公路隧道超挖原因分析及預(yù)防、控制措施

1、PAGE 111PAGE 391111公路隧道超挖原因分析及預(yù)防、控制措施江浙工程處 王杰先摘 要 本文對(duì)公路隧道開挖中的超欠原因做了詳細(xì)分析，并結(jié)合施工談了解決超欠挖的預(yù)防和控制措施，對(duì)公路隧道施工可提供一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞 隧道 超挖 分析 預(yù)防 控制 1 前言隧著高速公路的大量修建，尤其山區(qū)高速公路隧道數(shù)量越來越多，規(guī)模也越來越大，在大斷面的隧道施工中使用機(jī)械化程度也越來越高，但鉆爆法在隧道開挖中仍然具有不可替代的地位。由于隧道施工中遇到的巖體較多，地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，開挖技術(shù)的不同使巖受到的破壞程度也不同，不良的施工方法常造成較嚴(yán)重超欠挖現(xiàn)象的產(chǎn)生。超欠挖問題是目前隧道開挖中普通存在的

2、問題，塌方事故或超欠挖現(xiàn)象發(fā)生，直接影響施工工期，有的甚至影響人身安全（目前，由于塌方出現(xiàn)的人員傷亡情況較多），并需回填大量混凝土。因此分析其產(chǎn)生的原因并加以預(yù)防和采取有效控制措施是十分迫切和需要的。本人就結(jié)合近幾年組織施工的幾座隧道所做出的一些工作，談?wù)勔恍┛捶ê徒ㄗh供大家參考。2 公路隧道超挖原因分析公路隧道超欠挖是指已設(shè)計(jì)的隧道開挖輪廓線為基準(zhǔn)線，實(shí)際開挖獲得的斷面在基準(zhǔn)線以外的部分稱為超挖，在基準(zhǔn)線以內(nèi)的部分則稱為欠挖。超欠挖通常是由于巖體結(jié)構(gòu)面和開挖臨空面的不同組合產(chǎn)生，在隧道開挖過程中，爆破開挖將引起關(guān)鍵塊體優(yōu)勢(shì)面的抗剪強(qiáng)度小于其滑力時(shí)，關(guān)鍵塊體就會(huì)塌滑或塌落，形成超欠挖。通過對(duì)我

3、們已經(jīng)完成的金麗溫高速公路隧道和正在施工的諸永高速公路隧道超欠挖情況調(diào)查對(duì)超欠挖產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，得出超欠挖的引起主要受巖體地質(zhì)條件及開挖施工兩大因素影響。2.1巖體工程地質(zhì)條件影響在爆破開挖過程中，節(jié)理特征是影響超欠挖的一個(gè)主要因素，這其中包括節(jié)理的方位、間距、節(jié)理的填充物、巖體的強(qiáng)度以及地應(yīng)力條件等。2.1.1節(jié)理的產(chǎn)狀：與隧洞開挖邊界相關(guān)的節(jié)理的產(chǎn)狀是在爆破開挖過程中影響的主要因素之一。當(dāng)節(jié)理或斷層的走向與隧洞的軸線接近垂直時(shí)，其對(duì)超欠挖的影響較小，而當(dāng)節(jié)理的走向近乎平行于隧洞的軸線時(shí)，對(duì)超欠挖的影響較大。當(dāng)節(jié)理走向與隧洞的開挖建議線接近平行進(jìn)，開挖時(shí)巖體將沿節(jié)理破裂，而不會(huì)沿著原設(shè)計(jì)

4、的邊界線破裂，兩組節(jié)理的組合將會(huì)增大超挖現(xiàn)象的機(jī)會(huì)，在三組或更多組節(jié)理的組合下，這種現(xiàn)象將會(huì)增加的更強(qiáng)。當(dāng)巖層近水平方向上成層發(fā)育，而節(jié)理垂直發(fā)育時(shí)，大方量的超欠挖將會(huì)在隧洞開挖過程中出現(xiàn)。水平方向的節(jié)理將使隧洞頂部變得比較平，傾斜的地層或節(jié)理可以改變隧洞的開挖邊界的形狀，使得隧洞不能形成對(duì)稱的形狀，這樣可能造成大方量的超欠挖現(xiàn)象的出現(xiàn)。2.1.2節(jié)理間距：節(jié)理的間距與巖體超欠挖密切相關(guān)，對(duì)節(jié)理比較密集的巖體進(jìn)行開挖要通過爆破的方式，同時(shí)不出現(xiàn)超欠挖現(xiàn)象是十分困難的，而大塊的巖塊則比較容易產(chǎn)生大方量的超挖，同時(shí)巖體穩(wěn)定性也取決于有多少組軟弱結(jié)構(gòu)面的出現(xiàn)。2.1.3粘土充填物：充填于節(jié)理或斷面層

5、的粘土對(duì)隧道邊墻的穩(wěn)定性是十分不利的，通過爆破使較完整的巖體破裂所需的能量要超過夾層的充填材料所需要的能量，因此在爆破設(shè)計(jì)時(shí)就要充分考慮軟弱夾層中充填物對(duì)超挖的影響。2.1.4巖體的強(qiáng)度：在一定的條件下，巖體的強(qiáng)度可能成為影響超欠挖方量的重要因素。一般說來，巖體的強(qiáng)度越高，越有可能造成巖體的超挖現(xiàn)象，與節(jié)理強(qiáng)度相比巖體完整性是決定超欠挖的主要因素。2.1.5地應(yīng)力的影響：地應(yīng)力的方向和主應(yīng)力比的大小也是影響超挖的主要因素，特別是地應(yīng)力的大小接近節(jié)理化巖體的強(qiáng)度時(shí)，其影響更為顯著。2.2開挖方法影響公路隧道超欠挖除了巖體工程地質(zhì)條件影響外也可能是由于不良的爆破設(shè)計(jì)和不當(dāng)?shù)拈_挖方法造成的，尤其是洞

6、壁的不良設(shè)計(jì)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邊圍巖的破壞，盡管影響范圍較小，往往一個(gè)比較好的設(shè)計(jì)由于不好的施工方式也可能造成超欠挖現(xiàn)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時(shí)按順序引爆造成的。在隧道爆破過程中爆破能量越大，超挖產(chǎn)生的可能性越大，高速、高強(qiáng)度、高密度的爆破方式都能導(dǎo)致巖體的破壞。通常情況下，爆破的強(qiáng)度系數(shù)是影響超欠挖的重要參數(shù)，高強(qiáng)度系數(shù)可能導(dǎo)致超控，低強(qiáng)度系數(shù)導(dǎo)致欠挖。綜上所述，隧道超挖是由施工方法與巖體地質(zhì)條件主、客觀因素共同作用的結(jié)果。因此，在隧道施工過程中，應(yīng)從客觀實(shí)際出發(fā)，針對(duì)不同的巖體地質(zhì)條件，采用不同的開挖施工方案并加強(qiáng)施工

7、工藝的控制，就能最大限度減少人為因素造成的超挖。3 超欠挖預(yù)防及控制措施根據(jù)隧道開挖中的超欠挖產(chǎn)生的原因分析，我們可以在預(yù)防和控制措施上尋求有效的辦法，減少超欠挖的產(chǎn)生。3.1預(yù)防措施3.1.1測(cè)量放樣要及時(shí)準(zhǔn)確，杜絕用羅盤、半圓放樣定向。 3.1.2加強(qiáng)工作面及附近的通風(fēng)和照明，使作業(yè)人員很容易就能將中腰線透視到工作面上。 3.1.3每次打眼前都要用紅漆標(biāo)好隧道的輪廓線。 3.1.4周邊眼孔打在隧道輪廓線上，作業(yè)時(shí)要有指揮人員，如果方向偏斜，應(yīng)及時(shí)予以糾正。 3.1.5根據(jù)圍巖地質(zhì)條件，及時(shí)調(diào)整控爆眼的爆破參數(shù)。 3.1.6采用隧道斷面儀及時(shí)對(duì)開挖斷面進(jìn)行量測(cè)，反饋給開挖人員。 3.2控制措

8、施3.2.1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)量技術(shù)是控制隧道超欠挖主要措施之一。在施工中，要利用現(xiàn)代化、高精密儀器和先進(jìn)測(cè)量手段進(jìn)行測(cè)量，貫通誤差控制在10cm 以下，預(yù)留測(cè)量誤差減少到12cm以滿足施工要求。 提高測(cè)量工作精度，提高畫線精度是十分重要的。施工中要堅(jiān)持推廣使用激光指向，控制中線水平，將開挖輪廓線放樣于掌子面上。在已開挖段的隧道周邊輪廓線的拱頂、兩側(cè)拱腳各安裝一臺(tái)激光指向儀，并經(jīng)常調(diào)試校核，通過激光點(diǎn)在掌子面上的投影點(diǎn)來控制輪廓線，畫出輪廓線即為設(shè)計(jì)輪廓線，這樣，即可取消5cm的預(yù)留放樣誤差，減少人為超挖現(xiàn)象。 3.2.2提高鉆孔技術(shù)水平提高鉆

9、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圍內(nèi)，必須對(duì)司鉆人員進(jìn)行培訓(xùn)，使他們熟練掌握鉆孔技術(shù)。司鉆工必須按操作細(xì)則和設(shè)計(jì)要求、布置的孔位進(jìn)行施鉆。要保證規(guī)定的孔位、孔深、傾斜度等。臺(tái)車鉆孔，實(shí)行定人、定鉆、定眼，臺(tái)車臺(tái)身軸線和線路中線重合平行，保證鉆臂推進(jìn)器水平，推力均勻適當(dāng)。鉆好的炮眼應(yīng)按圖驗(yàn)收，不合格重打。 3.2.3合理確定鉆眼深度在開挖作業(yè)中，實(shí)行工序循環(huán)制，為了減少工序時(shí)間和工期要求，在巖質(zhì)較好的情況下可采用45m深孔鉆爆，以獲得較好的施工進(jìn)度。但由于鉆孔傾斜影響，降低炮眼利用率，炸藥消耗量也增大，循環(huán)時(shí)間也會(huì)增長(zhǎng)。如果炮眼深度由5m減到2.5m，可以使平均線性超挖值減到

10、9cm以內(nèi)，因此，減少炮眼深度以期減少外插角造成的超挖是一個(gè)有效的措施。合理炮眼深度的確定受如下因素制約：（a）隧道地質(zhì)條件；（b）施工組織能力；（c）單循環(huán)作業(yè)時(shí)間；（d）裝渣機(jī)械及運(yùn)輸能力；（e）工期及進(jìn)度要求等。在鉆孔深度時(shí)要等統(tǒng)籌考慮，以獲得最佳的工程進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益。 3.2.4提高裝藥質(zhì)量和爆破技術(shù)，減少超欠挖 在隧道爆破施工中要積極應(yīng)用光面爆破、預(yù)裂爆破和等差毫秒技術(shù)。精心地進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì)，合理地選擇鉆孔參數(shù)提高裝藥質(zhì)量，爆破后，要進(jìn)行輪廓斷面測(cè)量檢查，找出各處超欠挖值，并及時(shí)反饋到施工中去，根據(jù)地質(zhì)條件和爆破效果變更設(shè)計(jì)，以達(dá)到減少超欠挖的目的。在軟弱巖層施工時(shí)，圍巖自穩(wěn)能力差，由

11、于爆破擾動(dòng)，極易造成超挖。如果爆破設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)造成大量坍塌，因此要提高軟巖爆破技術(shù)以減少超挖，超挖造成浪費(fèi)，欠挖處理極為困難，反對(duì)“寧欠勿超”和“寧超勿欠”的思路，樹立“少欠少超”的觀念。 3.2.5嚴(yán)格控制施工誤差 在隧道開挖中一般要考慮施工誤差，根據(jù)采用的板臺(tái)車的類型，對(duì)開挖斷面的擴(kuò)大要認(rèn)真考慮，現(xiàn)場(chǎng)采用不能調(diào)整的臺(tái)車進(jìn)行襯砌，模板臺(tái)車內(nèi)凈空為標(biāo)準(zhǔn)隧道設(shè)計(jì)斷面，僅放大開挖斷面沒有意義；但考慮人工測(cè)量誤差難免，可預(yù)留35cm，但考慮到周邊眼外插角，按4m炮眼深度計(jì)算就要造成平均線性超挖達(dá)10 cm，相當(dāng)于斷面放大尺寸，斷面如向外增大一環(huán)，造成超挖工程量（挖、運(yùn)、填、砌）會(huì)增加更多，所以不必頂

12、留放大尺寸。 3.2.6加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理和組織，實(shí)現(xiàn)減少超欠挖目的 良好的施工管理和組織，對(duì)減少超欠挖具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。在控制隧道超欠控中，建立一個(gè)比較完善、系統(tǒng)的質(zhì)量保證體系，對(duì)作業(yè)全過程及相關(guān)因素實(shí)行嚴(yán)格科學(xué)的管理是非常重要和必要的?，F(xiàn)場(chǎng)管理工作與組織主要指人員組織、作業(yè)安排、技術(shù)交底、指導(dǎo)，質(zhì)量檢測(cè)，反饋以及相就應(yīng)規(guī)章、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定等來保證技術(shù)的實(shí)施。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，崗位責(zé)任到人，有檢查辦法，有獎(jiǎng)懲辦法，要指定專人抓這項(xiàng)工作，使之形成崗位制度，抓出成效。4 結(jié)語公路隧道開挖中的超欠挖問題是一個(gè)較為普遍的問題，它對(duì)隧道施工速度和成本、安全有不容忽視的影響，加強(qiáng)超欠挖的研究和預(yù)防是一個(gè)急待解決的重要問題，這對(duì)于提高施工質(zhì)量、加快施工速度、保證施工安全、節(jié)省工程投資具有特別重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。施工中在結(jié)合地質(zhì)條件的