1、隧道开挖爆破超挖控制技术研究摘要：对于开挖断面成形差、隧洞开挖超挖严重的现状，对超挖造成的影响和危害进行探讨，并从施工技术、爆破技术和施工管理技术的角度提出了隧洞开挖时控制超挖的有效方法。 关键词：隧道开挖；隧道爆破；超挖控制 中图分类号：U45 文献标识码：A 一、超挖影响因素 （一）地质因素 隧洞围岩的性质是影响爆破效果的最主要因素，也是影响超欠挖的主要因素之一。围岩体构造和裂隙发育易导致开挖破裂线沿软弱结构面（断层、节理面等）开裂，造成超挖，见图 1（a） ；围岩体均质性差、存在软硬交界部位，可能造成围岩较软部位超挖，见图（） ；围岩体风化严重、整体硬度低等，爆破后周边开挖轮廓难以沿设计
2、开挖线开裂，造成超挖，见图（） 。因此在一定程度上，由于地质原因造成的超挖是最难控制的。 (二)施工因素 在围岩岩性一定的情况下，施工管理不规范也是造成超挖的主要因素之一。包括： （）测量放线不规范。周边孔开挖轮廓线不是每茬炮都放线或者放线时超放了 510cm。 （）钻孔作业不规范。钻孔操作人员未严格按照设定的周边孔孔位钻孔，造成开孔孔位偏差大、钻孔外偏角过大、孔与孔间不平行或孔底未落到同一开挖面上等现象。 欠挖处理造成的超挖。欠挖常因处理过度造成超挖。 (三)爆破技术因素 爆破参数选取不合理也是导致超挖的主要因素之一。包括： (1)单循环进尺偏大。在周边孔外偏角一定的情况下，单循环进尺越大，
3、钻孔孔底离设计开挖轮廓 越远，超挖越大。 (2)孔距偏大。周边孔孔距偏大，未能根据岩性选择合理的孔距，造成周边轮廓未能沿孔间连线方向开裂，或开裂较好但孔周围岩体损伤较大。 (3)最小抵抗线选择不合理。最小抵抗线偏大造成周边轮廓难于沿孔间连线开裂，孔内炸药能量过多地作用于保留围岩，造成超挖；最小抵抗线小于孔距，造成孔内炸药能量未主要用于孔间连线方向开裂，而是作用于最小抵抗线方向，造成孔间欠挖。 (4)线装药量选择偏大。未能根据岩性选择合理的线装药量、未通过光面爆破试验确定合理的线装药量、未根据爆破效果及时进行调整，造成超挖。 (5)药径选择偏大。在孔径一定且连续装药的情况下，药径选择偏大，不耦合
4、系数偏小，不能有效减小周边孔炸药能量作用在孔壁上的峰值压力，孔壁破坏严重，造成超挖。 (6)未采用间隔装药。在孔径一定，药径偏大时，未采用间隔装药，不能有效减小周边孔炸药能量作用在孔壁上的峰值压力，致使炮孔周围岩石过度粉碎，造成超挖。 二、超挖控制方法 （一） 、施工技术控制 (1)精细测量放线。隧洞开挖工程中，必须坚持每茬炮均测量放线，除布放本茬炮的中心点、设计周边线外，还必须按照爆破设计布放掏槽孔、崩落孔、周边孔，周边孔孔位精度控制在 内。每茬炮放线时均应测量上茬炮的超欠挖情况，并将测量的超欠挖结果及时反馈给项目部和负责该部位钻孔的钻工。 (2)配置适宜的钻孔台车、钻孔机具。应用适宜的钻孔
5、台车、钻孔机具能使钻工在确保自身安全的 前提下，按设计孔位、孔深、孔向钻孔。 (3)正确进行周边孔钻孔。周边孔钻孔的精度和准确性是保证光面爆破效果、减少超挖的重要手段。正确的周边孔钻孔方法见图。 图 2 为 YT28 气腿式凿岩机气管弯头侧紧贴岩面时的钻孔情况,amin为周边孔最小钻孔外偏角度；为单循环进尺； 为孔底径向超挖值；为钻机贴紧岩面时，手柄与钻杆中心延长线相交点距围岩面的垂直距离。钻周边孔除保证在设计的孔位开孔外，还必须保证最小的钻孔外偏角，要求钻机开孔钻进 35cm 后，立即调整钻孔外斜角度，钻机手持部位靠岩面一侧的机体紧贴岩面向前钻进。实践证明，这是保证最小外偏角最直接有效的手段
6、，最小钻孔外偏角可按下式计算： aminarctan（a/L） （1） 以 YT28 气腿式凿岩机为例，钻机最左侧为调压阀、最右侧为气管弯头。调压阀侧贴紧岩面时，手柄与钻杆中心延长线相交点距围岩面的垂直距离为 10cm 左右，取10cm；气管弯头侧贴紧岩面时，手柄与钻杆中心延长线相交点距围岩面的垂直距离为 15cm 左右，取15cm。根据式（2）可计算出各单循环进尺时的最小钻孔外偏角，见表。 (4)循环进尺较小时采用长钻杆钻孔。由图和表中数据可知，当钻机开孔位置在设计开挖线 上，钻机贴紧岩面时，钻杆越长，钻孔外偏角越小，因此开挖单循环进尺较小时采用长钻杆钻孔有利于减小钻孔外偏角，减少超挖。根据
7、多年施工经验在单循环进尺 1.0m 时，采用 1.52.0m 的钻杆钻孔；单循环进尺 1.5m 时，采用 2.02.5的钻杆钻孔；单循环进尺 2.0时，采用 3.03.5m 的钻杆钻孔等。 (5)在设计开挖轮廓线内钻孔。在一些没有超欠挖要求的隧洞开挖或围岩较软、欠挖处理较容易的隧洞开挖时，可以根据围岩情况和实际超挖情况，将周边孔孔位内移 1020cm，可有效减少超挖。 (二)爆破技术控制 对于隧洞开挖周边轮廓超挖控制的主要方法有：控制单循环进尺；当岩石坚固系数时，可采用光面爆破法；时，可采用周边密空孔钻爆法；当时，不采用爆破法开挖，只能采用人工开挖。 (1)控制单循环进尺 钻孔外偏角的大小与钻
8、孔设备及钻工技术水平和责任心有直接关系。在钻孔外偏角一定的情况下，超挖量随单循环进尺的增加而增大，见图3。 L1、L2 为单循环进尺，r1、r2 分别为与单循环进尺相对应的超挖值，对应的超挖面积设为 S1、S2，则 S1 L1r1/2，S2 L2r2/2。 S1S2 L1r1/（L2r2） （） 当 L2L1，r2 r1 时，得 S24S1。表明，在钻孔外偏角一定的条件下，单循环进尺减半时，超挖量可以减少到原来的 1/4。假定钻孔外偏角度一定，单循环进尺 时的超挖量为单位体积，根据式（）可得，单循环进尺与超挖量是平方关系，而不是正比关系（见表） ，因此控制单循环进尺可以有效减少超挖（计算超挖体
9、积时，平均超挖半径变化相对较小，此处忽略不计） 。 (2)采用光面爆破施工 采用光面爆破初次爆破时，可根据表选取爆破参数，但必须根据爆破效果及时调整，以取得良好的光爆效果。在工程施工中，线装药密度的控制最为重要，目前主要有以下 3 种方法： (1)采用专用光爆炸药（密度 0.80.85g/cm、药径 2022mm、长50cm、重 150165g）连续装药。专用光爆炸药具有低密度、低爆速、低猛度和小临界直径等特点，爆破效果较好，但不易购买。 (2)采用竹片、导爆索绑扎 25mm 炸药间隔装药。目前专用光爆炸药生产厂家极少，很难买到，因此多采用 25mm 乳化炸药作为周边孔爆破炸药。 25mm 乳
10、化炸药，长 20cm、重 100g，其连续装药的线装药密度达到500g/m，远远大于表中硬岩线装药密度上限。实践表明，采用 25mm乳化炸药连续装药，很难取得良好的光爆效果。因此采用 25mm 乳化炸药进行光面爆破时，为达到设计要求的线装药密度，须采用间隔装药结构，孔内采用导爆索引爆。炸药按设计间距绑扎在竹片、导爆索上，如图 4(a)所示。 (3)采用孔内空气间隔装药。岩石硬度较高、均质性较好时也可采用孔内空气间隔装药结构，以达到或接近设计要求的线装药密度，见图(b)。该装药结构主要利用了炸药在孔内的殉爆距离原理，在孔底连续装药段（起爆药）装入只非电毫秒雷管，反向起爆，在正常装药段按设计间距采
11、用间隔装药，通过引爆底部起爆药并逐个传爆孔内的间隔炸药。 结语 针对隧洞开挖超挖严重、开挖断面成形差的情况，总结了地质、施工、爆破技术等因素是造成隧洞超挖的主要原因，探讨了超挖给隧洞工程施工带来的影响和危害，提出了从施工技术、爆破技术等方面的控制来减小超挖的方法，并给出单循环进尺与超挖量是平方关系，控制单循环进尺可以有效减少超挖的结论 参考文献 1孙西濛,高文学,李志星,邓洪亮,叶春琳,魏鹏巍. 浅埋偏压隧道开挖爆破振动与控制技术J. 施工技术,2011,03:51-53+62. 2陈庆,王宏图,胡国忠,李晓红,李开学,庞成. 隧道开挖施工的爆破振动监测与控制技术J. 岩土力学,2005,06:964-967. 3刁文超. 公路隧道浅埋段爆破开挖及监测技术D.北京工业大学,2012.
