杨永刚

(贵州大学明德学院，贵州贵阳 550025)

1 工程概况

贵阳思丫河隧道属于贵安新区大学城思丫河截污管道工程的一部分。隧道全长182m，洞身横断面采用“直墙+半圆拱+仰拱”型式，净宽×净高=3.0m×3.0m。隧区位于溶蚀～侵蚀残丘河谷地貌，隧道全段为中风化白云岩，岩体节理裂隙较发育，岩体呈块状～短柱状，围岩分级为Ⅳ级。根据围岩分级及地质条件，本项目采用了钻爆法施工。

2 隧道超欠挖的概念及弊端

2.1 隧道超欠挖的概念

所谓隧道超挖即指实际开挖轮廓大于设计轮廓，而隧道欠挖则是指实际开挖轮廓小于设计开挖轮廓。现行JTGF60-2009《公路隧道施工技术规范》条文6.3.1规定，应严格控制欠挖。拱脚、墙角以上1m范围内断面严禁欠挖，同时JTG/TF60-2009《公路隧道施工技术细则》条文6.3.1规定[2]：当岩层完整、岩石抗压强度大于30MPa并确认不影响衬砌结构稳定和强度时，允许岩石个别突出部分(每1m2内不宜大于0.11m2)欠挖，但其隆起量不得大于50mm。JTGF60-2009《公路隧道施工技术规范》条文6.3.2规定：应减少超挖，不同围岩地质条件下的允许超挖值及检查方法和频率规定见表1[1]。

2.2 隧道超欠挖的弊端

对于因施工控制不当引起的断面超挖而言，不仅增大了围岩的损伤程度，而且由于局部挖掉围岩会产生应力集中问题，同时因出渣量和衬砌量增多而提高工程造价。超挖还给后续喷射混凝土、张挂钢筋网及防水板等工序增大了作业难度。另外，对于超挖部分，还需采用混凝土进行填补，而在工程计量支付时，对于设计未考虑的超挖工程量，甲方是不予考虑的。因此，施工单位在处理超挖时，不仅增加了施工成本，同时因工程量的增加、工序作业难度增大等因素，对其施工进度也有着不利影响。对于欠挖而言，施工单位还需对其进行修整处理，这就造成了额外的人工、设备台班等消耗，而且在处理欠挖过程中若措施不当，还有可能造成超挖。

3 隧道超欠挖的影响因素

表1 平均和最大允许超挖值

3.1 人为因素

(1)测量放样人员的业务素质。在测量放样过程中，若测量人员在偏差控制时不严谨，导致放样开挖轮廓线偏离设计开挖轮廓线，若放样轮廓线向某一侧偏移，则会造成该侧超挖，另一侧欠挖。

(2)钻机操作人员的业务素质。若钻眼位置与放样眼位不吻合、钻杆外插角控制不准确，同时对钻孔深度控制不严谨，这均会导致超欠挖。

(3)爆破人员的业务素质。若爆破人员未严格按爆破专项施工方案进行作业，这也会导致超欠挖。

(4)施工管理人员的业务素质。在隧道开挖过程中，若技术管理人员不在岗、在岗不作为或在施工现场，未能及时发现可能导致隧道超欠挖的情况，这将造成现场管理处于失控状态，从而发生超欠挖。

3.2 机械设备因素

(1)钻机设备。在本项目上，施工单位在早期使用了较为陈旧的钻机，导致在钻孔时故障频出，不仅造成炮孔成型质量较差，而且直接影响到后续爆破效果。

(2)钻孔台车设备。在钻孔台架制作时，未准确结合断面尺寸及充分考虑操作人员的作业空间，导致在钻孔时，发生操作困难，从而造成孔眼及外插角不准确，最终产生超欠挖。

(3)测量设备。控制超欠挖主要是开挖轮廓线(或周边孔线)的精度要控制好，若在测量放线时所采用仪器不能充分保证中线和高程的准确，未采取正确的方法来保证轮廓线位置的准确，这将造成超欠挖。

3.3 施工组织管理因素

(1)在项目实施前期，施工单位未编制相应的施工方案，仅凭现场所谓的经验进行施工，加之组织机构不健全，质量保证体系缺失，加之现场技术人员质量管理意识淡薄，未严格按设计及规范进行现场监管，在此期间，超欠挖现象较为严重。

(2)爆破方案未及时调整。当围岩状况发生变化后，未对爆破技术参数进行及时调整，全凭现场施作人员经验进行操作，这也导致了部分超欠挖。

3.4 地质变化因素

受客观因素的影响，前期未及时开展超前地质预报工作，无法准确判别掌子面前方的地质情况，只能根据现状掌子面的岩体情况进行爆破作业，由于围岩节理发育，结构复杂，造成了局部超欠挖。

统计分析表明(图1)，在影响隧道超欠挖的诸因素中，钻孔精度对超欠挖影响最大(44.2 %)，其次是爆破技术(20.3 %)，施工管理(17.7 %)，测量放线(7.7 %)，地质变化(6.1 %)等，前3项影响因素占了82.2 %，由此可见，控制超欠挖的重点是控制钻孔精度、爆破技术和施工管理[3]。这与本项目施工实际情况也是吻合的。

图1 超欠挖影响因素统计分析

4 隧道超欠挖的控制措施

4.1 测量控制措施

控制测量及放样测量是控制开挖的前提条件。施工中，应严格按照JTG/TF60-2009《公路隧道施工技术细则》规定进行控制测量及放样测量，其方法是：采取激光指向仪控制隧道掘进方向，提高中线、高程精度；提高开挖轮廓线放样精度，并应对所用仪器进行定期校核，同时应提高测量人员的责任心及操作水平，从而达到减少或消灭因仪器及人为因素对超欠挖的影响。

4.2 爆破控制措施

4.2.1 爆破专项设计方案

有关资料对国内外上百座隧道的超欠挖统计结果表明，爆破技术对超欠挖影响是很大的。如控制爆破与普通爆破相比，超挖约减少47.3 %。普通爆破平均超挖为38.7cm，最大超挖达76cm,而控制爆破平均超挖为20.4cm,最大超挖为37cm。所以在爆破专项设计方案中，应根据地质条件、开挖断面、进尺、爆破器材并结合地表环境特点等明确爆破方法、爆破方式及各种爆破参数，同时随着隧道的掘进，应根据每循环信息的反馈，对爆破方案进行优化调整。

4.2.2 控制打孔精度，提高钻孔技术水平

钻孔技术对隧道超欠挖的影响主要是周边炮孔的外插角θ、开口位置e和钻孔的深度L，它们与超欠挖高度(h)有如下的关系：

h=e+Ltan(θ/2)

(1)

式(1)表明，随外插角θ和钻孔深度L的增大，h也随之增大。

θ和L主要取决于司钻人员的操作水平和所采用钻机的某些性能，若最小平均超挖按7cm计，如L=3m,则外插角θ=4.55°；如L=5m，则θ=2.65°。显然，一般的人工操作水平是难以达到的。因此，为确保控制θ，这一定要努力提高司钻人员的操作水平和责任心，并借助激光指向仪、侧斜仪辅助定向。

实际施工中，e有三种情况(图2)，其出现机率和差值大小则主要决定于钻孔水平。第一种情况(a)不影响超欠挖；第二种(b)情况时，将使超挖增加一个e值，而第三种情况(c)，将使超挖减小一个e值，而出现欠挖。

(a)e=0

从实际施工的经验看，控制θ是比较困难的，但控制e值是可能的，因而，钻孔时应先定位，后钻进，并在掌子面上完整醒目地标出周边孔位线，把e控制在较小范围内(约在2cm)是可能的。

在台车就位前用全站仪在隧洞底测出与隧洞中线平行的台车轴线位置，将台车按测设位置准确定位，开孔位置不能超过±2cm，炮眼轴线以激光指向导向，钻周边孔时插上炮杆，使侧墙孔在一条垂线上，施工时由合格的司钻人员来领钻，禁止司钻仅用目测量。钻孔时，派专人校核，测量工程师跟踪服务，这样，对于控制超欠挖是极为有效的。

4.2.3 加强地质预报工作

配备一名地质工程师进行掌子面地质描述，对岩性、地层结构、裂隙节理发育情况及水文地质情况作出描述，并配合有关设备或仪器作出开挖前方的地质预报，协助爆破人员修正和改善装药参数，提高爆破精度，达到控制超欠挖的目的。

4.2.4 坚持断面检测及信息反馈

开挖放炮后，及时了解断面超欠挖情况、爆破效果等，以便制定下一个循环的改进措施。用激光断面仪检测爆破断面的误差程度，将其测得的断面与设计开挖断面进行比较，得到这个循环的最大超挖、最大欠挖、平均线性超挖等数据，并准确标出超欠挖部位的位置，提醒司钻人员纠正偏差，根据信息反馈及时调整钻爆参数，优化钻爆设计。

4.3 设备控制措施

尽量采用先进且性能良好的钻孔设备，如采用计算机控制的凿岩台车来钻孔，以提高炮孔的成型质量。同时根据隧洞断面尺寸、炮眼设计位置、司钻人员所需空间，对钻孔台车进行合理设计，此外由于钻孔作业覆盖空间有限，以及受隧道形状的影响，拱部180 °范围内，应控制上仰角，而在两侧边墙部位则应控制水平的外插角，对底板则应注意下插角，从这个意义上说，采用门架式凿岩台车较臂式凿岩台车效果好。

4.4 施工组织管理控制措施

施工前，应建立、健全施工组织管理机构及质量保证体系，明确各岗位职责，强化管理人员的质量控制意识。对测量放样、钻孔、装药等工序，应形成有关跟踪管理制度，真正做到有章可循、有据可查，只有这样，才能将众多影响超欠挖的因素置于可控状态，达到爆破设计的基本要求。

5 结论

隧道施工最重要的原则是如何保护好围岩，最大限度减少爆破对围岩的损伤，其重要标志就是控制好隧道的超欠挖。控制隧道的超欠挖是隧道施工的重点及难点，除了自然客观的地质条件因素外，只要从施作人员、技术控制及组织管理方面加强控制，隧道的超欠挖是可以做到可控的。针对本项目实施前阶段，施工方控制超欠挖的措施及意识不强，导致出现了较多的超欠挖情况，不仅增加了施工成本，同时对整个隧道工期也有较大影响，后续加强了施工质量控制意识，通过对各施工人员进行培训、设备调换以及过程监督等控制措施后，超欠挖得到了明显的改善，同时也使得后续工效有了显著的提高。