钻孔精度对控制隧洞超挖的影响分析

李纯林

(云南省水利水电科学研究院，昆明650228)

控制超挖技术一直是隧洞施工中经常面对的问题，虽然说光面爆破技术已经比较成熟而且日益成为隧洞开挖中的常规方法，但由于钻孔人员技术参差不齐，以及施工管理不善等原因，在实际隧洞开挖施工中“光爆不光面”，超挖过大甚至造成严重坍塌等现象仍时有发生。目前由钻孔精度不高造成的超挖是个严重而普遍的问题。它对隧洞施工的进度和成本控制有着不容忽视的影响。在超挖严重的情况下，对隧洞的稳定性和正常运行也会产生一定的影响。

1 工程概况

文山县暮底河水库位于云南省文山壮族苗族自治州州府所在地文山县城西北部，距文山县城13 km。暮底河水库是一座以灌溉和防洪为主，兼顾城镇供水、调节下游梯级电站、改善生态环境等综合利用功能的中型水库。2010年，暮底河水库枢纽工程荣获中国水利工程优质(大禹)奖。

暮底河水库控制径流面积307 km2，最大坝高67.1 m，总库容5 784.9万 m3，兴利库容4 572.14万m3。灌溉面积0.35万hm2。提供城市工业生活用水2 451万m3/a。减轻洪水对文山县城的威胁，使文山县城从2 a一遇的洪水标准，结合文山城河堤整治，提高到20 a一遇的洪水标准。对下游电站进行枯期调节，增加已建电站枯期发电量4 700万kW·h。

水库拦河坝为黏土心墙灰岩堆石坝，最大坝高67.6 m;左岸开敞式溢洪道，控制段宽8 m，校核泄量252.7 m3/s;右岸导流放空隧洞，城门洞型，最大泄量73 m3/s;右岸输水隧洞，圆形，直径3.0 m，全长3.43 km，过流量8.0 m3/s。

2 隧洞的工程地质条件

输水隧洞为圆形，位于大坝右岸，直径2.5 m，输水隧洞沿线所经地层主要为灰岩区，隧洞埋深40～100 m，岩溶较发育，型式为溶蚀洼地、漏斗、溶洞。岩性主要为灰岩，生物碎屑灰岩，节理裂隙发育。基岩呈微风化，层状结构，属Ⅱ～Ⅲ类围岩，局部IV类围岩，洞身位于地下水之下，涌水量大。

3 隧洞超挖对工程的影响

根据《水工建设物地下开挖工程施工技术规范》(SL/378—2007)的规定。一般情况下地下洞室不应欠挖，且应尽量减少超挖。其开挖半径的平均径向超挖值，平洞≤200 mm;斜井竖井≤250 mm。不良地质地段超挖值的控制标准可由监理工程师组织相关人员商定后报建设单位确定。

超挖引起多装、多运碴、超挖空间还要用混凝土回填或其它回填物，从而造成人工、工期和材料、生产管理成本的超额消耗。另外根据现行工程招投标的一些规定，超出设计开挖线以外的超挖，及其在超挖空间内回填混凝土或其它回填物、喷混凝土等所发生的费用，均应包括在《工程量清单》该项目的单价中，发包人不再另行支付。这样施工单位运行成本大量增加。超挖也给后续作业，如后期喷混凝土等施工作业造成一定困难。

4 隧洞超挖控制施工技术

施工初期，由于对隧洞的地质情况了解不深，加之施工人员的作业水平和施工管理水平不到位，施工测量放线、钻孔技术精度不高，造成钻孔位置偏差和钻孔方向偏差，超挖比较严重，平均超挖值达30 cm，最大达到50 cm。

针对施工中出现超挖的问题，监理工程师和施工方结合施工现场的条件，对造成隧洞超欠挖的地质条件，测量布孔和钻孔误差，选择的爆破参数不合理，施工管理不到位等因素进行了分析研究。并根据对相关隧洞开挖工程276个开挖循环的调查统计资料的成果，对影响隧洞超挖的因素可以归纳为以下几点:①钻孔精度;②爆破技术;③施工组织管理;④测量放线;⑤地质条件变化;⑥其它。其中以钻孔精度对超欠挖影响最大(44.2%)，其次是爆破技术(20.3%)、施工管理(17.6%)、测量放线(7.6%)、地质条件变化(6.1%)、其它(4.2%)。影响超挖因素调查表见表1，超挖影响因素统计分析图见图1。

表1 影响超挖因素调查表

图1 超挖影响因素统计分析图1.钻孔;2.爆破技术;3.施工管理; 4.测量放线;5.地质变化;6.其他

因此，控制超挖的重点是控制钻孔精度，重点控制钻孔的倾角、走向、平行度，以上统计分析的结果与当前的施工实际情况是符合的。

钻孔精度对隧洞超挖的影响主要是周边炮孔的外插角θ、开口位置e和钻孔深度 L，它们与超挖高度 h有如下的关系:

超挖h与开口位置e、外插角θ、钻孔深度L示意图，见图2。

图2 超挖h与开口位置e、外插角θ、钻孔深度L示意图

上式表明，随着外插角θ和钻孔深度L的增大，h增大。L是一个钻孔深度的设计指标，可以在施工中加以控制，在其他条件一定时采用较浅的钻孔爆破对减少超挖是有利的;θ主要取决于司钻工的操作水平和采用钻机的某些性能;此外由于钻孔作业覆盖空间所限，以及受隧洞形状的影响，拱部1 800范围内，应控制上仰角θ，而在两侧边墙部位应控制水平的外插角θ，对底板则应注意下插角。

目前一般小断面隧洞开挖采用气腿式风动凿岩机钻孔，通常，钻机都有一个外缘高度约10 cm，为保证后续开挖能正常钻孔，就必须有一个超挖高度hd=10 cm(即超挖控制的下限)。

根据上述的分析，施工中一方面加强技术培训和调换熟练工人进行操作。另一方面加强质量管理，建立工序(测量放线、钻孔、装药爆破等)质量控制的管理体系，把责任层层分解落实到每一个人。

施工中严格按照设计钻孔参数进行施工，保证钻孔质量，每一循环前由测量工程师对钻孔孔位进行放样测量，所有钻孔完成后由质检人员进行验孔。做到准、正、平、直、齐，“准”指在设计孔位上准确开孔;“正”指钻孔方向要正确，不能偏斜;“平”指孔位应相互平行;“直”指各孔顺直，不弯曲;“齐”指钻孔均要设计孔深，孔底在同一平面上，合格后进行装药爆破。每一循环测量放样并对开挖出来的洞壁进行超挖检测，并把超挖检测结果反馈至钻孔班组，对施工过程中出现的情况进行分析研究，采取必要措施确保超挖控制在水利隧洞施工规范《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》容许的超挖值20 cm以下。

5 结语

在暮底河水库输水隧洞开挖完成的3 400 m中，残留炮孔痕迹在开挖轮廓面上均匀分布，微弱风化岩石残孔率≥85%，基本无欠挖，超挖值均控制在20 cm以内，实现了预期光面的控制效果。

通过3 400 m的隧洞开挖施工经验的积累，对隧洞施工控制减少超挖取得了一些经验和教训。由于钻孔引起的超挖是不可避免的，但是可以控制，良好的钻孔技术可以使超挖控制在一定的水平之内，因此，研究和实施控制超挖的技术在隧洞施工中是十分重要的。

［1］ DL/T 5129—2001碾压式土石坝施工规范［S］.北京:中国电力出版社，2001.

［2］ SL260—98堤防工程施工规范［S］.北京:中国水利水电出版社，1998.

［3］ JTG—F10—2006公路路基施工技术规范［S］.北京:人民交通出版社，2006.