钻爆法施工隧道的超欠挖控制

１９９８年增刊　，跳　＝东　交通　ＪｉａｏＴｃ￣ｇ　总第５…４期　…　钻爆法施工隧道的超欠挖控制　何林生吴永清王明年　清远５１１５１５）　（１０７国道清连一级公路扩建总指挥部［摘要】本文通过在大规模的现场实验，研究了在隧道的钻爆法施工中，钻孔技术、爆破技术、臂理　水平、测量西线精度、地质条件等几个主要控制因素对健道超欠挖的影响。蛤出了控制这些主要因　素的基本工程措施，为公路隧道超欠挖控制提供了理论基础　关■调：公蓐隧遗现场舞睦起欠挖控稍因素　１　引言　在钻爆法施工的隧道中，经常产生超欠挖，这不仅对隧道支护结构体系的稳定性产生严重　影响，而且由于增加了出渣量和回填圬工量，使隧道的建设费用大幅上升。为此，现场工程师　们一直在致力于研究一套控制隧道超欠挖的方法。　隧道超欠挖主要受以下几个因素控制，即：钻孔技术、爆破技术、管理水平、测量画线精度、　地质条件等。本文研究了在中硬岩条件下以上各主要因素对隧道超欠挖的影响，并给出了控　制这些因素的基本工程措施。　２钻孔技术对隧道超欠挖的影响　钻孔技术主要指周边炮孔的外插角精度、钻孔定位精度和钻孔深度精度。对于钻眼台车　来说，钻孔深度－一般比较容易控制，钻孔定位精度也可控制在＂４－３ｃｍ一＂４－５ｃｒａ以下，而周边炮孔　的外插角精度则不容易控制。周边炮孔的外插角度及深度与超欠挖具有确定的函数关系：　ｈ＝Ｏ．５日　＋ｅ　（１）　式中ｈ为超欠挖值，Ｌ为周边炮孔深度，０为周边炮孔的外插角，ｅ为钻孔定位误差。由此　可知，当周边炮孔深度一定时，超欠挖值与周边炮孔的外插角的正切成正比，当日为负时，出现　欠挖。　隧道超欠挖的最大值应控制在＜隧道施工规范＞的规定值以内，即：中硬岩的最大超挖值为　１５ｅｒａ，欠挖不允许发生。超挖值是否存在最小值？实际上是存在的，现场使用钻孔台车虽然其　推进梁可以任意旋转，但其构造尺寸仍要求有７ｃｍ的外超量。实际上这就是超挖的下限值。由　此，对于中硬岩，可得超挖值的控制目标为７—１５ｅｒａ，欠挖不允许出现。据此可计算出当周边　炮孔深度为３．５ｍ时外插角的控制范围（表１）。　裹１钻孔技术对隧道超欠挖的影响　８８·　维普资讯 http://www.cqvip.com

ｌ９９８年增刊　广东公路交通　总第５４期　为了研究钻孔技术对隧道超欠挖的影响，在相同隧道、相同岩类和相同操作人员条件下，　采用Ｈ１７８三臂凿岩台车，做了两组采用不同控制装置来控制周边炮孔外插角精度的现场对　比试验，即：第１组为台车上的普通外插角控制装置；第２组为有激光指向仪的外插角控制装　■　置。两组均强调顺帮打眼并按画好的轮郭线钻孔，共做了１４６个开挖循环，周边炮孔深度均为　３．５ｍ。以此来了解不同控制装置对隧道超欠挖的影响，试验结果捌于表１。　由此可见用激光指向仪控制周边炮孔钻孔精度，对控制隧道超欠挖是有效的。　３爆破技术对隧道超欠挖的影响　在相同围岩条件下，爆破产生的超欠挖值大小与单位体积岩石的耗药量（即单位耗药量）、　周边孔线装药密度、周边孔布置、起爆雷管、装药结构等因素有关，下面由现场试验给出这些因　素的合理取值范围。　３．１簟位耗药量　在岩类（中硬岩）、钻孔设备、爆破器材和爆破方法都相同的情况下。仅变化单位耗药量ｑ，　而保持其它爆破参数不变进行试验。对试验数据进行回归分析，得圆归方程为：　ｈ＝１４．４ｑ一３．２６　（２）　由式（２）可以看出，单位耗药量ｑ与隧道平均线性超挖ｈ呈线性正相关关系。且单位耗药　量ｑ每增加１ｋ．ｇ／ｍｓ。平均线性超挖值将增大约１４．４ｃｍ。要实现超挖控制目标７ｃｍ＜ｈ＜１５ｃｍ。　单位耗药量ｑ的范围应为０．７２—１．２７ｋ舀／　。　３．２周边孔线装药密度　周边炮孔的装药量与周边炮孔长度之比值称为周边炮孔线装药密度ｇ（ｋｇ／ｍ）（即周边孔　装药集中度），试验采用现场常用的帕２ｍｍ的２号岩石炸药，间隔装药，围岩类弄为Ⅳ类，试验　组内其它条件保持相同或相似。对试验效据进行回归分析，得回归方程为：　ｈ＝７３．２９４ｇ　内。　ｒ　（３）　因此要将超挖控制在７ｃｍ＜ｈ＜１５ｃ￣ｒａ，周边孔线装药密度ｇ应控制在０．１５　０．２Ｓｋｇ／ｍ以　３．３周边孔布置　周边孔布置对隧道超欠挖的影响主要取决予相对距离Ｅ／Ｗ。为此在Ⅳ类砂页岩隧道中　进行了现场试验，试验中周边孔采用间隔装药结梅，线装药密度为０．２５ｋ舀／ｍ。钻孔槔度３．５ｍ。　采用Ｈ１６９台车钻孔，全断面光面爆破。对试验结果进行回归分析。得回归方程为：　ｈ＝６９．１０—１２８．８２（Ｅ／　）＋７０．１７（Ｅ／Ｗ）　围应为０．６５—１．１５。　（４）　这是一个下凹的抛物线曲线。要实现超挖控制目标７ｃｍ＜ｈ＜１５￣ａｍ。相对距离Ｅ／Ｗ的范　３．４起爆雷管　合理的起爆时差可以避免爆破振动波的叠加，减小振动对围岩的扰动，从而减少超欠挖。　为此在同一隧道的Ⅳ类围岩中，在其它条件相同时进行了三组不同起爆时差的对比试验，即：　第一组１—７段毫秒雷管与３—１０段２００毫秒等差雷管组合：第二组１—７段毫秒雷管与半秒级　雷管组合；第三组１—１５段毫秒雷管。三组试验钻孔深度均为５ｍ。试验结果列于表２。　８９　维普资讯 http://www.cqvip.com

１９９８年增刊　何林生吴永清王明年：钻爆法施工隧道的超欠挖控制　总第５４期　裹２起量雷管对睡道超欠挖的影响　由表２可以看出，采用毫秒与等差雷管组合爆破能减少振动，因此可以较大程度地减少超　挖。在进一步的３ｍ孔探９个循环试验中，采用毫秒与等差雷管组合爆破使隧道平均线性超挖　降到１０．６８ｃｍ。与同类围岩段５８个循环毫秒爆破的平均线性超挖２１．７７ｃ￣ｎ相比减少了５１％．　由此可见，采用合理的时差进行爆破对减少超欠挖是非常有利的。　３．５装药结构　在周边控制爆破中，为减少炸药爆炸对围岩的直接破坏作用，除要求严格控镧装药量外，　还强调采用三低一高（即低密度、低爆速、低猛度和高爆力）的炸药，井特别强调采用不辆合装　药结构。不耦合装药结构包括体积不耦合装药和不耦舍间隔装药。本项研究在Ⅳ类砂页岩地　段进行了这两种不耦合装药结构的试验，体积不耦合系数取　＝６．３７，直径不耦合系数为　＝１．３０。每种不耦合装药结构试验了２４组，结果列于表３。　表３不耦合装药结构的效果比较　由表３可以看出，两种不耦合装药结构的平均超挖均投有超过目标值。而不耦合间隔装　药结构控制效果更佳。　４管理水平对隧道超欠挖的影响　为了了解管理水平对隧道超欠挖的影响，在同一隧道、Ⅳ类围岩段，采用相同钻孔机械和　爆破器材条件下进行了三组对比试验，即：第１组：一般的正常旌工。第２组：不改进第１组的　爆破设计，但对重点工序实旌管理，加强钻孔质量控制，加强对装药作业的技术指导，严格按设　计要求装药．控制画线精度，实行开挖断面检查，但不作及时的信息反馈。第３组：在第２组的　基础上，建立比较科学完善的质量监督和保证体系．对爆破设计、钻爆作业实旌全面监督管理，　对有关人员进行技术培训，建立质量管理责任制、实行质量奖惩精度，井以预先制订的各项作　业方法和作业质量标准为基准，经常地检查各项作业质量。建立及时准确的信息反馈系统，保　证超欠挖的信息及时反馈给现场施工负责人，以便及时修正有关设计和施工步骤。将试验结　果列于表４。　裹４管理水平对睡道超欠挖影响　９０　维普资讯 http://www.cqvip.com

ｌ９９８年增刊　广东公路交通　总第５４觏　由此可见。加强管理可以减少超欠挖，说明隧道工程和其他行业一样，管理即是效益。因　此，建立科学的质量监督和保证体系是非常重要的工作。　５测量画线精度对隧道超欠挖的影响　画线误差、人为放大开挖轮廓线、隧道中线或标高的测量错误等都对隧道超欠挖有影响。　画线误差一般可控制在５ｅｍ以内，因此对隧道超欠挖影响较小。人为放大开挖轮廓线是由“宁　超勿欠”的片面观点引起的，一般隧道的开挖轮廓线都被人为地放大了５一ｌＯｅｍ，由此引起的　超欠挖量一般占隧道总超欠挖量的５０％以上，因此应该给予纠正。隧道中线或标高产生偏　差，属于施工测量错误。其后果将使开挖轮廓线偏移，如果实际的开挖呈一侧超挖一侧欠挖。很　可能就是中线左右偏差造成的；如果呈上部超挖（或欠挖）下部欠挖（或超挖），则可能是隧道的　水平线（标高）上下偏差造成的。为找出这两种误差对隧道超欠挖的影响程度，分析了９６个开　挖循环的现场实测资料．其结果列于表５。　裹５出现中线或标高信差的开挖循环比例　由衷５可以看出，在我国当前的隧道施工技术水平下，中线或标高出现偏差不可忽视，必　须采取措施加以解决。　为此，采取了下列措施：（１）采用激光指向仪控错隧道掘进方向，井配台断面的放样画线，　以提高画线和测量精度。（２）提高测量作业人员的操作技术水平．异纠正“宁超勿欠”的片击观　点，取消开挖轮廓线的放大量。在采取措施后的６４个开挖循环试验中，总平均线性超挖值为　１４．０６ｅｍ．小于目标值１５ｅｒａ。中线或标高偏差对隧道超欠挖的影响见表６。　裹６采取掊击Ｅ后的情况　对比表５和表６可以看出，采取措施对减少超欠挖是有效的。　６地质条件对隧道超欠挖的影响　隧道内地质条件的变化是客观存在的，要降低其对超欠挖的影响，只能依据地质条件的变　化来调整钻爆设计。为此，在现场进行了两组对比试验，即：第ｌ组共５５个开挖循环，一般正　常施工。第２组６４个开挖循环，在第ｌ组相同的条件下，采取下列措施：（１）对开挖面的地质　条件进行调查和描述，井据此对掌子面前方的地质条件进行预测和预报；（２）依据观察和预测　的地质条件及时调整钻爆参数；（３）根据超欠挖值．不断修正钻爆参数。将试验结果列于表７。　９ｌ·　维普资讯 http://www.cqvip.com

ｌ９９８年增刊　何林生吴永清王明年：钻爆法施工隧道的超欠挖控制　总第５４期　囊７地质条件对雒道超欠挖的影响　由表７可以看出，依据地质条件变化来调整爆破参效，可以有效地减少隧道的超欠挖。　７结语　综上分析，可以认为：　（１）采用激光指向仪控制周边炮孔倾斜角度精度，可以使隧道的平均线性超挖减少　的．１％，隧道的欠挖率减少７６％。　（２）为了减少单位耗药量对隧道超欠挖的影响，应将单位耗药量控制在０．２７—１．２７ｋｇ／ｍ３　范围以内。　（３）为了减少周边孔线装药密度对隧道超欠挖的影响，应将周边孔线装药密度控制在　０．１５—０．２８ｋｅ，／ｍ范围以内。　（４）周边孔间距Ｅ和周边孔的最小抵抗线ｗ是否匹配，对隧道超欠挖影响很大，为了减少　其对隧道超欠挖的影响，应将Ｅ／Ｗ控制在０．６５—１．１５范围以内。　（５）采用毫秒与等差雷管组合爆破能减少振动，从而使隧道超欠挖减少５ｏ％。　（６）采用不耦合装药结构可以将隧道超欠挖控制在允许值１５ｅｒａ以内，而不耦合间隔装药　结构控制效果更佳。　（７）建立比较科学完善的质量监督和保证体系，比采用一般管理方式，隧道超挖可减少　５１．７％，而且平均线性超挖可控制在目标值以内，井使隧道开挖质量更加稳定。　（８）采用激光指向仪控制隧道掘进方向，井纠正“宁超勿欠”的片面观点，可使隧道超挖由　原来的９．４４％减少到１．６７％，欠挖也有一定的下降。　（９）依据地质条件变化来调整钻爆参数，可使隧道超挖量由原来的１０％减少到５．３６％，可　见，在地质条件变化时，及时调整钻爆参效，可以有效地减少隧道的超欠挖。　９２·