隧道施工中的超挖问题及其控制措施

隧道施工中的超挖问题及其控制措施摘要：本文以长株潭城际铁路综合II标树木岭隧道湘-汽区间、汽-出区间工程为背景，介绍了爆破施工、机械开挖的施工情况，以及对隧道施工的超挖问题进行分析，并提出对超欠挖的控制措施，为类似工程提供了参考。关键词隧道爆破施工机械开挖控制措施引言目前，国内常用的隧道开挖方法包括钻爆法、新奥法等。由于钻爆法适用范围广、不受隧道断面尺寸和形状限制，对各类围岩均能适用，当地质条件变化时，各种参数和施工工艺可随之变化，具有施工设备组装和工地之间转移方便、重复利用率高等优点，因此在工程实践中，应用相当广泛。在工程实践的基础上，不断总结如何进行优质、快速的隧道开挖的施工经验，具有十分重要的意义。工程概况长株潭城际铁路综合II标段负责的两段暗挖区间为湘〜汽区间、汽〜出区间，隧道全长12.86km，为左右双线设计；其中湘〜汽区间：左线：DK10+017~DK11+824，共1807m，其中包含W级围岩390m，其余均为V级围岩；右线：YDK10+007.447~YDK11+803.737，共1796.290m，其中包含W级围岩390m，其余均为V级围岩；湘〜汽区间隧道一般段埋深在20〜30m之间，最深处埋深约55m左右；汽〜出区间：左线：DK12+098~DK13+935，共1837m，全部为V级围岩;右线：YDK12+77.737~YDK13+919.197，共1841.46m，全部为V级围岩；汽出区间隧道埋深在15〜20m之间；最浅处埋深约10m左右。3.超挖对隧道施工的影响隧道规范中对不同类别围岩的允许超挖值作了不同的规定。在实际作业时，由于种种原因，超挖值很难控制在规范规定的范围内。隧道超挖将对工程施工带来一系列的问题。首先，增加施工成本。超挖必然需要消耗炸药，增加炸药费用;超挖的岩渣需要运出洞外渣场，增加装运费用：超挖造成开挖断面不平整，给铺设防水板带来困难，使防水板松弛皱褶，增加防水板用量；超挖部分需要用同级砼回填，增加二衬费用。树木岭隧道施工，由于地质变化等综合原因，局部地段光爆效果不太好。其中湘-汽区间DK10+740〜DK11+130（YDK10+720〜YDK11+110）段超挖较大，左、右线W级围岩共780m，二衬12m模板台车施工二衬，按照设计的衬砌混凝土为132m3，而实际浇筑混凝土用量为178.5m3，超过规范允许值35.06m3，即超挖11.44m3，（每延米超混凝土方量为0.95m，）。引起超挖石方费用为1150.86元（挖方单价按100.6元/m3计算）、超用混凝土费用为4576元（混凝土成本400元/m'）、超用防水板费用1530元（超用防水板51皿，单价30元/皿）。上述三项费用合计7256.86元，即每延米604.74元。按每延米造价29620元计算，那么超挖造成工程成本增加2.1%。其次，超挖容易引起隧道施工质量问题，超挖造成隧道断面周边轮廓不圆顺，凹凸不平，在棱角突变处易产生应力集中；由于断面凹凸不平、棱角突出容易刺破防水板，使防水层失效，造成渗漏。因此，在实际隧道开挖施工作业中，控制超挖量，将隧道超挖量降到最低，对提高隧道施工质量、降低工程造价，具有非常重要的意义。4.控制超挖采取的措施在实际施工中常采用光面爆破、机械化施工及全断面隧道掘进机施工进行超挖控制。下面就针对我项目采用的光面爆破、机械化施工的原理、特点作简单的介绍。（一）光面爆破光面爆破和预裂爆破是新奥法施工最基本的要求之一。从本质上讲，预裂爆破也是一种光面爆破，两者的区别是分区起爆顺序不同。预裂爆破的分区起爆破顺序为：周边眼、掏槽眼、辅助眼、底板眼。预裂爆破要求在周边眼之间炸出贯通裂缝即预留光面层，所以爆破参数与光面爆破参数存在一定的差异。实施光面爆破，应按照围岩特点合理选择围边眼间距及周边眼的最小抵抗线，严格控制周边眼的装药量，并尽可能使药量沿炮眼全长均匀分部，周边眼宜采用小直径药卷和低爆速炸药。为满足装药结构要求，可借助传爆线以实现空气间隔装药，采用毫秒微差有序起爆。应使周边爆破时有最好的临空面，周边眼段起爆雷管的时间误差要求越小越好。根据上述要点，施工时必须做到三点：进行正确的光爆设计根据地质情况、炸药种类及钻孔机具等因素进行光爆设计。主要参数选择采用工程类比法。设计内容包括爆破参数的选择、炮眼布置图、周边眼装药结构等。光面爆破主要参数有周边眼间距E、光爆层厚度w（最小抵抗线），周边眼密集系数^k=e/w），装药集中度q等。周边眼间距是直接控制开挖轮廓平整度的主要因素。缩小周边眼间距要视岩石的抗爆性、炸药性能、炮眼直径和装药量而定，一般可取E=10〜（15）d，d为炮眼直径。对于坚硬和破碎岩石宜取较小值，对于软质或完整性好的岩石宜采取较大值。实际施工中，一般取42〜63cm为宜；最小抵抗线W=E/K，一般取50〜80cm；为了保证周边眼孔贯通裂缝优先形成，须使周边眼的最小抵抗大于炮眼间距，通常周边眼密集系数K为0.8；装药集中度是指每米炮眼的装药量,根据岩石的特性确定。光面爆破参数确定后，根据开挖断面和拟定的循环进度，计算每循环的开挖量(m),然后根据岩石类别，选定单位体积用药量q(g/m)从而计算出每循环爆破总用量Q(kg),最后绘出炮眼布置图和装药参数表。上述工作完成后，选择爆破器材亦很重要。光爆破器材主要有：炸药、非电塑料导爆系统、毫秒雷管和导火索。光面爆破的周边眼应选择低爆速、低密度、低猛度、高爆力、小直径、传爆性好的炸药，底板眼则宜选用高爆力炸药，这样既可以克服上覆岩渣的压制，又起到翻渣的作用。认真组织光爆施工 光爆施工的顺序为施工放样精确布眼钻眼装药连线起爆。放样布眼、钻眼前，必须由测量技术人员用仪器测出掌子面的中线、水平。并用红油漆准确绘出开挖断面的中线和周边轮廓线，标出炮眼位置，误差不得超过5cm钻眼时，钻工首先要熟悉炮眼布置图，熟练操作凿岩机械。特别是掏槽眼和周边眼，要由技术熟练、经验丰富的钻工司钻。台车下面要有专人值班指挥，以确保周边眼有准确的外插角，尽可能使两茬炮交界处台阶小于15cm，并保证炮眼底在同一平面内。应采用反向装药结构，以提高炮眼利用率，减少盲炮，减少石渣块度，增大抛掷能力和降低炸药用量。掏槽眼和辅助眼应采用大直径药卷孔底连续装药，周边眼可采用小直径药卷或间隔装药。炮眼、药卷直径不偶合系数可控制在1.25〜2.0之间。联结起爆网络，起爆网络采用非电塑料导爆系统。这是一种安全可靠、操作方便的新型起爆系统，特别适用于隧道爆破施工。光面爆破采用分区起爆，起爆顺序为掏槽眼、辅助眼、周边眼、底板眼。辅助眼应由里向外逐层起爆，为使光面爆破有较好的效果，应使辅助眼爆破后，尽可能接近开挖轮廓形状，使光爆层厚度尽量一致；并注意不要使光爆落下的石渣堵死周边眼的临空面，影响周边眼的光爆效果。周边眼须同时起爆，若各炮眼的起爆时间差超过0.1秒时，就等于各个炮眼单独起爆，并尽可能减少同段雷管的延期时间差(雷管的制造误差)，如使用高精度系列迟发雷管或用导爆索作为孔内传爆。底板眼最后起爆，以起到翻渣作用。注意光爆效果的检验光面爆破效果主要检查超、欠挖量，炮眼痕迹保存率和两茬炮错台情况这三大指标。根据光面爆破效果这几项指标的检查结果，认真进行分析，再结合掌了面围岩变化情况，及时改变光面爆破参数，修正光爆设计，以达到最佳光爆效果。同时，要注意不断收集和整理相关数据，为今后的光爆设计提供经验。按照上述要求进行光爆施工控制，经过多个工程的实施，效果良好。（二）机械化施工我项目汽-出区间暗挖施工采用小松270-7挖掘机配备德国艾卡特公司的ER1500-1XL型铣挖机进行隧道掘进开挖，根据围岩强度情况安装在任何类型的液压挖掘机上，高效替代挖斗、破碎锤，通过直径为67cm、宽度为100cm的铣挖机头在掌子面横向掏一个槽，提供一个临空面，沿着槽口逐渐向外扩挖，由于铣挖机可以进行360度旋转，所以开挖时应尽量使其铣挖机头沿着隧道轮廓线进行开挖，开挖完毕后，用自喷漆标记出需开挖的深度，专人指挥铣挖机进行修边，修边完成后，测量组对开挖尺寸进行量测，对于欠挖部分继续用铣挖机沿隧道轮廓线进行修边，这样能够很好控制超欠挖量。铣挖机铣头 铣挖机正在施工（三）光面爆破与机械化施工的效果分析采用光面爆破可以部分控制隧道超挖量，减少超挖量，但难以从根本上杜绝。尽管施上时精心组织、严格控制，由于施工方法本身存在的问题，超挖情况依然

存在。但在机械作业施工时，可以比爆破施工控制超欠挖量容易操作，就两种作业方法进行如下效果分析：爆破开挖导致超挖量较大铣挖机铣挖控制开挖轮廓线较好爆破开挖导致超挖量较大铣挖机铣挖控制开挖轮廓线较好项目超欠挖量工期经济注爆破施工爆破施工超挖量按15-20cm计算通过汽-出区间（出口工作面）施工进度来看，月进尺为60m按每延米造价29620元计算，那么爆破施工较机械开挖超挖造成工程成本增加2.1%。机械开挖一般能控制在5cm左右通过汽-出区间（南站工作面）施工进度来看，月进尺为50m通过以上效果分析，光面爆破较机械开挖，在超欠挖量方面难以控制，因超欠挖引起的挖石方量、外运量、防水卷材使用量、混凝土使用量的增加，导致工程成本增加2.1%，另树木岭隧道工期异常紧张，隧道围岩岩石强度若能满足机械开挖的强度，使用机械开挖可以有效的缩短工期，节约成本。5.施工总结爆破法由于适用范围广、不受隧道断面尺寸和形状限制，对各类围岩均能适用，地质条件变化时，各种参数和施工工艺可随之变化，施工