隧道爆破及超欠挖控制

河南省公路工程局集团有限公司 宋银鸽

隧道爆破及超欠挖控制

河南省公路工程局集团有限公司 宋银鸽

钻爆法目前仍是我国隧道施工中开挖的主要方法。与机械开挖相比，钻爆法适用地质条件广、费用低、设备简单，但对围岩的扰动大、开挖面成形质量差，主要表现在超欠挖量上，所以提高爆破技术、降低超欠挖意义重大。本文，笔者对隧道的爆破破岩过程做出介绍，并对超欠挖给隧道施工带来的不利影响以及降低超欠挖的方法与途径进行了探讨。

一、爆破破岩过程

1.从破岩的角度考虑，将爆破后由药包中心向外，分成爆破粉碎区和爆破破碎区。

2.靠近药包周围的岩石直接受到巨大爆轰压力的作用，被击得粉碎，形成粉碎区。

3.破损区的形成是两个过程。

（1）在爆轰压力作用下，岩石质点向外做径向位移，产生径向压缩应力，在切向引起拉应力。因岩石的抗拉强度远小于抗压强度，岩石被拉裂，在药包周围段产生一系列放射状的径向裂缝，直到拉应力小于岩石抗拉强度处为止。被压缩的岩石内储存了弹性能量。

（2）当爆生气体的温度和压力迅速下降，导致岩石的弹性能量释放，岩石质点向内做径向位移，产生切向压缩应力，在径向引起拉应力，岩石被拉裂，在药包周围段产生环状的裂缝。

4.爆破漏斗。当药包处于临空面附近（其最短距离称为最小抵抗线），压缩应力波到达临空面，被反射成拉伸波，当拉伸应力大于岩石抗拉强度，在临空面附近形成一系列张拉裂缝，当最小抵抗线合适时，与药包周围的裂缝贯通，在爆生气体膨胀作功的作用下，将破碎的岩石抛出，形成爆破漏斗。

二、超欠挖带来的不利影响

以设计的隧道开挖轮廓线为基准，实际开挖的断面在基准线以外的部分称为超挖，在基准线以内的部分称为欠挖。如图1所示。

图1 实际开挖的断面情况

1.严重的超欠挖会造成资源浪费和增大施工难度。

（1）弃渣量增加，需多装多运。

（2）超挖空间回填，增加混凝土材料的消耗。

（3）欠挖清除，造成人工、器材的超额消耗。

（4）超欠挖形成的凹凸不平，对喷射混凝土、张挂防水板造成困难。

2.严重的超欠挖会影响施工质量，主要有以下几点。

（1）超欠挖造成开挖轮廓（形状和尺寸）与设计相差很大时，围岩应力重分布也会相差很大，使支护受力状态与设计不符。

（2）超挖形成的凹角处存在应力集中，岩块易损坏。

（3）欠挖形成的凸部，在高地应力的作用下，岩块易挤出。

三、降低超欠挖的方法与途径

1.改变“宁超勿欠”的观念，树立“少欠少超”的观点。日本隧道施工中，在断面上取100个点，有不超过16个点的欠挖就可以，避免开挖轮廓线无谓扩大，使超挖得以减少。我国铁路隧道施工规范规定：当围岩完整、石质坚硬时，容许岩石个别突出部分（每1m2不大于0.1m2）侵入衬砌，侵入值应小于衬砌厚度的1/3，并小于10cm；对喷锚衬砌应不大于5cm。

2.提高钻孔技术。周边炮孔的外插角、开口位置和钻孔深度，与超挖高度有关。

（1）开口位置取正值（在设计线以外），超挖高度随增加而增大；开口位置取负值（在设计线以内），超挖高度随减小而减少。如图2所示。如容许一定欠挖，对减少超挖是有效的。再者，要解决开眼位置误差，采用掌子面标出炮眼位置，或设炮眼排距标尺，或实行领杆工制度。

图2 开口位置

（2）钻孔深度是一个设计指标，在其他条件一定时，采用较浅孔爆破对减少超挖是有利的。一般情况下采用3.5m左右的孔深即可。但施工中应注意检查每循环的各炮孔底在同一平面上，使下一循环开眼有一整齐的掌子面。

（3）炮孔的外插角的最小值受钻孔机具的外缘高度控制，凿岩台车为5～7cm，故最小平均超挖约为7cm。如取钻孔深度为3m，则外插角为1.34°，一般人工操作水平难以达到。需培训熟练的司钻工，或先钻一个标准眼插入炮棍，其他眼平行钻进；最好采用有控制钻眼角度装置的凿岩台车钻眼。

3.提高爆破技术。这里的爆破技术包括光面爆破方式以及各种爆破参数。