防止超欠挖最重要的措施。使超欠挖限制在最小范围内，必须对司钻人员进行培训，使他们熟练掌握钻孔技术。司钻工必须按操作细则和设计要求、布置的孔位进行施钻。要保证规定的孔位、孔深、倾斜度等。台车钻孔，实行定人、定钻、定眼，台车台身轴线和线路中线重合平行，保证钻臂推进器水平，推力均匀适当。钻好的炮眼应按图验收，不合格重打。3.2.3合理确定钻眼深度在开挖作业中，实行工序循环制，为了减少工序时间和工期要求，在岩质较好的情况下可采用4~5m深孔钻爆，以获得较好的施工进度。但由于钻孔倾斜影响，降低炮眼利用率，炸药消耗量也增大，循环时间也会增长。如果炮眼深度由5m减到2.5m，可以使平均线性超挖值减到9cm以内，因此，减少炮眼深度以期减少外插角造成的超挖是一个有效的措施。合理炮眼深度的确定受如下因素制约：（a）隧道地质条件；（b）施工组织能力；（c）单循环作业时间；（d）装渣机械及运输能力；（e）工期及进度要求等。在钻孔深度时要等统筹考虑，以获得最佳的工程进度和经济效益。3.2.4提高装药质量和爆破技术，减少超欠挖在隧道爆破施工中要积极应用光面爆破、预裂爆破和等差毫秒技术。精心地进行钻爆设计，合理地选择钻孔参数提高装药质量，爆破后，要进行轮廓断面测量检查，找出各处超欠111390111挖值，并及时反馈到施工中去，根据地质条件和爆破效果变更设计，以达到减少超欠挖的目的。在软弱岩层施工时，围岩自稳能力差，由于爆破扰动，极易造成超挖。如果爆破设计不当，会造成大量坍塌，因此要提高软岩爆破技术以减少超挖，超挖造成浪费，欠挖处理极为困难，反对“宁欠勿超”和“宁超勿欠”的思路，树立“少欠少超”的观念。3.2.5严格控制施工误差在隧道开挖中一般要考虑施工误差，根据采用的板台车的类型，对开挖断面的扩大要认真考虑，现场采用不能调整的台车进行衬砌，模板台车内净空为标准隧道设计断面，仅放大开挖断面没有意义；但考虑人工测量误差难免，可预留3~5cm，但考虑到周边眼外插角，按4m炮眼深度计算就要造成平均线性超挖达10cm，相当于断面放大尺寸，断面如向外增大一环，造成超挖工程量（挖、运、填、砌）会增加更多，所以不必顶留放大尺寸。3.2.6加强现场施工管理和组织，实现减少超欠挖目的良好的施工管理和组织，对减少超欠挖具有十分现实的意义。在控制隧道超欠控中，建立一个比较完善、系统的质量保证体系，对作业全过程及相关因素实行严格科学的管理是非常重要和必要的。现场管理工作与组织主要指人员组织、作业安排、技术交底、指导，质量检测，反馈以及相就应规章、技术标准的制定等来保证技术的实施。对测量、钻眼和爆破设计，要有措施，有操作细则，有制度，岗位责任到人，有检查办法，有奖惩办法，要指定专人抓这项工作，使之形成岗位制度，抓出成效。4结语公路隧道开挖中的超欠挖问题是一个较为普遍的问题，它对隧道施工速度和成本、安全111391111有不容忽视的影响，加强超欠挖的研究和预防是一个急待解决的重要问题，这对于提高施工质量、加快施工速度、保证施工安全、节省工程投资具有特别重要的经济和社会效益。施工中在结合地质条件的前提下，通过提高测量技术、钻孔技术水平、合理确定钻眼深度和爆破参数、减少施工误差、加强现场施工管理和组织等措施可以实现减少超欠挖的目的。参考文献:[1]隧道工程施工要点集，关树宝，北京，人民交通出版社，2003.1[2]隧道施工及组织管理指南，吴焕通、崔永军，北京，人民交通出版社，2005.1[3]隧道围岩分类及超挖预测与评价研究，河海大学、金丽温高速公路永鹿段工程建设指挥部，2005.3