隧道超欠挖控制技术研究

隧道超欠挖控制技术研究

冯建文杨士鉴马贵全张佳帅蒲盛朋

（重庆科技学院  重庆  401331）

摘要：本文针对钻爆法施工中的超欠挖问题，分析了其地质、技术及管理三大成因，包括岩石强度、节理特性、爆破参数设置不当及施工管理疏漏。超欠挖不仅增加工程成本、延长工期，还威胁隧道安全。研究提出采用三维激光扫描仪提高监测精度、优化爆破设计参数，并强化现场管理，如人员培训、监管体系构建、多方协作及精细化作业模式，以实现超欠挖的有效控制，对促进基础设施可持续发展具有重要意义。

关键词：钻爆法；超欠挖；控制技术

1引言

在隧道工程技术领域，矿山法中的钻爆法施工是一种广泛应用的主流技术手段，因其能够实现较快的施工进度和相对较低的成本投入，而成为大断面岩石隧道开挖中的首选策略。尽管具备这些显著优势，钻爆法在实际应用中仍面临若干挑战，如爆破荷载预测的不确定性、操作中的人为偏差等，这些因素往往导致爆破效果偏离设计预期，进而引发围岩损伤过度及超欠挖现象频发的问题[1]。

2超欠挖成因分析

2.1地质条件

（1）岩石质量：高强度且完整岩石能有效抵御爆破冲击，减少破碎，维持轮廓精度，控制超挖。反之，低强度岩石易因爆破而过碎，致使超挖量增多。

（2）节理：节理的方位、发育程度等因素均为影响隧道开挖中超欠挖现象的重要地质变量。节理发育的密集程度与超欠挖的程度呈正相关，即节理越加发育、分布越为密集，其对超挖与欠挖的促发作用越为强烈。

2.2技术措施

（1）孔间距：孔间距的尺寸选择至关重要。孔间距过大，可能导致爆破能量分布过于稀疏，围岩破碎不充分，从而产生欠挖；反之，孔间距过小，则易于造成能量集中，围岩过度破坏，引发超挖现象。

（2）周边孔倾角：鉴于实际施工中，受限于作业空间，钻孔无法沿隧道轴线直行，因而必须设定一定的外插角。然而，过大的外插角将直接增大爆破作用范围，显著加剧超挖问题[2]。正确掌握并调整这些关键爆破参数，对于预防超欠挖现象、确保隧道开挖质量和施工效率具有根本性意义。

（3）装药量：装药量的适度性直接影响爆破效果。过大的装药量会过度破坏围岩结构，引发大块岩石崩落，显著增加超挖量；而装药量过小，则可能不足以使光面爆破层完全剥离，留下未爆破的岩体部分，导致局部欠挖。

2.3管理疏忽

（1）人员管理不善：施工现场工作人员的专业技能与认知水平存在显著差异，且施工操作规范的执行缺乏统一性，这是当前面临的一大挑战。

（2）施工标准不统一：施工班组技术指导的不充分性，尤其是针对具体施工工艺、工法及关键参数说明的缺失，是当前面临的一项突出问题。

（3）反馈不及时：隧道施工监测系统的不完善，导致对围岩稳定、超欠挖状况等关键指标的监测反馈不够及时，影响施工调整的时效性。

3超欠挖危害

超欠挖现象对隧道工程的安全性与经济性构成了严峻挑战。超挖行为直接引发了废石量的不必要增多及回填作业量的大幅度增长，进而对隧道支撑结构的稳定性造成了根本性威胁，加剧了安全隐患，危及结构耐久性和使用安全。反观欠挖，则迫使采取额外的边缘修整措施，这不仅提升了隧道成型的技术复杂度与施工难度，亦不可避免地延缓了工程进度。二者均导致工程成本的显著增加，施工周期的延长，并可能为隧道投运后的长期安全性埋下潜在风险。

4超欠挖控制方法

4.1运用先进的检测仪器

隧道施工质量受超欠挖现象的显著影响，此为当前工程实践中的共识。现阶段，施工现场大多依托全站仪等传统测量仪器来监控隧道的超欠挖状。然而，该方法存在若干局限性：①测量覆盖的断面数量有限；②检测过程耗时较长；③较低的检测效率无法满足快速施工进度的需求。因此，探索更为高效精准的超欠挖检测手段，对于提升隧道施工的整体质量和作业效率而言，显得尤为迫切。而三维激光扫描仪凭借其高精度、非接触性、全面的信息捕捉能力以及快速扫描等优势，成为隧道领域不可或缺测量工具，能够于室外环境中迅速获取高分辨率的三维数据[3]。

4.2周边孔关键参数

在采用钻爆法作为主要开挖手段的隧道工程中，确保开挖轮廓面的准确性和规整性是衡量施工质量的重要指标。周边孔作为直接邻近设计轮廓线的炮孔，其位置的微小偏差都将直接反映在最终开挖面上，因此，精确测量与精心规划周边孔的位置是基础中的基础。外插角度的设定同样不容忽视，它直接影响着爆破能量的释放方向与范围，决定了能否有效控制爆破范围，避免对设计轮廓线外的围岩造成不必要的损伤，减少超欠挖现象，确保隧道断面尺寸与设计相符。

4.2强化现场管理

在隧道施工管理领域，高效运作的现场管理机制与严谨的组织结构对于制约超欠挖现象的发生起着决定性作用。超欠挖问题作为一项集工程技术挑战与施工管理效能考验为一体的综合性难题，凸显了构建全面施工管理体系的重要性，这是确保施工活动顺畅推进并达成预期质量基准的先决条件。以下是优化施工管理、有效抑制超欠挖问题的四项关键策略：

（1）提升作业人员专业素养：首要任务聚焦于增强作业团队的技术熟练度与实践经验，通过实施系统性培训计划，提升操作技能，直接促进作业质量和效率的双重提升。

（2）构建严格监管体系：建立一套严密的施工监督机制，确保施工全程受到不间断的监测与审查，旨在即时辨识并修正超欠挖状况，体现预防与纠正并重的先进管理模式。

（3）强化多方协作与沟通：加强跨部门和专家团队间的沟通协作网络，共同应对施工中出现的超欠挖挑战，迅速制定并执行应对策略，此举措对于加强安全管控和确保工程质量具有深远的战略价值。

5结论与展望

随着社会经济的发展，隧道施工中的超欠挖问题日益凸显，直接影响基础设施效率及隧道的稳定寿命。深入分析成因，采纳先进控制技术与强化科研，优化施工、提升测量精度及精细化管理，以减少不良后果如断面偏差、结构应力不均失衡及成本增加，确保隧道工程安全，为社会稳定经济提供坚实支撑，推动可持续发展。

参考文献

[1]Mandal S K .Parameters controlling blast-induced damage and overbreak[J].Journal of Mines Metals & Fuels, 2012, 60(1):6-16+27.

[2]郭建,李兵,刘桂勇,等.钻爆法施工隧道超欠挖控制研究[J].工程爆破,2021,27(01):79-84.

[3]毛庆洲,徐浩轩,朱璟,等.利用高密度点云现场检测在建隧道超欠挖[J/OL].武汉大学学报(信息科学版):1-12[2024-05-08].

项目基金

重庆科技学院硕士研究生创新计划项目(CYS23750)