庾江华，龚曙晖，徐书龙，彭加众

（1.湖南百舸水利建设股份有限公司，410007，长沙；2.湖南省益阳市资阳区水利局，413001，益阳）

一、案例概述

水工隧洞开挖中的超挖、欠挖是钻爆法施工中频繁出现的质量通病，如何控制好超欠挖是水工隧洞施工的关键一环。

修建水工隧洞的方式有钻爆法、盾构法、TBM、顶管法、悬臂掘进机掘进等，而钻爆法因开挖经济性高、适用范围广被广泛应用于水利工程中。湖南省目前在建的大型水利工程有毛俊水库、椒花水库、犬木塘水利工程、大兴寨水利工程等，这些工程输水项目在穿越山体时都采用了隧洞工程。湖南在建水利工程中采用钻爆法施工的隧洞有30多处，总长度超过40 km。

钻爆法施工有开挖、一次支护、二次支护（衬砌）、灌浆等4个主要环节。其中开挖是关键环节，其质量控制直接关系工程安全与项目成本。在实践中，水工隧洞施工钻爆法开挖过程中普遍存在超欠挖控制问题。在我国水利工程建设规模持续扩大的背景下，找到解决控制超欠挖的方法对提升隧洞施工开挖质量控制水平具有十分重要的意义。

1.椒花水库工程基本情况

椒花水库工程任务以城镇生活和工业供水、防洪为主，兼顾灌溉、发电和下游生态环境补水等，主要包括水库枢纽工程、大溪河引水工程、供水工程等。水库枢纽工程主要由碾压混凝土重力坝、下游消能设施、坝前分层取水口、坝后渠首电站、生态放水设施以及过鱼设施等建筑物组成。大溪河引水工程主要包括引水枢纽、引水隧洞等，引水隧洞长3229 m。供水工程主要采用无压隧洞、有压隧洞和埋管自流输水；输水主线从电站尾水池至长沙县城区总长95.932 km，浏阳市城区供水和金阳新区供水两段支线长7.092 km，输水线路总长103.024 km；隧洞主洞长29.12 km，施工支洞总长2.195 km，其中钻爆法施工长度为22.923 km、顶管法施工长度为9.392 km。

2.钻爆法隧洞开挖

（1）工艺流程

开挖工艺流程一般为：测量放线布孔→钻孔→装药→堵塞→联网→设置防护→警戒→起爆→爆后检查、安全处理→解除警戒→通风散烟→出渣→支护→下一个循环。影响隧洞开挖质量的工序主要有测量放线布孔、钻孔、装药。

（2）施工方法

①测量放线布孔。测量是控制开挖轮廓的关键，对开挖质量有重要的影响，打眼前必须由测量员根据施工图先放好断面中线，在开挖面标出开挖轮廓线，然后，根据施工方案的钻爆参数图布置炮眼位置。

②钻孔。按设计方案所要求的布孔位置、钻孔方向和钻孔深度进行钻孔，掏槽眼间距误差和眼底间距误差不得大于5 cm，辅助眼眼口排距、行距误差均不得大于5 cm，周边眼沿隧道设计断面轮廓线上的间距误差不得大于5 cm，周边眼外斜率不得大于5 cm/m，眼底不超出开挖断面轮廓线10 cm，最大不得超过15 cm。

③装药连线。装药前应将炮眼内泥浆、石屑吹洗干净。已装药的炮眼应及时用炮泥堵塞密封。堵塞长度和质量必须严格按设计要求进行，周边眼的堵塞长度不宜小于20 cm，采用光面爆破时应从药卷顶端进行堵塞，不得只堵塞眼口。

④起爆。起爆是爆破工作的关键。起爆员应严格按要求操作，爆破时由爆破现场负责人发出起爆信号，信号发出后，起爆员立即实施起爆。

二、钻爆法隧洞施工超欠挖控制方法

1.钻爆法隧洞施工超欠挖影响因素分析

湖南椒花水库建设中为找到超欠挖控制的方法，成立了QC（质量控制）小组，对影响钻爆法隧洞开挖（超欠挖）质量的因素进行分析，主要从“人、机、法、环、测”等方面入手，如图1所示。

图1 影响钻爆法隧洞开挖质量（超欠挖）原因分析因果图

通过分析，共有末端原因10个：①无奖惩制度；②未进行技术交底、质量教育培训；③钻孔精度不够；④钻孔平台不适用；⑤未及时校核全站仪；⑥未用炮泥堵孔；⑦周边孔未间隔装药；⑧炮眼间距不当；⑨围岩破碎；⑩洞内照明差。

2.确定主要原因

为找出隧洞开挖质量问题主要原因，QC小组根据10个末端原因编制了要因确认计划表（略），按照内部分工确定了具体的责任人并规定了具体确认时间。

通过分析，最终确认造成隧洞开挖超欠挖的5个主要原因：①钻孔平台不适用；②未用炮泥堵孔；③周边孔未间隔装药；④炮眼布设不当；⑤围岩破碎。

3.提高隧洞开挖施工超欠挖的对策

针对确认的5个要因，从有效性、可实施性、经济性、可靠性、时间性等5个方面进行讨论分析，最后制定了对策分析评价表（见表1）和质量对策措施表（见表2）。

表1 对策分析评价表

表2 质量对策措施

4.对策及有效性

（1）改进钻孔平台

在原有钻孔平台（台车）的基础上加设了便于施钻顶部掏槽孔的隔板。通过这一措施，有效地提高了掏槽孔施钻的精准度；由掏槽孔施钻精准度情况统计表可知，改进钻孔平台后，掏槽孔施钻精准度合格率由59%提升到了98%，达到对策目标。

（2）对炮孔进行炮泥堵孔

装药后用炮泥堵塞炮眼，延长了爆生气体在炮孔内的存在时间，保证炮孔内的炸药充分反应，降低单位体积岩石炸药消耗量，降低爆生气体逸出的温度和压力。经项目部统计，单位体积岩石（Ⅲ类围岩）炸药消耗量综合能减少9%，达到对策目标。

（3）改进装药方式

对周边孔进行间隔装药，用竹片作为载体，将药卷间隔绑在竹片上，从而实现周边孔的间隔装药，根据上一进尺循环的周边效果适当调整周边孔的装药量。

爆破试验周边孔总孔数为17个，对17个周边孔残孔进行检测，周边孔钻孔总长为37.4 m，实行间隔装药前周边孔残孔总长为16.2 m，残孔保留率为43.3%。间隔装药后周边孔残孔总长为22.6 m，残孔保留率为60.42%，达到了规范要求，达到对策目标。

（4）合理布设炮眼

按专项方案设计图测量放线进行炮眼布设，根据爆破效果调整炮眼设计。通过爆破试验进行炮眼布设的合理调整，单位体积岩石炸药消耗量下降，周边孔残孔保留率得到了提升，杜绝了需补炮的情况，对策实施有效。

表4 活动前后超欠挖情况统计

（5）增强围岩的稳定性

加强超前支护，当遇到Ⅴ类围岩及不良地质洞段，现场作业人员首先通知项目部技术质量部，技术质量部立即联系监理、地勘、设计、业主到现场确认支护方式，按现场确定的支护方式进行超前支护。

三、对策的实施效果

2021年3月25日，QC小组成员统计开展质量控制活动后的Ⅴ类围岩开挖检查断面资料，对超欠挖等情况进行统计，见表3—表5。

表3 Ⅴ类围岩超欠挖情况统计

表5 开展QC活动后隧洞断面开挖质量合格率提高经济效益统计

根据统计，折合每延米能节约成本（1196.47×3239+1066.54×2604.7+3025.35×711.2+2368.02×563）/（3239+2604.7+711.2+563）=1424.33元。

通过以上措施，掏槽孔施钻精准度合格率由59%提升到了98%，单位体积岩石（Ⅲ类围岩）炸药消耗量综合能减少9%，残孔保留率由43.3%提高到60.42%；Ⅴ类围岩开挖检测断面资料，超欠挖情况合格率由43.08%提高到90.04%，超欠挖合格率提高46.96%。因岩层破碎造成掉块导致的超挖现象得到有效控制，Ⅲ类围岩控制了欠挖，减少了超挖量，综合计算每米减少施工成本1424.33元。

分析表明，通过本次QC活动，有效提升了隧洞断面开挖一次合格率，降低了超挖程度，节约了因超挖产生的出渣运输费、回填材料费；节省了补炮钻爆工序时间，节约了处理欠挖的材料、人工费等，提升了经济效益。

四、提高水工隧洞开挖施工质量的建议

①加强现场爆破试验，根据现场的岩石情况调整炮孔布置、装药方式、装药量。

②加强超前地质预报，对破碎的不良地质洞段进行超前支护。

③选择（制作）合适作业台车，有利于提高钻孔精度。

④选择经验丰富的隧洞开挖劳务作业队伍，加强对作业班组的技术交底，督促其严格按经过爆破试验确定的参数进行打孔、装药、联网爆破，现场施工管理人员还要勤于检查落实。 ■