铁路隧道爆破开挖超挖的控制举措探讨

杨 彩

（中国电建集团铁路建设有限公司，北京 100048）

1 铁路隧道爆破开挖超挖的影响因素

1.1 地质因素

铁路隧道开挖段的地质情况会影响爆破的质量，从而导致开挖时出现超挖。主要分为以下情况：岩体在自然状态下构造中的裂隙逐渐发育发展会形成软弱结构面（包括断层面或节理面等），以致在爆破过程中容易产生沿着断层或节理面开裂而导致超挖，具体见图1（a）；岩体若本身存在非均质性或稳定性较差，在爆破开挖时容易在软硬度不同的交接部位出现超挖，具体见图1（b）；岩体受到强风化或硬度普遍偏低，从而使得爆破时未按照原定的设计轮廓线开裂并形成超挖，具体见图1（c）。

图1 地质因素对超挖的影响

1.2 施工因素

当铁路隧道开挖段围岩的特性一定时，爆破工艺选择不当、操作不规范或管理不到位等均会造成超挖。例如，前期的放线及现场测量工作不够细致，使得放线时出现超放或不按规定放线等都会导致在爆破时出现超挖；钻孔操作人员不熟练、操作不规范等容易出现设置孔位的偏差、孔位不平行及孔底高度未保持在同一作业面等问题而导致爆破开挖时超挖；在开挖到底部后的保留工作层处，当进行标高处开挖时容易处理过度出现超挖。

1.3 爆破因素

爆破开挖时的参数选择失误或流程不规范都会造成开挖。（1）每循环进尺过大。在开挖的外偏角确定后，若每次开挖循环中没有精准控制，容易出现过大偏差，最终因累积效应导致超挖。（2）周边眼间距设置不当。不同岩体特性要经过计算后设置周边眼间距，若间距设置不合理就会导致欠挖或超挖的情况发生。（3）装药量或药径控制不当。爆破开挖时需要精准设置装药量，并且还要根据实际现场情况进行动态调整避免超挖，同时还要考虑药卷直径与实际情况的耦合系数，防止爆破时作用于孔壁的压力过大而导致破坏性的超挖。（4）未选择间隔装药方式。未采取间隔装药的方式易导致爆破时因孔壁压力过大而造成炮孔周边岩体粉碎型超挖。（5）最小抵抗线选择不当。若最小抵抗线选择不当通常会出现以下两种情况：一是孔内爆破能量多作用于保留围岩而导致岩石未能有效爆破而出现欠挖；二是爆破能量过大使得在爆轰力的作用下导致围岩过于破碎形成超挖。

2 铁路隧道爆破开挖超挖的控制举措

2.1 施工节点方面

爆破开挖施工中，必须把握关键施工节点及工序，并根据施工技术的相关要求做好相应的计算及设备的配备。（1）精准测量。在测量放线环节，准确定位中心点、掏槽眼以及定位孔眼位置，准确放线，并将孔位偏差控制在±20mm。（2）设备配备。对钻孔设备进行合理配备及准确选用，以科学、合理、经济为原则选用钻孔台车及机具，设备的操作使用人员必须执证上岗并做好相关培训，在保证安全的前提下确保施工的精准度。（3）钻孔精度。在周边眼的钻孔精度上，必须严格按照设计孔位开孔，在钻入30～50mm后及时调整外偏角，避免外偏角偏差过大，因此准确进行周边眼钻孔十分关键（见图2）。（4）钻杆长度。根据循环开挖的设计要求选择合适长度的钻杆，经验表明若循环开挖进尺设定为1m时，则钻杆可以选用1.5～2m，若进尺为1.5m时，则可以选用2～2.5m钻杆。（5）钻孔位置。若对欠挖要求较低或易于进行欠挖处理的，在设计轮廓线内开孔，即将孔位向设计轮廓线内移动100～200mm，以控制超挖情况。

图2 周边孔钻孔示意图

2.2 爆破施工方面

在爆破施工环节，需要精准控制该阶段的各项工作。一方面，要对每循环进尺予以严格计算与控制；另一方面，要根据铁路隧道围岩坚固系数f选择爆破方法。当f＞3时宜采取光面爆破，当1＜f≤3时，宜采取周边密空孔爆破，当f≤1时宜采取人工开挖。

（1）严控每循环进尺。循环进尺的严格控制能够保证孔眼钻孔的位置准确，且能够将周边孔误差精准控制在允许范围内，进而有效保障了爆破开挖的效果。值得注意的是，当钻孔外偏角确定后，每循环进尺与超挖呈正比关系（见图3），若进尺控制不严就会因累积效应而产生较大的超挖量。从公式的角度分析，超挖面积S可按公式（1）计算。

式中：L为每循环进尺；Δr为超挖值。假设L2=2L1，Δr2=2Δr1， 则S2=4S1； 假设L2=0.5L1，Δr2=0.5Δr1，则S2=0.25S1。由此可见，控制好开挖进尺，就可以有效控制超挖。

图3 单循环进尺与超挖关系示意图

（2）合理选定爆破方法。①光面爆破。若围岩坚固系数f＞3（中等及坚固围岩），优先考虑光面爆破。采用光面爆破时应选用合理的爆破参数，并结合实际情况进行监控与调整，其中要重点把握线装药密度。通常，采用连续装药虽然有着爆力高、密度低的爆破效果，但是专用炸药采购渠道较窄，有一定难度；采用间隔装药时可以选用直径为25mm的乳化炸药，并通过在炸药之间添加竹片以及导火索进行间隔起爆；采用空气间隔装药，可以有效利用炸药间的殉爆效应，通过雷管的反向起爆来达到引爆传爆的效果，对于均质性好、高硬度围岩效果极佳。②周边密空孔钻爆法。若围岩坚固系数1＜f≤3（软弱围岩），多选择周边密空孔钻爆法。由于这种岩体强度较低，难以按照设计轮廓线起爆，因此可通过设置密集孔形成屏障进行减震，孔距多设置为孔径的2～5倍，并且根据岩体的强度越低则孔距选择越大。同时，还要注意岩体厚度W的取值。③人工开挖。若围岩坚固系数f≤1时，优先选择人工开挖及超前支护，并且需根据开挖情况及时跟进衬砌，同时及时设置永久衬砌。

2.3 施工管理方面

在施工管理环节注意严格遵循组织制度及各类管理要求。（1）做好交底工作。包括技术交底、安全交底等，都要由专人负责并记录归档，确保工作内容的有效贯彻与落实。（2）开展培训考核。定期组织相应的培训以提高施工及管理人员的理论知识及技术水平，并通过考核确保执证上岗人员的技能水平。（3）加强多部门沟通。前期测量放线部门与施工人员要做好材料交接工作，确保数据的真实性、准确性。（4）严格把控爆破质量。钻孔与起爆作业人员必须依照设计谨慎作业，并通过精准布孔、合理装药、顺序起爆控制爆破质量，以达到设计爆破目标。（5）完善检测流程。在完成爆破工作后应及时组织检测反馈爆破情况，并形成准确有效的文件进行归档，从而为其他技术工作的开展提供支持。

3 结束语

隧道爆破开挖过程中，一旦出现超挖不仅会加大施工成本、减慢施工进度，而且还会对铁路隧道工程的施工质量造成一系列影响。对此，为有效避免超挖，相关技术及管理人员必须对其严格把控、高度重视，并在爆破施工中严格落实各环节质量控制举措，进而为提高铁路隧道建设的质量提供支持。