知名大学高铁隧道超欠挖控制新技术

西南交通大学土木工程学院

2018年05月肖清华Email：

电话：隧道超欠挖控制新技术

(以高铁隧道为例)技术攻关与科学探索主要内容第一部分

目前隧道开挖普遍存在的问题第二部分土木工程施工技术发展新趋势

(潜在借鉴)

第三部分隧道开挖控制新理念与新模式(解决思路)第四部分隧道超欠挖控制方法(具体方法见另一稿)技术攻关与科学探索第一部分

目前隧道开挖普遍存在的问题◆进度慢，严重影响工期。(1)兰渝铁路总投资829.16亿元，于2008年9月开工建设，兰渝铁路计划建设工期6年，后因资金链断裂和甘肃段地质问题，建设总工期延至9年，全线于2017年9月29日开通。1.1施工进度影响全线建设(2)贵广高铁贵广高铁工程投资900多亿元，于2008年10月13日开工建设，计划建设工期为5年，后因施工和管理问题延迟工期1年，2014年12月20日全线验收，2014年12月26日正式通车。1.1施工进度影响全线建设(3)沪昆高铁总投资约为3074亿元，于2009年4月开工建设，计划2015年通车，后因施工等原因沪昆高速铁路全线轨道于2016年6月16日下午正式贯通，2016年12月28日沪昆高铁全线通车，工期延迟1年。1.1施工进度影响全线建设(4)西成高铁西安至江油段全长509.532km，总投资647亿元，于2012年10月开工建设，建设总工期为5年，计划2017年10月通车，后延误2个月，全线于2017年12月6日开通。1.1施工进度影响全线建设(5)渝黔铁路总投资531.09亿元，于2012年11月开工建设，渝黔铁路计划建设工期5年，后因施工进度管理问题，建设总工期延至6年，全线于2018年1月25日开通。1.1施工进度影响全线建设(6)哈大铁路总投资980亿元，于2007年8月开工建设，哈大铁路计划建设工期4年，后因路基出现大面积动胀，建设总工期延至5年，全线于2012年12月1日开通。1.1施工进度影响全线建设(7)深茂铁路

总投资285.95亿元，于2014年6月开工建设，江门至茂名段铁路计划建设工期4年，后因各标段施工进度不一致问题，建设总工期延至5年，全线最早于2019年方可通车。1.1施工进度影响全线建设◆隧道数量多、施工难度大(8)宜万铁路1.1施工进度影响全线建设宜万铁路全线建成时造价最高（6000万/km），计划工期6年，因全线隧道施工难度大，延期2年才通车，动车直到14年才通车（延期4年）。隧道超欠挖非常严重！不止直接影响到了施工进度、安全质量(垮塌-如沪昆)，尤其是开挖费用增加，如过量超填(喷射混凝土)的费用、提高工程成本、大幅减少利润，甚至造成巨亏！1.2隧道超欠挖严重，严重影响施工进度1.2m

岩性项目软弱中硬硬围岩扰动深度（m）10.80.5平均线性超挖（cm）151510最大线性超挖（cm）252520两炮衔接台阶最大尺寸（cm）151515局部欠挖（cm）555炮眼残痕率≥50%≥70%≥80%炮眼利用率100%95%90%岩壁爆后围岩稳定，无剥落现象石碴块度大块一般不宜超过30cm,大型装碴机允许50～60cm,最大∠100cm,碴堆集中，最大抛距20m,双线隧道深眼爆破时为30m。隧道超欠挖质量检验标准例1：施工及设计调研与费用计算

按设计院允许超挖值(10~15cm)，爆破开挖后必须喷射混凝土补回到设计轮廓线才能进行下一步二次衬砌(模板浇筑混凝土)。

每延米

(一环)：喷射混凝土约9~10m³；

单价：600多元/m³，设计800多元/m³，估计会上调1000多元/m³；每延米总价：6000~10000元；每公里总价：600~1000万元。按上述费用，结合隧道比高的现实，达50~60亿。超挖非常严重：如贵广有些隧道超挖高达1.5m。经常性超挖：30~50cm。大量隧道工程实际施工喷射混凝土费用计算

(1)超挖50cm非常正常超挖非常严重：如贵广有些隧道超挖高达1.5m。(2)喷射混凝土回弹量非常大！

如：有的隧道初期支护混凝土喷射量高达300%，采取措施后混凝土喷射量降为180%～190%。实际：超挖厉害；回弹厉害；隧道比高达80%以上。费用：全线远远超过计算值（50~60亿）！！例2：喷射混凝土比较差！检查时喷得好(主观)！

操作手水平(客观)非常关键，回弹率30%正常，20%非常好！经常50%以上！沪昆局部高达300%。侧墙背后空洞或脱空，检测跑不掉！拱顶更厉害，现场发现有的隧道超过2m！—后续交工非常麻烦！

总体原因大致如下：1、技术方面(稍后分析)；2、体制方面；3、管理方面。1.3问题出现的总体或根本原因1.4传统技术与现实需要的矛盾1.4.1基本概念现场设计图与施工照片。炮眼的种类和作用(常规断面)(1)掏槽眼(孔)(2)辅助眼(孔)(多种叫法)辅掏、掘进(3)周边眼(孔)1.揪4.术2开挖仪方法倾本身导致系统性超欠挖问威题围岩开挖侧视图(拱顶超煎挖，两抽侧同理)如下某：拱顶旗超欠挖耗：ShaL影响英因素苹：1、钻筐孔位尖置是身否精神确，h；h也能一元定程度渔控制超杏欠挖。ShaL3、循男环进梳尺L；4、施工稍控制质软量，如配孔底集双中装药堤导致能衡量不均虽匀。2、支护雨紧跟影响钻孔兵空间易和钻先孔角敌度，外插素角偏大。一、某隧道进口1、工程难点(1拆)水平隐岩层(2)炭质页岩(3)岩溶发咐育，涌水10万m3/d(4)下穿兴高速恒公路岭，垂量直距叙离30m。1.潮5现场施工控制不伟力(举例说讯明)隧道渐进口倾斜岩层—爆破控乞制非常吸困难，柴很容易顶部和拱肩垮塌造蚊成严重砖超挖！黑色的炭质页瓦岩—潜在有册害气体2、爆破施工基诉本参数现场施矛工人员品描述(无正谈式爆津破设恰计)循环进府尺2.0体m；(3随)掏槽救眼长屡度4.0骨m(4忙)周边跟眼间桥距小轨于40c绵m(5抖)装药量以不合理盆！单耗、愧断面S、装鸡药系占数(0.2熊5?)。(2焦)左侧程纵向介测距蒸达3m；3、爆破粉不良后乡丰果左侧初破支背后旱脱空—超挖严分重；周边眼南底部装纸药—容易出犬问题顶部脱则空严重(超过50业cm)—超挖；掌子面江中部凸闲出超过60c鸭m；爆后剩恨余掏槽爽眼深度搞达90纷cm。二、某隧道进制口1、工程难点红砂岩—遇水软愧化，不牢利于爆书破，但边目前未手见水。水平岩答层2、爆含破施工冰基本参数现场施哲工人员反描述结果垂：循环进睡尺2.5荐m—与支护酿间距1m不匹撑配；断面悉面积羽及体昏积不光清(3)掏槽眼腥长度2.8封m—肯定母不对存！(4)周边眼貌间距小牢于40c赞m，装暖药1.恐5/财1.详0卷—不合档理。(5)总装药仅量56K阿g不合理批！—如何附校核槐药量膨？3、爆破和不良后严果(1邪)左侧和丢顶部欠挖严重公，必须雁二次处霜理；(2)右侧鹅边墙燥欠挖严重，乱必须二介次处理；欠挖会导趁致二暑衬厚廊度不尾足，汉后续苗交工毕困难业！(3)掌子面责中部凸早出超过50c则m；(4)左侧纵向葱测距暑达3m。三、另糊例：隧道进出口1、工程难点红砂岩—遇水片软化女，不寻利于刑爆破角，但裙目前拼未见荷水。水平饭岩层浅埋—自重隧道要出口红砂岩—遇水软烂化，不忽利于爆旋破，但时目前未请见水。水平岩层—加大升超挖怨量(含不短住)和围岩照稳定2、爆居破不吨良后芬果(1)超挖恶严重即！(2牙)掌子扫面中扰部凸鹅出超痕过80c义m；以大断游面隧道烧为例1.候6.嫂1技术膝把握1、掌握腾不好有绵哪些方瘦面？1.6传统档技术渡掌握辣不好悠或技满术(故意)退化经常摩会出扯现什么问达题？(1付)两个掏槽各口！(2良)槽口太大除！(3毛)炮眼处交叉！(4奴)全部斜迟眼！2、不调良后存果有着哪些怠？(1)楔形体扩出不来(2)锅底镜且碎与裂(3)底欠挖少口超挖(4踏)口欠皆挖底超挖3、正军确的塔隧道牧爆破设计成良果注意掏槽、之辅助和周边便眼的峡布置懒方法：(1)正视垦图(掏槽等)；(2)俯视附图。掏槽鉴炮眼拔的标姨准设遇计方搬法(手册和制规范)1.6火.2技术主观蓝故意退化1、基本弃不做设筒计如外委后技宇术力量昼太差！无填设计蝇或设蚁计仅根为走凉形式霉，甚猴至不餐会。源即使陶包给梳爆破榜公司刑，也老。2、爆破旁器材不洒到位如只置有部云分段赔别雷微管、盘无导滑爆索睁、无睁小药凤卷。3、技术右主观故意退化如不砌堵塞抹，周壮边眼薄不用单竹片惧？也备没有仔“不简耦合版”装么药！周边眼间隔装药千结构—无导恨爆索低！连续装药扑结构示意图—小药笑卷！必须采发用竹片(时间更墨长)，但摇与大胆断面填隧道卵快速呀掘进然理念圾矛盾翠！1.7现有的技术水馒平本身烘不足1.露7.哀1传统隧昌道爆破倍解决质晋量问题有待改亡进传统拳的隧根道光煤面爆失破技不术本债身是汤不存拨在问姿题，歉但就护目前勿而言女，逐持渐不适换应新研时代湾的发泄展要泽求。1、大断招面隧道静掏槽布今置与施侦工问题如台车太锻宽(6要m)，怎么春办？2、大滔断面大量炮眼堵眨塞问题如不堵炮眼—计算效乱益，可距加快2~荣3小时。3、高州铁的扑新要怖求，郊压力握要求毙结构腥强度亲高。—不能欠容挖，更脸不能超制挖后脱空！假设隧道施旷工质量静得不到保障愧，如熔顶部贝有脱冈空(如沪昆栽高铁岗握乌隧道)、空枕洞或佛不密晴实，控则可能会出大表问题。普铁隧道：列车射速度玻不高间，空课气压宫力不爷大，海不会分出问肉题。高铁垦隧道：列车进洞时什正高压宜、出洞宴时负高穴压，频档繁压拉碗后，对兄隧道影换响非常灿大，搞兄得不好窜就会混坡凝土碎版裂掉块扯，击打多高速列我出，后顽果不堪畏设想。一旦追出事面，肯厌定会壶超过身甬台每温高便铁撞输车事卷件(空间小愤、救援医困难—非常歇担心符隐藏侧的衬淹砌质网量问定题)。1.7.2传统技术可能的改进方法要很好地控制隧道超欠挖问题，潜在的改进方法有以下几种：1、确保钻孔位置合理

周边孔孔口与开挖轮廓线的距离要根据岩石的软硬程度（f值）来定：一般软岩10~15cm，以利于钻孔（钻直孔）；中硬岩为5cm（钻直孔）；硬岩为0cm（钻斜孔，孔底向外偏斜10cm）。也就是

中的h

问题！2、支跪护适篮当滞准后：3~9帐m？—须结仇合围票岩条怎件确僚定3、循环盖进尺合盼理：进尺、野进度与钟超欠挖泉的博弈朵！4、半桥边孔筑迹率居保证招：小栏药卷劣、分息散装老药、尽竹片朴。5、长框短孔裳控制牙技术短孔长孔长短孔恳光面爆爱破孔口雁放样定倘点现场瓜长短践孔钻村凿作糖业长短滴孔导玻爆索销连接以节能环芬保隧道水压爆衡破技术为穴例。与传蹄统技丛术根本馋区别在于炮予眼装药腥结构。1.7袖.3新技术精开发必漠须跟上暴现实需姥要隧道掘所进节能燥环保爆毙破炮眼用装药结盾构往炮眼得一定押位置甚注入猜一定某量的辰水，押产生饱“水楔”和降尘作用硬；在嚼孔口怪位置借用专胡用设姓备加去工而富成的纤“炮泥”进行扛回填堵跟塞，充始分利用赖爆炸气可体膨胀销以加强冶岩石破针碎效果灾。这种距炮眼装被药结构疯的工程寄爆破被待称为“节能环抬保水压廊爆破”。“节能格环保偷水压阴爆破孩”的作用—优点酱：与常取规爆挑破相壶比其介具有出显著攻的“梨三提圣高一南保护慌”的它作用糠。三提高点：提高了课炸药能乓量的利雹用率，盼即节省借炸药；歇提高了扛施工效唤率，即邀加快了旱施工进走度；提糠高了经望济与社漫会效益托。一保护：大大各降低肾粉尘栽含量点对环锯境的造污染未，保次护了胸施工体人员爹的身达体健衣康。2、不仆足及属其需摘要改锅进的荷地方水压爆勉破的概鼓念(2贞)可操赶作性愚有待局改进操作复杂竹、增坊加人访员、蛛增加卧成本亮、施羊做时亮间超票出传枣统爆涂破施工行太大，决导致材现场横施工广人员唤不愿用。需要专归用的水匆袋机、四炮泥机押。很多铁劫路线全面推广：结果：不愿意蝴用，堆油在洞口蜘！应付远检查！讨就像传蒜统的竹节片光面逼爆破一捧样，不来用！1.8设计与漫施工模梨式问题从总速体看绕，掏槽及周边苹光面爆礼破都是吩传统技猎术，实际爆破效果槐及隧牛道轮启廓线棵控制耳效果柔均有挤很大弯不足。—必须严格榆把关类传统闭技术搭或研谱发新醉技术！1、设计存在问湿题隧道爆破设沫计往往胶都是走形扭式，一张猫图纸炕从隧急道头崖用到踩隧道结束，对实际爆施工师爆破产基本表上起歌不到业指导作用。因为隧道拖爆破夹必须身依据潮隧道胖围岩醋地质欲条件醒、断沉面形庸状与尺寸(隧道低不同达围岩走级别刘下，举设计急院为验了控穷制预公留变剪形量板要求真开挖炊的轮滨廓线大小是不一致的)、水窜文及踪蝶支护尼条件斯等都况是随左时变虾化的，不能一压成不变。特别是辛遭遇下侵穿或跨盏越既有段铁路或萝高速公卫路，必警须要做职好设计食！为什计么会出泽现这挂种情喇况？旷当前躬施工败单位钱缺乏阀设计暴人员漂，大疑多数及技术放人员到不懂荐爆破粱，全贸部依原靠施瓣工队找伍，言导致恭基本京上不惭做施眼工设般计，仅由施工队签伍自己季凭经验木施工，吨也即农裤民工除屿了做了壳现场操良作的工述作还做挨了本应占技术人弟员做的曲设计工作，即使餐施工致单位葛做了汗爆破红设计，基本互上是应付状交差的。——必辜须改变疾这种模甲式！但又不塔能增加亲施工单蕉位的麻债烦！2、施工控制存在的问电题钻孔定位很随意，孔位不准，即使施工单算位做了便爆破设姑计，也不一撇定有唇好结梢果。——必须有很好的定位务体系，包括顶设计图跪纸如何裕定位到差现场、兆现场定彩位后如钻何控制纹炮孔不埋走样，糕如炮孔鞭不偏斜而等！三臂呢台车很好，园但大多严隧道配拘备不了挣！3、大款断面课隧道南发展骆要求新技倘术必届须有效沙、好操作，面时间要驳快，所搂需时间吊最起码煮不超过鞭传统技咽术！4、信息云化趋势带买来的问题如BI施M趋势不保可逆转垦，无论捷你喜不邻喜欢！隧道信息化滴时代的蛙迅猛推恩进，BI伯M由“十二止五”计划穿起步愈到目价前“十三绣五”的全签面发睁展，卧爆破涨数据埋信息坟化趋逼势不追可阻圈挡。矮目前违已经毯有两刊个平蕉台，啄一是僵中国邻铁道饰科学烂院建鬼设的简铁路烛建设叠管理味平台胁，二宜是各侵条线其路(包括铁辛路、公给路、水末利、城丑市地铁)都必终须构装建的BIM平台，如张吉怀蓝高铁等。——给各个壤施工单咱位带来勉了极大袋的麻烦基和挑战爹！201邪1年5月，住房疗城乡建汗设部正杠式发布兰“十二田五”建赚筑业信条息化发给展纲要寻，明确妨指出加取快建筑那信息模型(BI匪M)、基于网菜络的协套同工作灶等新技络术在工碑程中的直应用，诞以改进传统的占生产方废式和管宿理模式晕，提升春企业的棚生产效匪率和管浙理水平。BI浅M将成为蚕下一个振十年(2皮01津1年～20性20年)建筑业信息硬化发翅展最宽重要愤的关劝键词。必须终完成匹的任排务：这些逝平台档要求奴所有套施工谎数据材进入逆平台菌系统。如果壁完全扮这样过做，摩施工派单位眨基本皂上是撇无法蒸做到爽数据丧全面死准确冶的，降一旦捡出现鹅问题版，就父会追村究他复们的江责任辆。但要愤完成板这个匀任务坡非常证困难誉：要保岗证做疼好，巴则增惨加10多个技渐术人员抚也完成罩不了这奋个任务渗，因为槐即使爆且破专家爸，要做通一个爆悔破设计注也要一个上午素甚至篇一天财，现构场等叹不了赖，何笼况还稠要收糠集数狂据传概送到谢平台罗，爆胶破数拨据上列平台酒人工速操作消非常理困难窃。谁受益醒？给燃我们眨带来呈的问俊题：叫更麻柔烦了！数旺据输逐入◆什么是BIM？Bui拒ldi皂ng若Inf志orm婶ati熄on痒Mod寇eli净ng建筑信息模亮型◆总体椅如何璃做？(1敢)技术克层面创建大摔型数据孔库+数据姥库管右理(平台)—给每助个使父用单凉位预喝留接党口，腾由上光层统只一管云理(2)大型数斩据库创抄建与管进理层面—应该短由业雁主—如何环牵头潮？—顾问梨公司：数思据库执、平宪台、硬培训(如数据桨标准)(3)自动傅化与紧智能碍化是宝唯一华出路悠或发句展趋兴势！第二普部分土木赌工程施工技周术发展蜘新趋势(他山之撑石)1、中宝外对苗比发损展(1萌)传统缩慧土木垒工程侍技术◆美国已拐经完成(例1：工程呜少—公路已虽全面、睁东西铁钥路困难)，早就广进入了摩高科技肺时代。科罗拉地多大峡序谷(2懒014漏-9-迁4)例2：看“睡男人波的最袍爱”?纽约最著亭名的损三座大桥近。布鲁克信林大桥威廉斯漏堡大桥曼哈顿捷大桥金门葬大桥另例1：地铁旧，建ma缩慧ll慢(不加班)。另例2：美国东革西线高蹦铁建设宜困难！◆中国发拳展，实男际已超体越，但连高科技扣较差。港珠澳大桥，49.968公里青岛海湾大桥，36.48公里杭州湾跨海大桥36公里琼州海诊峡跨海商通道：隧道方摄案，全状长28公里，厕投资额疑至多15及00亿元刷人民胶币。—纽约小柿隧道渤海般湾跨母海大乖桥和隧道位，200逗0~泽30蝇00亿。另，京台高铁。例3：中国长纹沙建楼遇房。中国污速度醒惊呆魔美国削人：摔湖南狡长沙19天建成57层高吨楼“小阴天城”。。(2找)土木工恼程交叉寻科学与她技术◆高科技MI巷T校园10号建筑迅物及其寇沉降曲件线该建茶筑在19调15年建运成后续的10年中，肥一直以驻较大的骆速率沉心降，并洞引起相渐当大的酿惊慌。Ter帖zag称hi于19杯25年首夫次到黑美国伞后，狮通过术检查袜和分年析，姨正确已地预延测出担其沉截降速删率将阳逐渐畅减小。(3糟)对科学腔技术的格心态不袜同，差景异非常背大2、今静后发件展方继向(自己的些一点认扇识)—必须肝创新(相当碍于第离二次躺改革伸开放)创新才劫有出路运，出高取附加值锤的成果，“耕互联洪网+墓”就是“主互联网+各个的传统括行业椒”；滑互联屑网大汗会。第三部分隧道开得挖控制鹿新理念与崭新模式(问题命的解冷决思注路)开发手核持式(如iP赵ad或微削信)的隧乐道及地龙下工床程光踏面爆疮破智叠能优假化控枪制管理上决策先系统，对隧担道及地薯下工程绞的地质腿构造环渔境、岩炼石性质惩等地质野信息进孙行准确着快速采毁集与分析粉。未来腔隧道最开挖发展趋磨势利用网络技屈术实现共实时数速据和信姓息的交如流，对律光面爆邀破过程跳中各参平数与岩技体是否敢匹配进能行智能颜分析，龟在综合乓判断前惰期现场货试验爆丑破过程男是否合都理的基柿础上，乖及时反子馈分析帮并修正沃优化各掩爆破参择数，以味预测后扬续工程骑爆破过短程中可请能出现扒的新行枣为、新估动态，哈指导爆猛破的安滩全施工，瞧进