龙先林

（贵州省公路工程集团有限公司，贵州贵阳 550000）

如今，我国隧道工程建设规模日益增大，在对长大隧道进行施工时，大多采用钻爆法。而由于受到地质条件和爆破工艺等因素的影响，爆破完成后经常发生超挖或欠挖的情况，亟需在明确超挖与欠挖产生原因的基础上，探究有效的控制措施。

隧道爆破掘进一旦产生超欠挖，将给隧道正常建设与运营都造成很大影响，主要表现在以下三个方面：

（1）超欠挖对钻爆法施工而言始终是一个控制难点，若超挖，会使出渣量变大，同时增加初支难度与工程量，使工期被延长。

（2）如果隧道超挖，还有可能使围岩失稳，在开挖完成后一旦没有按照规范的要求实施喷锚支护，则会对隧道安全与质量都造成很大影响。根据相关统计结果可知，爆破施工完成后最大超挖处大多产生于拱肩到拱顶部位，在这些部位将混凝土喷射饱满存在很大的难度，导致超挖处衬砌施工结束后难免产生孔洞或缝隙，使围岩失稳，并给水的渗漏创造了条件，使隧道运营过程中产生安全隐患[1]。

（3）如果由于爆破施工不当产生欠挖，则需通过凿眼或爆破来处理，会给工程的进度与成本都造成影响。另外，若未能严格按照规范要求对欠挖进行处理，则会导致初支与二衬结构无法达到规范和设计要求，产生一定程度的质量或安全隐患，对隧道后续的施工建设与运营都造成很大影响。

隧道爆破掘进超欠挖产生原因主要包括三个方面，即环境、施工工艺和管理，以下对这三方面原因进行分析。

2.1 环境原因

隧道爆破掘进大多在原岩条件下进行，不同类型的原岩受内外力作用出现很多构造形式，经长时间实践可知，地质条件对超欠挖有很大影响。当岩体较为坚硬和完整时，在爆破过程中产生的荷载给岩体介质做的功将保持均匀。若岩体过于坚硬，且未对爆破参数进行适当调整，则有可能导致爆破完成后的隧道欠挖；
而若岩体较为破碎，则在爆破完成后会产生相对较大的超挖。另外，隧道爆破掘进施工中，为保证安全，初支必须与掌子面紧跟，如此会使凿岩空间被压缩，无法达到设计要求的角度，尤其是当初支采用钢架时，会给凿岩钻孔造成很大的限制，使周边孔装药不充分或不均匀，产生超欠挖现象。

2.2 工艺原因

爆破工艺方面导致超欠挖现象产生的原因主要包括以下几点：

（1）施工所用爆破工艺在很大程度上决定了爆破完成后形成的壁面的平整度。在以往的爆破施工中，周边孔装药相对集中，为崩落岩体，常增大炮孔，导致装药处超挖，使爆破完成后的岩体无法保持稳定，对施工安全造成影响，而如果没有加强装药，则会导致欠挖[2]。

（2）在隧道爆破掘进过程中，如果所选掏槽形式不合理，导致实际的掏槽效果未能达到要求，则会给辅助与周边孔实际爆破效果造成很大影响，产生欠挖。

（3）按照以往施工经验，若凿岩钻孔与炮孔的轮廓线向内侧偏移，则当循环进尺较大时，会使炮孔实际装药量变大，导致孔口段很容易产生欠挖；
而当钻孔通过外插角的设置进行时，伴随孔深不断增加，孔底从轮廓线中超出的距离随之增大，导致爆破完成后出现超挖。

（4）在隧道爆破前期设计工作中，如果最小抵抗线未能合理设置，则会由于能量不足导致无法将岩体崩落。

（5）如果现场监督不到位，则现场施工人员一旦未按照设计要求实施凿孔，或装药量未达到相关要求，则也会产生超欠挖的现象[3]。

（6）在爆破掘进施工中，如果周边孔的装药结构过于简单或实际装药量相对较大，则会导致超挖；
而若间隔距离过大，则会影响最终的爆破效果，导致欠挖。

（7）当采用光面爆破方法时，周边孔实际起爆顺序在很大程度上决定了最终的爆破效果。如果周边孔的实际爆破时间太早，此时临空面还没有形成，而如果周边孔的实际爆破时间过晚，将无法利用辅助孔产生的爆破能量，在爆破完成后可能产生欠挖。按照以往施工经验可知，按照比辅助孔晚100～150ms 的时间起爆周边孔，能起到良好的防止欠挖的作用[4]。

（8）隧道爆破掘进过程中，由于炮孔的数量很多，现场施工人员为缩短装药的时间，加快施工进度，经常只对掏槽孔实施了填塞，导致炮孔部分能量损失，造成欠挖。为对耗散的能量予以弥补，施工人员还会刻意增加每个孔的实际装药量，使爆破后的岩体过于粉碎，导致超挖。另外，炮孔填塞不紧密，除了可能产生超欠挖，还有一定的安全风险隐患[5]。

2.3 管理原因

隧道中的能见度很低，因此测量放样很容易产生误差，加之掌子面上平整度较差，放样结果极易产生偏差。掌子面不平整，钻孔难以准确定位，部分钻孔由于塌孔或夹泥等原因，只能在要求的孔位附近进行补孔，加之人为因素的影响，使孔位产生很大的偏差。另外，由于现场监督管理不到位，导致作业人员的随意性较大，完成钻孔后易出现外插角相对较大和孔间无法平行等问题，此时若直接爆破，将很有可能产生超欠挖。为有效控制超欠挖，应建立完善且统一的质保体系，对整个施工过程予以严格监督和科学管理。但部分工程的现场管理流于形式，未能将交底的内容严格落实到位，也未对施工现场开展常态化的管理，导致超欠挖现象的实际控制效果不尽如人意[6]。

3.1 参数选择

隧道爆破掘进过程中，炮孔直径通常控制在38～45mm 范围内，对于掏槽和辅助孔，其装药直径一般为32mm，而周边孔的装药直径为25mm。掏槽与辅助孔均应按照设计要求布置和装药，周边孔的装药需间隔进行，以减小爆破可能对围岩造成的扰动与破坏，提高超欠挖控制效果。对于不同类型的围岩，其外插角与凿岩偏移值按表1的要求选取[7]。

表1 不同类型围岩外插角与凿岩偏移值确定

当采用光面爆破方法时，当围岩的岩体类别为软岩时，周边孔间距按35～45cm 范围控制，光爆层厚度按45～55cm 范围控制，线装药密度按70～200g/m 范围控制；
当围岩的岩体类别为中硬岩时，周边孔间距按45～60cm 范围控制，光爆层厚度按60～75cm 范围控制，线装药密度按200～300g/m 范围控制；
当围岩的岩体类别为硬岩时，周边孔间距按55～65cm 范围控制，光爆层厚度按60～80cm 范围控制，线装药密度按300～350g/m范围控制[8]。

3.2 工艺控制

（1）钻孔施工开始前，应安排专门的测量人员通过准确计算标出炮孔具体位置。

（2）开挖班组应严格根据设计要求实施凿岩钻孔，注意不可随意钻孔，减少钻孔的数量。

（3）将炮孔钻好后，应进行严格的检查验收，对炮孔的深度与角度都予以严格的控制，对于检查不合格的炮孔，需将其废除，不可在爆破施工中使用。

（4）装药开始前使用压缩空气对炮孔实施吹洗，以确保炮孔保持通畅。

（5）为周边孔进行装药的过程中，要用竹片根据设计要求对炸药和导爆索进行绑扎；
为缩短装药的时间，加快效率，可提前进行绑扎。

（6）掏槽及辅助孔和周边孔装药都必须严格按照设计要求进行，在装药结束以后，应使用专门的炮泥将炮孔封堵严密，封堵完成后进行严格的检查。

（7）起爆应严格按照先掏槽孔、再辅助孔、最后周边孔的顺序进行；
其中，周边孔的起爆应比辅助孔延迟100～150ms，在孔外采用复式网路进行连接，保证爆破安全性。

（8）爆破完成，且检查合格并出渣结束后，复测开挖断面，并严格落实爆破完成后的超欠挖现场测量及控制，通过对各项爆破参数的优化，使超欠挖的控制效果达到最佳。

3.3 管理控制

超欠挖控制是一个不断改进的过程，基于此，必须设立专门的机构与人员，并引入完善的考核机制与奖惩机制，加强全体作业人员技术交底与培训教育。在爆破设计结束以后，应立即为作业人员交底，使其明确施工要点及要求。另外，通过对整个施工过程的管理，保证超欠挖控制有效性。

3.4 辅助坑道设置

隧道施工一般只有两个工作面，如果隧道长度较大，则每个工作面都将承担很重的任务，而且隧道长度较大，现场条件恶劣，难以达到预期的进度。基于此，在条件允许的情况下，可在隧道施工中通过设置辅助坑道来增加工作面，以在加快进度的同时，改善工作面通风条件，还可起到减少或避免超欠挖的作用。目前常见的辅助坑槽形式包括斜井、竖井、横洞与平行导坑。

辅助坑道的设置会使工程造价升高，因此必须重视辅助坑道选择和布置，以保证辅助坑道的使用效果。在确定辅助坑道类型的过程中，应充分考虑隧道所在地区的地形、工期、工程地质条件和水文地质，并结合隧道的长度、通风条件、施工机具设备等，坑道的断面尺寸主要由地质条件和施工要求决定，通常不可设置得过大。

某隧道工程根据实际情况制定了以下辅助坑道方案：平导方案、斜式平导方案、竖井方案、斜井方案、竖井与斜井相结合，不同方案有不同的优缺点，表现在以下方面：

（1）平导方案：辅助坑槽长度为2 440m，坡度为0.49%，上坡，地下水自流，压入式通风，对正洞施工安全有一定威胁，弃渣场位置为DK647+275右侧1 000m内，混凝土供应线路基本平坡，距离较近，洞口成洞条件相对较差，工期为24.7个月，造价约1 633万元；

（2）斜式平导方案：辅助坑道长度为2010m，坡度为-0.64%和-3.2%，下坡，抽排，烟囱效应，基本不影响正洞施工安全，弃渣场位置为DK646+832 左侧400m内，混凝土供应线路为路段上坡，距离较远，洞口成洞条件相对很好，工期为21.8个月，造价约1 345万元；

（3）竖井方案：辅助坑道长度为275m，共三段，长度分别为127m、63m和85m，坡度为垂直，抽排，烟囱效应，基本不影响正洞施工安全，弃渣场位置为各竖井井口附近，混凝土供应线路为公路旁边，距离较近，洞口成洞条件相对较好，工期为25.2个月，造价约184万元；

（4）斜井方案：辅助坑道长度为50m，坡度为-75%，下坡，抽排，烟囱效应，基本不影响正洞施工安全，弃渣场位置为斜井井口附近，混凝土供应线路为公路旁边，距离较近，洞口成洞条件较好，工期为20.2个月，造价约33万元；

（5）竖井与斜井相结合：辅助坑道长度为262m，共分为三段，长度分别为127m、50m 和85m，竖井垂直、斜井坡度为-75%，抽排，烟囱效应，基本不影响正洞施工安全，弃渣场的位置为各辅助坑道洞口附近，混凝土供应线路为公路旁边，距离较近，洞口成洞条件相对较好，工期为20.3个月，造价约175万元。该隧道围岩主要为Ⅲ级和Ⅳ级围岩，且出口处为弱偏压，需从油气富集地层中穿过，含有的有毒有害气体极易沿基岩裂隙向外溢出，属高瓦斯隧道。

在对上述方案进行综合比选的过程中，需严格遵循下列各项基本原则：①辅助坑道的功能不能发生变化或向优势方向发生变化；
②尽可能减少实物的实际工程量；
③对隧道施工时产生的有毒有害气体排放有利，能最大程度保证隧道施工安全；
④尽可能减少材料及机具设备的运输距离；
⑤合理使用洞口场地；
⑥适当增加两个洞口之间的距离，保证另一个洞口在爆炸等极端条件下的安全性。在综合考虑上述各项原则的前提下，从以上不同方案中选出最佳方案。

经过对以上不同方案的综合对比，考虑到该隧道的主要矛盾为瓦斯，故最终选择2 竖井与1 斜井相结合的方案。首先，在出口工作面设置斜井后可提供通风巷道；
然后，在斜井中设置压入式通风设备，用于减小通风距离；
其次，斜井还可以作为备用通道使用，当进出口处任意部位由于某种原因产生进度滞后时，为追赶工期，可将此处作为一个或两个工作面，以从根本上解决工期滞后的问题。

综上所述，超欠挖是隧道爆破掘进施工常见问题，针对该问题，需在明确其产生原因的基础上，采用针对性措施加以控制，影响超欠挖的主要因素为爆破参数、施工工艺和现场管理，通过对这三方面的严格控制，使隧爆破掘进完成后的超欠挖始终处在允许范围内。

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