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摘要:超欠挖問題是隧道施工過程中極容易遇到的情況。對此，本文首先就隧道超欠挖的概念、原因以及危害展開詳細的闡述，并在此基礎上，基于筆者個人工作經驗，詳細探討了隧道超欠挖的施工控制方法，希望能夠為我國從事隧道施工建設工作的相關人員提供參考。
關鍵詞:超欠挖;施工控制;隧道工程
0前言
在隧道施工建設中，鉆爆法是一種非常常見的施工技術，但是鉆爆法帶來的超欠挖問題將會對施工企業的經濟成本以及工程的整體安全性帶來嚴重的影響。雖然目前針對鉆爆法施工過程中的超欠挖現象還沒有有效的完全規避方法，但是仍然可以采取相關的措施，將超欠挖的危害控制在安全的水平。
1超欠挖的定義
所謂超欠挖，就是基于隧道的設計挖掘輪廓線作為基礎，把現實挖掘所得到的基準線和輪廓線進行對比，在基準線外部分(塌陷處)即被定義為超挖;基準線外部分(突出處)即被定義為欠挖，沒有大范圍出現超挖和欠挖現象，是使用鉆爆法挖掘最為理想的狀態［1］。當前國內針對隧道周邊爆破質量的評定尚未形成一套完善的法規制度，參考前蘇聯、英國等部門所給出的標準，在定義超欠挖時是對孔痕保留率作為評定指標，其內容為:①線性平均超挖量≤100mm;②線性超挖量最大值≤250mm;③整體超挖率≤5%;④兩炮連接的臺階最大規格≤150mm;⑤炮孔痕跡保留數量≥50%;⑥沒有發生欠挖。
2形成原因以及危害
2．1超欠挖的形成原因
根據某水利工程引水隧洞超挖統計與分析，洞施超挖主要部位及頻次分析如表1所示。洞室超挖質量影響排列圖如圖1所示。在使用鉆爆法的過程中，欠挖的主要形成原因是爆破作業或鉆孔作業不當。具體可以分成以下幾個方面。1)鉆孔導致的隧道超欠挖。首先，鉆孔位置設計不當導致超欠挖，也就是鉆孔的布置和周圍鉆孔的實際設計線發生偏差，若偏向內部會發生欠挖、偏向外部會導致超挖，而導致鉆孔位置設計不當的主要原因是施工人員在測量過程中的疏漏導致的;其次是開孔過程中的失誤引發超欠挖現象，開孔失誤絕大多數情況下會導致超挖現象的出現。在水利工程中，由于涉及到施工技術、地質圍巖類別等不同的施工環境，導致實際操作過程中存在一定的偏差。2)爆破導致的隧道超欠挖。①施工人員沒有遵循原有的爆破方案開展鉆孔作業，為節省工期降低鉆孔總量，導致單個鉆孔裝藥過多，引發巖層塌落，導致超挖;②周圍爆破孔裝藥構造不科學，致使出現超欠挖現象，實際上，針對中深爆破孔來講，是不能夠使用空氣柱進行填充藥物的，因為將炸藥完全集中于爆破孔的地步，將對導致孔口欠挖、底部超挖;③在確認周圍孔光面爆破數據時，沒有對其裝藥量進行調整。
2．2超欠挖的危害分析
1)在隧道挖掘過程中，一旦出現大規模的超欠挖現象，將會無端增加大量的排巖量，提高人工工作量，增加支護等施工材料的用量和成本［2］。2)在挖掘作業中，發生的超挖輪廓線其本質是一條具有較強隨機性的曲線，在實際作業過程中幾乎無法把防水材料和這種輪廓進行結合，對后續的防水作業帶來了極大麻煩，直接使隧道工程的防水能力下降，使隧道在使用過程中存在嚴重安全隱患。3)數據顯示，各種圍巖的最大超挖部分基本上都形成于隧道的拱肩位置，所以若想通過后續施工來進行回填，具有很高的技術難度。因此，針對于這些超挖部分，在完全堆砌以后會形成大小不一的縫隙或者空洞，使隧道巖層的穩定性下降，給隧道帶來了嚴重的安全隱患。4)存在有超欠挖的挖掘輪廓和光滑斷面的挖掘輪廓進行對比，有超欠挖的挖掘輪廓將更加容易形成應力的集中，對巖層的穩定性帶來嚴重負面影響，直接降低隧道工程的使用壽命。
3超欠挖的有效控制方法
3．1從爆破鉆孔技術層面控制超欠挖
3．1．1提升鉆孔質量
鉆孔是隧道爆破工程中的一道關鍵流程，鉆孔作業在決定開孔具體位置的同時，還決定了今后施工的準確性，因此，在鉆孔作業時需要重點關注以下內容:①周邊開孔位置的確認，通常需要讓炮孔中心線位于輪廓線之上，炮孔斜率需要基于炮孔的深度來進行變化，保障周圍炮孔在挖掘輪廓線100mm為最佳;②若工作面并不平整，工作人員必須基于現實狀況合理設計炮孔深度與裝藥量，最大限度使全部炮孔均處在相同水平線上;③全部炮孔應處在同一傾斜度，為了有效控制超欠挖現象，要最大程度優化循環進尺，優化炮孔的深度，減小鉆孔定位和周邊外孔插角的誤差［3］。
3．1．2加強爆破效果的監控
爆破效果好不好需要一系列的充分驗證，這就需要驗證及評估爆破后的效果，隧洞爆破后在排煙、出渣后專業工程技術人員進駐現場查驗，例如測量人員量測爆破面，形成實際爆破面與設計斷面對比斷面圖，標注出超、欠位置，地質工程師、施工現場管理人員、鉆孔班長、爆破班長現場分析爆破原因，地質工程師分析巖性差異、鉆孔爆破查看鉆孔或裝藥是否偏差，分析超欠挖主要原因，并根據目前已揭露的巖性制定下一循環的鉆孔爆破參數，并嚴格執行，此項工作需連續反復驗證爆破效果，并不斷總結施工經驗，作為不同施工條件下鉆孔爆破的指導書，從而使超欠挖控制不斷提升。
3．1．3提升爆破質量
1)科學設計隧道周圍孔的裝藥量，周圍孔的裝藥量設計需要全面考量巖層的物理學特征、巖層發育情況、選用炸藥類型等因素。所以，提前掌握工作面所涉及到的巖層特點、破碎程度，基于實際情況選取最為科學的炮孔間隔距離、光爆層厚度、炸藥品種等，基于這些數據來最終確定裝藥量［4］。單位炸藥的使用量、填藥密度、爆破孔之間的間隔距離將對單個爆破孔之間的裝藥量造成影響，通常情況下，現裝藥密度g一般取值范圍為0．15～0．28kg/m3，爆破孔密度系數E/W的整體取值范圍控制在0．65～1．15。爆破孔間隔距離與光爆層厚度將會對單孔裝藥量造成直接影響，應控制在150mm范圍之內。2)優化裝藥結構。在隧道挖掘爆破作業過程中，應基于工作面巖層的特點、炸藥種類、炮孔的方向，選取操作簡單、爆破效果良好的裝藥結構，數據分析顯示，徑向不耦合連續性裝藥結構可以取得較為理想的爆破效果。3)基于地質環境特征適當調整爆破參數，實際上在絕大多數隧道當中，巖層地質狀況并不單一，若沒有及時了解地質環境特征，將會導致基礎面挖掘工作出現大量超欠挖現象。因此，應依靠實驗，找到不同巖層對應的爆破參數，并在施工作業過程中不斷總結經驗，最大限度優化爆破效果。
3．2強化制度建設和管理工作
針對超欠挖現象的有效控制，不僅和隧道工程的地質環境特點、施工技術、工作團隊的整體能力有密切關系，而且施工單位所采用的管理模式、管理制度也會對工程質量帶來深遠影響。因此，在鉆爆法施工作業中，應針對測量、鉆孔、填藥等有嚴格的操作守則制度，并且細化每個崗位的責任，有統一的檢查技術方案，嚴格遵循PDCA程序，分析問題時做到一環緊扣一環、具有邏輯性，并且在各個階段，工程技術人員應深入施工現場調查取證，以客觀事實為依據，用數據分析為工具，能恰當準確地應用統計圖表來歸納問題、發現問題和分析問題。施工單位應指派專業工作人員來進行質量管理，同時強化對施工人員和管理人員的培訓工作。
3．3合理使用定向斷裂爆破技術
實際上，傳統的光面爆破技術因為技術本身所具有的局限性對隧道周邊巖層所帶來的損害幾乎是不能避免的，因此，對于現有技術的改良優化，可以最大程度較少超欠挖現象的發生，目前，國內所使用的諸如切槽爆破技術等對于有效控制超欠挖現象效果十分明顯，在必要環節，施工企業可以考慮對相關技術的應用。
4結束語
超欠挖現象的出現對隧道工程項目的質量影響極大，將會對隧道工程以后的使用帶來嚴重的影響，因此，相關施工企業和施工人員要從多層面(技術層面、制度層面等)來規避超欠挖現象，提升隧道工程建設質量，修建更多高品質隧道工程項目。要關注鉆孔和爆破這兩個施工環節，同時做好制度建設與管理工作，并對施工技術予以創新，全面保證工程質量。
作者：王佛保 單位：中國水利水電第五工程局有限公司
