謝登高、萬磊、鄒林

（中國建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100067）

0 引言

采用鉆爆法修建隧道時，隧道超挖或欠挖現(xiàn)象難以避免。然而，在實際施工過程中卻發(fā)現(xiàn)，一些單位對超挖、欠挖認(rèn)識不足，導(dǎo)致開挖成型質(zhì)量差、增加工程成本、降低應(yīng)有利潤。當(dāng)超欠挖比較嚴(yán)重時，還會對隧道洞室的穩(wěn)定性造成一定影響，因此必須重視隧道超欠挖。隧道施工建設(shè)過程中鉆爆法施工技術(shù)十分普遍，但鉆爆法施工所產(chǎn)生的超欠挖現(xiàn)象，會給施工企業(yè)經(jīng)濟成本和項目整體安全性造成嚴(yán)重影響。盡管當(dāng)前對于鉆爆法施工期超欠挖問題尚無有效的避免辦法，但仍可采取相應(yīng)措施降低超欠挖的危害。

1 超欠挖的定義

超欠挖是以隧道設(shè)計開挖輪廓線為依據(jù)，將現(xiàn)實開挖所得基準(zhǔn)線與輪廓線相比較，當(dāng)基準(zhǔn)線外側(cè)（塌陷處）界定為超挖，基準(zhǔn)線外側(cè)（凸出處）界定為欠挖，且未發(fā)生大面積超挖或欠挖時，則采用鉆爆法開挖最理想。

目前，我國對隧道周圍爆破質(zhì)量評價還未形成完整的法規(guī)制度，本文參照蘇聯(lián)和英國等國給出的準(zhǔn)則，將超欠挖界定為以孔痕保留率為評價指標(biāo)，具體內(nèi)容如下：線性平均超挖量≤100mm，線性最大超挖量應(yīng)≤250mm，總體超挖量≤150mm，兩炮孔相連臺階最大尺寸≤150mm，炮孔痕跡留痕≥100mm，無欠挖現(xiàn)象。

2 超欠挖的形成原因

采用鉆爆法施工時，欠挖主要形成于爆破作業(yè)或者不規(guī)范的鉆孔作業(yè)期間。具體說來，可分為如下幾種：

第一，鉆孔引起的超欠挖問題。目前的工程施工建設(shè)中仍然存在一些問題亟待解決。首先，鉆孔位置設(shè)計不合適，造成超欠挖，即鉆孔布置與周邊鉆孔實際設(shè)計線有偏差，如果向內(nèi)傾斜則欠挖，向外傾斜則超挖，鉆孔位置不合適主要是施工人員測量時疏忽所造成。其次，開孔時錯誤造成超欠挖。水利工程的施工技術(shù)復(fù)雜多樣，受地質(zhì)圍巖及施工環(huán)境影響較大。

第二，在爆破過程中，容易發(fā)生超欠挖問題。一是施工人員未按原爆破方案鉆孔作業(yè)，為了節(jié)約工期減少鉆孔總量，造成個別鉆孔裝藥過多，誘發(fā)巖層塌落而造成超挖。二是周邊爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)不夠科學(xué)，導(dǎo)致超欠挖嚴(yán)重。其實對于中深爆破孔，不能用空氣柱充填藥物。把炸藥全部集中到爆破孔中，會造成孔口欠挖和孔底超挖。三是在周邊孔光面爆破資料得到證實后，未調(diào)整裝藥量。

3 影響隧道超欠挖的因素

3.1 鉆孔精度影響分析

鉆孔出現(xiàn)偏差是造成超欠挖現(xiàn)象的重要因素。為了準(zhǔn)確地預(yù)測和控制施工過程中出現(xiàn)的偏差，必須對其進行分析研究。鉆孔的偏差一般由以下三部分組成：一是開眼偏差Rc，即開眼中心與設(shè)計孔位中心之間的偏差；二是方向偏差Rd，即開眼方向與隧道設(shè)計軸向輪廓線之間的偏差；三是巖石內(nèi)的附加偏差Rr，即由于巖層產(chǎn)狀或巖石節(jié)理原因造成鉆孔后的偏差加大量。

在國外，通常采用鉆孔深度為4.0m 以下的深孔，由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層多等因素影響，所以對特殊地層（如巖溶地區(qū)），勘探難度就更大。因此在實際工作中，必須根據(jù)具體情況選擇合適的鉆具和方法，通常使用3.5m 左右的鉆孔深度。

3.2 爆破技術(shù)影響分析

爆破技術(shù)造成超欠挖的原因有：一是周圍孔裝藥量過大，在爆破過程中造成圍巖大塊塌落而造成超挖；二是周圍炮孔間距設(shè)置不合理造成超挖或者欠挖。

3.3 測量放線影響分析

控制超欠挖，主要在于開挖輪廓線，即周邊孔線的準(zhǔn)確性應(yīng)得到控制。在實際施工過程中，由于施工人員操作不當(dāng)或儀器故障等會引起偏移量較大，從而導(dǎo)致圍巖變形過大甚至坍塌事故發(fā)生。同時，還可能出現(xiàn)拱頂下沉、地表沉降以及塌方現(xiàn)象。因此，首先要確保測量放樣隧道中線及標(biāo)高的精度，采用正確方法確保輪廓線定位準(zhǔn)確，降低超欠挖影響。

3.4 地質(zhì)條件影響分析

地質(zhì)條件作為客觀條件，是爆破參數(shù)測定的根本依據(jù)。影響巖體爆破效果的因素很多，如巖性、構(gòu)造以及地層結(jié)構(gòu)等，這些因素都會對爆破產(chǎn)生不同程度的影響。從理論上講。地質(zhì)條件復(fù)雜時，應(yīng)考慮開挖對圍巖節(jié)理裂隙的影響。爆破作業(yè)過程中，因圍巖應(yīng)力集中，巖石節(jié)理發(fā)育等會導(dǎo)致隧道圍巖失穩(wěn)破壞，出現(xiàn)清幫問頂、坍塌、剝落等現(xiàn)象，即為超挖。該超挖量隨支護封閉圍巖的延遲而增大。

4 超欠挖的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)分析及超挖量的計算方法

國家有關(guān)部門針對隧道開挖超欠挖制定了標(biāo)準(zhǔn)。超挖值分為兩種：一種是在隧道中允許的最大超挖值；另一種是在施工過程中，因斷面光爆效果不理想而造成的超挖值，它是經(jīng)濟考核的重要指標(biāo)之一。欠挖分為局部欠挖和整體欠挖。超欠挖對隧道成本有很大的影響，通常情況下超欠挖量應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)，但實際施工中，往往會出現(xiàn)超挖量超過允許范圍的現(xiàn)象，特別是當(dāng)開挖深度大于或等于5cm 時。平均不超過5cm 即意味著隧道成本中的欠挖量為零。

因此，正確計算超欠挖對合理設(shè)計施工方案有著重要意義。但是如何準(zhǔn)確計算隧道內(nèi)超挖量，并不是一件很簡單的事情，特別是大跨度淺埋暗挖隧道。超挖量是指某一隧道圍巖開挖完成后，經(jīng)過測量統(tǒng)計得到的平均超挖量；若判定某隧道段超挖量，則首先判定某隧道段每間隔一段距離（通常是5m 或者10m）隧道段為測量斷面，再由測量大致描畫出該段實際輪廓圖，計算出徑向超挖量，最后由各段徑向超挖量均值計算出該段超挖量總量。

在高等教育階段的英語課堂上，教師往往重點講授相關(guān)生詞、句型、語法等硬性知識，以及訓(xùn)練學(xué)生的朗讀和客觀題型的應(yīng)試能力。雖然，以學(xué)生為主體的課堂教學(xué)模式越來越受到重視和推行，增加了師生交互的環(huán)節(jié)分配（胡鈺衎,2016），但本質(zhì)上還是屬于封閉式答案的灌輸教育，學(xué)生的開放思維和語言靈活運用的創(chuàng)造力，以及對語言的個性化感受都受到了限制。

5 超欠挖對隧道成本的影響

對于超欠挖，超挖比欠挖更能降低隧道成本。因此，對隧道施工來說，控制超挖是非常重要的。目前國內(nèi)一些單位已經(jīng)注意到這一點，并開始采取各種措施。鉆孔補炮是減少欠挖量最經(jīng)濟有效的辦法之一，它可使挖掘的深度增加幾倍甚至更多，同時還能保護巖石不被破壞，節(jié)省大量的人工。

現(xiàn)代地下工程大多需要支護與襯砌。超挖導(dǎo)致隧道費用提高是因為增加支護與襯砌費用，超挖本身對于巖石開挖費用影響不大。例如，每1m 隧道多超挖1m 巖石，開挖成本提高的費用極少或沒有提高，但因此要引起加大1m 支護及襯砌混凝土回填工程量，將極大地影響隧道成本。為了減少超欠挖給工程成本帶來的影響，工程投標(biāo)預(yù)算時，應(yīng)充分利用國家有關(guān)部門規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范允許值，投標(biāo)報價時全面考慮。應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)條件、圍巖級別及周邊環(huán)境，合理選擇施工工藝；采用先進的技術(shù)措施提高工程施工質(zhì)量，確保工期進度；加強安全管理，做到防患于未然；重視環(huán)境保護，做好水土保持工作。項目實施階段，應(yīng)加強現(xiàn)場施工控制。

6 超欠挖的有效控制方法

6.1 提高測量技術(shù)

隧道工程施工中應(yīng)注重測量技術(shù)的應(yīng)用，我國大部分地區(qū)的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，在進行施工時往往會出現(xiàn)一些問題，這也給工作人員帶來了一定困難。為此，文章就如何加強隧道工程測量展開分析和探討。

第一，在實際的施工過程中，需充分考慮圍巖的結(jié)構(gòu)特點和地下水位的變化情況。

第二，根據(jù)場地的具體情況選取適宜的放樣方式，確定相應(yīng)的長度和距離之后，再進行開挖作業(yè)，做好支護防護措施。

第三，隧道工程在進行施工時，需合理地選擇開挖方法，確定相應(yīng)的支護結(jié)構(gòu)，對圍巖穩(wěn)定性進行良好的監(jiān)控。

6.2 提高鉆眼精度

鉆孔前用高度尺精確劃線是必要的，具體做法如下：首先，劃線過程中，劃針角應(yīng)與工件劃線平面（劃線方向）呈40～60o夾角，以免造成過大誤差；其次，劃針角應(yīng)清晰、勻整，以免鉆孔過程中因劃針不清造成誤差影響后續(xù)施工；再次，劃線基準(zhǔn)面應(yīng)注意選取，確保基準(zhǔn)面處理準(zhǔn)確及自身平面和相鄰面垂直夾角，以免劃線不整潔造成誤差；最后，劃針角應(yīng)成十字線，孔位劃針角應(yīng)準(zhǔn)確，劃針角中心點應(yīng)準(zhǔn)確。鉆孔直徑6mm 以下，如精度不高，可用手鉗夾持工件，鉆孔直徑6～10mm，若工件規(guī)格許可，可使用平口鉗。鉆孔時需注意工件表面應(yīng)垂直于鉆床主軸；鉆孔直徑大于10mm 時，需使用壓板加緊以確保孔位精度[1]。

6.3 優(yōu)化爆破設(shè)計及技術(shù)要點

優(yōu)化爆破設(shè)計的具體步驟如下：首先，爆破前勘查作業(yè)時，要求有關(guān)人員必須嚴(yán)格遵守規(guī)則，保證現(xiàn)場實際施工情況和預(yù)期勘查情況相符，預(yù)防爆破設(shè)計過程存在不合理之處；其次，強化炮孔作業(yè)時監(jiān)測力度和管控手段，以免導(dǎo)致超欠挖；最后，設(shè)計人員應(yīng)全面調(diào)查區(qū)域內(nèi)巖石穩(wěn)定性和爆破材料質(zhì)量情況，避免超欠挖。技術(shù)要點如下：

第一，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膸r石特點選擇合適的鉆孔和爆破，保證鉆孔的數(shù)量。

第二，合理確定鉆孔填裝藥量及炸藥的種類，提高鉆孔的質(zhì)量。

第三，嚴(yán)格控制爆破速度，減少藥卷對炸藥的消耗，降低爆破震動，從而達(dá)到良好的爆破效果。在進行爆破設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)以往的工作經(jīng)驗和實際情況，選擇合適的爆破結(jié)構(gòu)。因此，為了保證隧道的安全施工，必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)水文狀況，采用工程類比法和現(xiàn)場試爆數(shù)值相結(jié)合的方法。具體作業(yè)時，也需充分根據(jù)現(xiàn)場實際情況靈活調(diào)整，并通過前一個周期爆破效果的評估和分析為后續(xù)周期作業(yè)提供借鑒[2]。

6.4 強化制度建設(shè)和管理工作

對超欠挖這一現(xiàn)象進行有效管控，不僅與隧道工程地質(zhì)環(huán)境特征，施工技術(shù)以及工作團隊整體能力等因素密切相關(guān)，而且施工單位采取何種管理模式、管理制度等也將對工程質(zhì)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。所以在鉆爆法的施工操作上，對測量、鉆孔、填藥都要制定嚴(yán)格的操作守則，細(xì)化各崗位職責(zé)，檢查技術(shù)方案要統(tǒng)一，嚴(yán)格按照PDCA 程序進行，對問題的分析要環(huán)環(huán)相扣，合乎邏輯，在每一個環(huán)節(jié)上，工程技術(shù)人員都要深入施工現(xiàn)場調(diào)查收集證據(jù)，根據(jù)客觀事實，運用數(shù)據(jù)分析這一工具，適當(dāng)而準(zhǔn)確地運用統(tǒng)計圖表對問題進行總結(jié)，并加以分析。此外，還應(yīng)注重各環(huán)節(jié)之間相互聯(lián)系及反饋信息，從而提高整個工程項目的管理水平。施工單位在加強施工人員及管理人員培訓(xùn)的同時，要委派專業(yè)工作人員開展質(zhì)量管理工作。

6.5 加強對操作人員的技術(shù)培訓(xùn)

為了保證工程施工質(zhì)量和進度，必須對每一道工序進行嚴(yán)格把關(guān)，確保工程質(zhì)量。技術(shù)人員應(yīng)具備一定的專業(yè)知識，熟悉各種爆破參數(shù)在深基坑中的應(yīng)用，并能熟練進行現(xiàn)場爆破；爆破、鉆孔人員應(yīng)具備一定的技術(shù)能力，熟悉爆破、鉆孔相關(guān)知識，掌握爆破、鉆孔等方面的綜合操作技能。施工期間，管理人員應(yīng)對施工環(huán)節(jié)進行嚴(yán)格把關(guān)與監(jiān)管，強化原因分析并對超挖進行管控[3]。

6.6 定向斷裂爆破技術(shù)的合理應(yīng)用

傳統(tǒng)光面爆破技術(shù)由于技術(shù)自身的局限性，對隧道周圍巖層造成的破壞幾乎無法避免，所以針對已有技術(shù)進行改良優(yōu)化，能夠最大限度地減少超欠挖現(xiàn)象。當(dāng)前我國采用的切槽爆破技術(shù)，針對超欠挖現(xiàn)象進行有效治理作用非常明顯，施工企業(yè)可在必要時考慮采用。

6.7 積極引進新設(shè)備、新工藝

隨著科技的不斷革新與進步，各種新裝備、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，銑床對于隧道超挖控制起到了至關(guān)重要的作用。銑削式隧道掘進機具有受圍巖擾動較少、掘進等高線準(zhǔn)確度高的特點。便于對隧道高線進行切割，既能確保隧道斷面尺寸，又能減少工人操作危險性；既能控制材料成本，又能顯著提升隧道施工安全性[4]。

7 結(jié)語

超欠挖是隧道施工過程中存在的主要問題之一，是確保隧道施工安全、進度及造價等方面不容忽視的問題。鉆爆法隧道施工中超欠挖雖難以避免，但可控制在某一范圍內(nèi)，即把因超欠挖而引起的工程成本增長限制在一定范圍內(nèi)。這就需要對施工、技術(shù)、設(shè)備等方面進行強化管理，目的是將諸多因素放在可控制狀態(tài)下，滿足設(shè)計與施工的基本需求。隧道施工作為一項復(fù)雜系統(tǒng)工程，受到地質(zhì)條件、設(shè)計參數(shù)和施工工藝的影響，為此需要加強隧道圍巖變形的控制與預(yù)防技術(shù)研究。