隧道施工中的超挖問題及其控制措施

隧道施工中的超挖問題及其控制措施摘要：本文以長株潭城際鐵路綜合II標(biāo)樹木嶺隧道湘-汽區(qū)間、汽-出區(qū)間工程為背景，介紹了爆破施工、機(jī)械開挖的施工情況，以及對隧道施工的超挖問題進(jìn)行分析，并提出對超欠挖的控制措施，為類似工程提供了參考。關(guān)鍵詞隧道爆破施工機(jī)械開挖控制措施引言目前，國內(nèi)常用的隧道開挖方法包括鉆爆法、新奧法等。由于鉆爆法適用范圍廣、不受隧道斷面尺寸和形狀限制，對各類圍巖均能適用，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件變化時(shí)，各種參數(shù)和施工工藝可隨之變化，具有施工設(shè)備組裝和工地之間轉(zhuǎn)移方便、重復(fù)利用率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在工程實(shí)踐中，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，不斷總結(jié)如何進(jìn)行優(yōu)質(zhì)、快速的隧道開挖的施工經(jīng)驗(yàn)，具有十分重要的意義。工程概況長株潭城際鐵路綜合II標(biāo)段負(fù)責(zé)的兩段暗挖區(qū)間為湘?汽區(qū)間、汽?出區(qū)間，隧道全長12.86km，為左右雙線設(shè)計(jì)；其中湘?汽區(qū)間：左線：DK10+017~DK11+824，共1807m，其中包含W級圍巖390m，其余均為V級圍巖；右線：YDK10+007.447~YDK11+803.737，共1796.290m，其中包含W級圍巖390m，其余均為V級圍巖；湘?汽區(qū)間隧道一般段埋深在20?30m之間，最深處埋深約55m左右；汽?出區(qū)間：左線：DK12+098~DK13+935，共1837m，全部為V級圍巖;右線：YDK12+77.737~YDK13+919.197，共1841.46m，全部為V級圍巖；汽出區(qū)間隧道埋深在15?20m之間；最淺處埋深約10m左右。3.超挖對隧道施工的影響隧道規(guī)范中對不同類別圍巖的允許超挖值作了不同的規(guī)定。在實(shí)際作業(yè)時(shí)，由于種種原因，超挖值很難控制在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。隧道超挖將對工程施工帶來一系列的問題。首先，增加施工成本。超挖必然需要消耗炸藥，增加炸藥費(fèi)用;超挖的巖渣需要運(yùn)出洞外渣場，增加裝運(yùn)費(fèi)用：超挖造成開挖斷面不平整，給鋪設(shè)防水板帶來困難，使防水板松弛皺褶，增加防水板用量；超挖部分需要用同級砼回填，增加二襯費(fèi)用。樹木嶺隧道施工，由于地質(zhì)變化等綜合原因，局部地段光爆效果不太好。其中湘-汽區(qū)間DK10+740?DK11+130（YDK10+720?YDK11+110）段超挖較大，左、右線W級圍巖共780m，二襯12m模板臺車施工二襯，按照設(shè)計(jì)的襯砌混凝土為132m3，而實(shí)際澆筑混凝土用量為178.5m3，超過規(guī)范允許值35.06m3，即超挖11.44m3，（每延米超混凝土方量為0.95m，）。引起超挖石方費(fèi)用為1150.86元（挖方單價(jià)按100.6元/m3計(jì)算）、超用混凝土費(fèi)用為4576元（混凝土成本400元/m'）、超用防水板費(fèi)用1530元（超用防水板51皿，單價(jià)30元/皿）。上述三項(xiàng)費(fèi)用合計(jì)7256.86元，即每延米604.74元。按每延米造價(jià)29620元計(jì)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質(zhì)量問題，超挖造成隧道斷面周邊輪廓不圓順，凹凸不平，在棱角突變處易產(chǎn)生應(yīng)力集中；由于斷面凹凸不平、棱角突出容易刺破防水板，使防水層失效，造成滲漏。因此，在實(shí)際隧道開挖施工作業(yè)中，控制超挖量，將隧道超挖量降到最低，對提高隧道施工質(zhì)量、降低工程造價(jià)，具有非常重要的意義。4.控制超挖采取的措施在實(shí)際施工中常采用光面爆破、機(jī)械化施工及全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)施工進(jìn)行超挖控制。下面就針對我項(xiàng)目采用的光面爆破、機(jī)械化施工的原理、特點(diǎn)作簡單的介紹。（一）光面爆破光面爆破和預(yù)裂爆破是新奧法施工最基本的要求之一。從本質(zhì)上講，預(yù)裂爆破也是一種光面爆破，兩者的區(qū)別是分區(qū)起爆順序不同。預(yù)裂爆破的分區(qū)起爆破順序?yàn)椋褐苓呇邸⑻筒垩?、輔助眼、底板眼。預(yù)裂爆破要求在周邊眼之間炸出貫通裂縫即預(yù)留光面層，所以爆破參數(shù)與光面爆破參數(shù)存在一定的差異。實(shí)施光面爆破，應(yīng)按照圍巖特點(diǎn)合理選擇圍邊眼間距及周邊眼的最小抵抗線，嚴(yán)格控制周邊眼的裝藥量，并盡可能使藥量沿炮眼全長均勻分部，周邊眼宜采用小直徑藥卷和低爆速炸藥。為滿足裝藥結(jié)構(gòu)要求，可借助傳爆線以實(shí)現(xiàn)空氣間隔裝藥，采用毫秒微差有序起爆。應(yīng)使周邊爆破時(shí)有最好的臨空面，周邊眼段起爆雷管的時(shí)間誤差要求越小越好。根據(jù)上述要點(diǎn)，施工時(shí)必須做到三點(diǎn)：進(jìn)行正確的光爆設(shè)計(jì)根據(jù)地質(zhì)情況、炸藥種類及鉆孔機(jī)具等因素進(jìn)行光爆設(shè)計(jì)。主要參數(shù)選擇采用工程類比法。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括爆破參數(shù)的選擇、炮眼布置圖、周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)等。光面爆破主要參數(shù)有周邊眼間距E、光爆層厚度w（最小抵抗線），周邊眼密集系數(shù)^k=e/w），裝藥集中度q等。周邊眼間距是直接控制開挖輪廓平整度的主要因素?？s小周邊眼間距要視巖石的抗爆性、炸藥性能、炮眼直徑和裝藥量而定，一般可取E=10?（15）d，d為炮眼直徑。對于堅(jiān)硬和破碎巖石宜取較小值，對于軟質(zhì)或完整性好的巖石宜采取較大值。實(shí)際施工中，一般取42?63cm為宜；最小抵抗線W=E/K，一般取50?80cm；為了保證周邊眼孔貫通裂縫優(yōu)先形成，須使周邊眼的最小抵抗大于炮眼間距，通常周邊眼密集系數(shù)K為0.8；裝藥集中度是指每米炮眼的裝藥量,根據(jù)巖石的特性確定。光面爆破參數(shù)確定后，根據(jù)開挖斷面和擬定的循環(huán)進(jìn)度，計(jì)算每循環(huán)的開挖量(m),然后根據(jù)巖石類別，選定單位體積用藥量q(g/m)從而計(jì)算出每循環(huán)爆破總用量Q(kg),最后繪出炮眼布置圖和裝藥參數(shù)表。上述工作完成后，選擇爆破器材亦很重要。光爆破器材主要有：炸藥、非電塑料導(dǎo)爆系統(tǒng)、毫秒雷管和導(dǎo)火索。光面爆破的周邊眼應(yīng)選擇低爆速、低密度、低猛度、高爆力、小直徑、傳爆性好的炸藥，底板眼則宜選用高爆力炸藥，這樣既可以克服上覆巖渣的壓制，又起到翻渣的作用。認(rèn)真組織光爆施工 光爆施工的順序?yàn)槭┕し艠泳_布眼鉆眼裝藥連線起爆。放樣布眼、鉆眼前，必須由測量技術(shù)人員用儀器測出掌子面的中線、水平。并用紅油漆準(zhǔn)確繪出開挖斷面的中線和周邊輪廓線，標(biāo)出炮眼位置，誤差不得超過5cm鉆眼時(shí)，鉆工首先要熟悉炮眼布置圖，熟練操作鑿巖機(jī)械。特別是掏槽眼和周邊眼，要由技術(shù)熟練、經(jīng)驗(yàn)豐富的鉆工司鉆。臺車下面要有專人值班指揮，以確保周邊眼有準(zhǔn)確的外插角，盡可能使兩茬炮交界處臺階小于15cm，并保證炮眼底在同一平面內(nèi)。應(yīng)采用反向裝藥結(jié)構(gòu)，以提高炮眼利用率，減少盲炮，減少石渣塊度，增大拋擲能力和降低炸藥用量。掏槽眼和輔助眼應(yīng)采用大直徑藥卷孔底連續(xù)裝藥，周邊眼可采用小直徑藥卷或間隔裝藥。炮眼、藥卷直徑不偶合系數(shù)可控制在1.25?2.0之間。聯(lián)結(jié)起爆網(wǎng)絡(luò)，起爆網(wǎng)絡(luò)采用非電塑料導(dǎo)爆系統(tǒng)。這是一種安全可靠、操作方便的新型起爆系統(tǒng)，特別適用于隧道爆破施工。光面爆破采用分區(qū)起爆，起爆順序?yàn)樘筒垩?、輔助眼、周邊眼、底板眼。輔助眼應(yīng)由里向外逐層起爆，為使光面爆破有較好的效果，應(yīng)使輔助眼爆破后，盡可能接近開挖輪廓形狀，使光爆層厚度盡量一致；并注意不要使光爆落下的石渣堵死周邊眼的臨空面，影響周邊眼的光爆效果。周邊眼須同時(shí)起爆，若各炮眼的起爆時(shí)間差超過0.1秒時(shí)，就等于各個(gè)炮眼單獨(dú)起爆，并盡可能減少同段雷管的延期時(shí)間差(雷管的制造誤差)，如使用高精度系列遲發(fā)雷管或用導(dǎo)爆索作為孔內(nèi)傳爆。底板眼最后起爆，以起到翻渣作用。注意光爆效果的檢驗(yàn)光面爆破效果主要檢查超、欠挖量，炮眼痕跡保存率和兩茬炮錯(cuò)臺情況這三大指標(biāo)。根據(jù)光面爆破效果這幾項(xiàng)指標(biāo)的檢查結(jié)果，認(rèn)真進(jìn)行分析，再結(jié)合掌了面圍巖變化情況，及時(shí)改變光面爆破參數(shù)，修正光爆設(shè)計(jì)，以達(dá)到最佳光爆效果。同時(shí)，要注意不斷收集和整理相關(guān)數(shù)據(jù)，為今后的光爆設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)。按照上述要求進(jìn)行光爆施工控制，經(jīng)過多個(gè)工程的實(shí)施，效果良好。（二）機(jī)械化施工我項(xiàng)目汽-出區(qū)間暗挖施工采用小松270-7挖掘機(jī)配備德國艾卡特公司的ER1500-1XL型銑挖機(jī)進(jìn)行隧道掘進(jìn)開挖，根據(jù)圍巖強(qiáng)度情況安裝在任何類型的液壓挖掘機(jī)上，高效替代挖斗、破碎錘，通過直徑為67cm、寬度為100cm的銑挖機(jī)頭在掌子面橫向掏一個(gè)槽，提供一個(gè)臨空面，沿著槽口逐漸向外擴(kuò)挖，由于銑挖機(jī)可以進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，所以開挖時(shí)應(yīng)盡量使其銑挖機(jī)頭沿著隧道輪廓線進(jìn)行開挖，開挖完畢后，用自噴漆標(biāo)記出需開挖的深度，專人指揮銑挖機(jī)進(jìn)行修邊，修邊完成后，測量組對開挖尺寸進(jìn)行量測，對于欠挖部分繼續(xù)用銑挖機(jī)沿隧道輪廓線進(jìn)行修邊，這樣能夠很好控制超欠挖量。銑挖機(jī)銑頭 銑挖機(jī)正在施工（三）光面爆破與機(jī)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，減少超挖量，但難以從根本上杜絕。盡管施上時(shí)精心組織、嚴(yán)格控制，由于施工方法本身存在的問題，超挖情況依然

存在。但在機(jī)械作業(yè)施工時(shí)，可以比爆破施工控制超欠挖量容易操作，就兩種作業(yè)方法進(jìn)行如下效果分析：爆破開挖導(dǎo)致超挖量較大銑挖機(jī)銑挖控制開挖輪廓線較好爆破開挖導(dǎo)致超挖量較大銑挖機(jī)銑挖控制開挖輪廓線較好項(xiàng)目超欠挖量工期經(jīng)濟(jì)注爆破施工爆破施工超挖量按15-20cm計(jì)算通過汽-出區(qū)間（出口工作面）施工進(jìn)度來看，月進(jìn)尺為60m按每延米造價(jià)29620元計(jì)算，那么爆破施工較機(jī)械開挖超挖造成工程成本增加2.1%。機(jī)械開挖一般能控制在5cm左右通過汽-出區(qū)間（南站工作面）施工進(jìn)度來看，月進(jìn)尺為50m通過以上效果分析，光面爆破較機(jī)械開挖，在超欠挖量方面難以控制，因超欠挖引起的挖石方量、外運(yùn)量、防水卷材使用量、混凝土使用量的增加，導(dǎo)致工程成本增加2.1%，另樹木嶺隧道工期異常緊張，隧道圍巖巖石強(qiáng)度若能滿足機(jī)械開挖的強(qiáng)度，使用機(jī)械開挖可以有效的縮短工期，節(jié)約成本。5.施工總結(jié)爆破法由于適用范圍廣、不受隧道斷面尺寸和形狀限制，對各類圍巖均能適用，地質(zhì)條件變化時(shí)，各種參數(shù)和施工工藝可隨之變化，施工