公路隧道水平薄层围岩超欠挖控制技术

公路隧道水平薄层围岩超欠挖控制技术

邹小东

中铁五局集团成都工程有限责任公司 四川成都 610000

摘要：近年来，随着我国高速公路建设的飞速发展，隧道施工中各式各样的围岩层出不穷，本文以宜宾至威信高速公路上罗隧道为例，对水平薄层围岩进行了研究，根据水平薄层围岩的特性，分析总结了隧道超欠挖原因以及切实有效的超欠挖控制技术，以期能有效的降低水平薄层围岩对隧道施工带来的不良影响，为后续该类隧道的设计和施工提供参考。

关键词：特长公路隧道；水平薄层围岩；超欠挖

1.引言

水平薄层围岩是指产状呈水平或近水平（水平夹角小于10°）的岩层。水平岩层在自然界中分布较广，在工程建设中会遇到大量由水平岩层所带来的施工问题，尤其是隧道施工。水平薄层是层厚小于30cm的岩层，其稳定性较差，隧道开挖后拱顶部位围岩极易出现开裂、脱落、掉块，甚至溜塌等现象，导致初期支护中超挖回填喷射混凝土超耗大，施工成本高，施工进度缓慢，并且危害隧道结构稳定和施工安全。但目前国内还没有针对水平薄层围岩隧道的系统研究资料，基本上都是按正常岩层隧道的经验进行设计和施工，对该类岩层的特性及隧道施工技术并没有从本质上加以认识和研究。因此，对水平薄层围岩特性及其隧道施工技术进行认真研究，具有深远的社会价值和重要的现实意义。

2.工程概况

上罗隧道是宜宾至威信高速公路的控制性工程，设计为双线双洞隧道，左线起止桩号ZK23+112～ZK30+178，全长7066m，右线起止桩号K23+120～K30+164，全长7032米。隧道最大埋深482m，开挖断面面积110m2，最大开挖宽度12.86m，高度10.49m。上罗隧道围岩洞身主要由泥岩、泥质灰岩、灰岩组成，分布于隧道不同段落，全隧岩层走向均为水平产状，洞身围岩以软岩-硬岩为主，受地质构造影响较强烈，裂隙较发育，层间结合一般，岩体整体呈水平产状结构，岩石以中风化居多，洞口段均为强风化围岩。岩层结合面一般，岩层产状平缓，拱部易发生坍塌及掉块。

图一：上罗隧道拱顶水平薄层围岩

3.超欠挖对隧道施工的影响

隧道施工过程中经常会遇到超欠挖问题，大的超挖不仅会造成施工成本的增加，而且影响了施工进度，进而影响了整个项目的效益。通过对上罗隧道实际爆破开挖过程的现场调研，在现有隧道爆破参数的条件下，水平岩层地段超挖主要发生在起拱线以上位置，尤其是拱顶，几乎无残留炮痕，爆破后岩体极易沿拱部某一层理面整体脱落，形成平如桌面的平顶现象。

4.水平薄层围岩隧道施工超挖原因分析

通过对上罗隧道开挖的长期调研，分析总结了造成隧道超挖的几个主要原因：

4.1主观因素

（1）进行钻孔作业时，未对掌子面钻孔进行定位，精度要求不严，导致钻孔位置选择不当，外插角过大，从而造成超挖。

（2）施工作业人员的技术水平不高，相关施工工艺不熟练，责任心不强。在进行相关爆破作业时，由于对炮孔间距、装药结构与药量选择的不合理，造成爆破参数不当，从而造成超挖。

（3）开挖进尺控制不严，隧道施工往往为了提高进度而增加每循环进尺，导致外插角孔底距开挖标准线距离较远，从而造成超挖。

4.2客观因素

（1）爆破作业扰动：水平岩层节理发育，夹薄层泥质填充物，层间结合力很差，断层、节理、层理等裂隙和开挖临空面对隧道围岩形成切割。爆破开挖作业时，水平炮孔最小抵抗线垂直于水平岩层，震波压缩炮孔附近岩体且向外传播，导致岩层间粘结性被破坏，岩体发生松动或直接剥落，形成“平顶、掉块、剥落、崩塌”等超挖情况。

（2）隧道开挖应力释放：隧道爆破开挖后洞周应力重新分布，受地应力影响，洞周岩体向临空面运动，由于水平岩层特殊层理构造，部分岩体会被挤出，从而在隧道临空面产生位移，导致岩体鼓胀、破裂、折断、松动等。为保证作业安全及质量，爆破开挖后需进行必要的找顶及排险作业，将松动围岩剥离，从而进一步加大了超挖量。

（3）地下水影响：隧道开挖后，地下水原有平衡被破坏，将向隧道空间移动，造成对洞周岩体的软化，同时润滑结构面，使围岩强度与结构面黏合力进一步降低，产生挤出、弯张脱落等现象，在有水条件下对隧道超挖量的影响会相对更大些。

5.超挖的控制措施

5.1提高测量技术水平

测量是控制超挖的基础，在施工中，要利用现代化、高精密仪器和先进测量手段进行测量，较少预留误差以满足施工要求。

要提高测量工作精度，提高画弧精度是十分重要的。施工中要控制中线，将开挖轮廓线放样于掌子面上，用喷漆画出轮廓线，这样，即可取消预留放样误差，减少人为超挖现象。

5.2提高钻孔技术水平

提高钻孔精度是防止超挖最重要的措施。使超挖限制在最小范围内，必须对司钻人员进行培训，使他们熟练掌握钻孔技术。司钻工必须按操作细则和布置的孔位进行施钻，要保证规定的孔位、孔深、倾斜度等。台车钻孔实行定人、定位、定钻，将上个循环的钻孔效果结合起来。开挖台车轴线和线路中线重合平行，保证钻臂推进器水平，钻好的炮眼应进行验收，不合格重打。

5.3合理确定开挖进尺

在开挖作业中，实行工序循环制，为了减少工序循环时间，在岩质较好的情况下可增大循环进尺，以获得较好的施工进度。但由于钻孔倾斜影响，降低了炮眼利用率，增大了炸药消耗和循环时间。如果缩短循环进尺，可以使平均线性超挖得到有效控制，因此，缩短开挖进尺以期减少外插角造成的超挖是一个有效的措施。合理开挖进尺的确定受如下因素制约：①隧道地质条件；②施工组织能力; ③循环作业时间；④装渣机械及运输能力; ⑤工期及进度要求等。 

在确定开挖进尺时要统筹考虑，并且根据现场围岩情况进行动态调整，进尺较大时钻孔必须采用长短眼结合的方式，以获得最佳的工程进度和经济效益。

5.4提高装药质量

在隧道爆破施工中要精心地进行钻爆设计，合理地选择钻孔参数提高装药质量，孔口用水袋或炮泥堵塞，用最少的炸药达到最好的开挖效果。爆破后，要进行轮廓断面测量检查，找出各处超欠挖值，并及时反馈到施工中去，根据地质条件和爆破效果动态调整，以达到减少超欠挖的目的。在水平软弱岩层施工时，围岩自稳能力差，由于爆破扰动，极易造成超挖。如果爆破设计不当，会造成大量坍塌，因此要提高爆破技术，树立“少欠少超”的观念。

5.5加强现场施工管理

良好的施工管理和组织，对减少超挖具有十分现实的意义。在控制隧道超欠挖中，建立一个比较完善、系统的质量保证体系，对作业全过程及相关因素实行严格科学的管理是非常重要和必要的。现场管理工作与组织主要指人员组织、作业安排、技术交底，效果反馈以及相应技术标准的制定等来保证技术的实施。对测量、钻眼和爆破设计，要有措施，有制度，岗位责任到人，有检查办法，有奖惩办法，要指定专人抓这项工作，使之形成岗位制度，抓出成效。

6.结语

在现代公路隧道施工中，超欠挖问题不可避免。超欠挖问题严重影响施工的有序进行，增加施工成本，导致工期的延误。只有运用行之有效的措施，才能尽量避免超欠挖问题对施工造成的影响。        通过以上对上罗隧道超欠挖过程控制的研究，项目在隧道超欠挖控制方面取得了不错的成绩，对超欠挖控制技术有了比较清晰的了解，但在以后的施工中，还应不断的进行总结完善，推动隧道施工超欠挖控制技术的不断发展与进步。

参考文献

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