隧道超欠挖控制技术探究——以钻爆法为例

丁守运

（青岛西海岸新区交通运输局，山东青岛 266400）

1 引言

隧道施工是一项高度复杂且精密的工程，其中，超欠挖问题是困扰工程师们的一大难题。 寻求一种有效的控制技术减少钻爆法施工中的超欠挖问题，提高隧道施工的质量和效率，成为一项紧迫的任务。

隧道超欠挖的控制技术研究不仅有助于优化钻爆法施工工艺，提高施工效率，更能为隧道工程的安全和质量提供保障。有研究表明， 通过深入探讨钻爆法施工过程中的各种因素，如地质条件、钻爆参数、施工操作等对超欠挖的影响，可以寻找出有效的控制措施，以减少超欠挖的发生[1-2]。 此次研究旨在以钻爆法为例，对隧道超欠挖的控制技术进行深入研究。 通过分析和总结已有的研究成果，并结合实际工程经验，探讨如何在保证隧道施工效率的同时，提高超欠挖控制的效果，为未来的隧道施工提供有价值的参考和借鉴。希望本研究能为解决隧道施工中的超欠挖问题，提高隧道工程的质量和安全性作出贡献。

2 钻爆法概述及其在隧道挖掘中的应用

2.1 钻爆法原理及特点

钻爆法是一种常用的隧道掘进方法， 它利用爆炸能量破碎地层，快速开挖并形成隧道。 其原理是通过钻孔将炸药放置在隧道工作面上，然后引爆炸药，产生爆炸能量来破碎地层，达到开挖隧道的目的。 钻爆法的步骤一般包括图1 所示的8个主要过程。

图1 钻爆法主要施工步骤

在钻爆法进行施工前， 对地质的勘探和岩石性质的分析是非常关键的步骤。 通过这些勘探和分析，工程师们能够确定最合适的钻爆参数和方案，为后续的施工提供重要的依据。 钻孔的布置、钻孔的过程、质量的检查，以及装药、连接导爆管和密封等步骤，都需要严格按照预定的方案和设计来执行，确保每一个细节都做到位。 调整爆破参数也是一项十分关键的工作，它直接影响岩石的破碎效果。 钻爆法之所以被广泛采用，是因为它具有作业速度快、适应性强、成本低、施工灵活等诸多优势，尤其在处理硬地质和岩石时，这种方法尤为高效。 然而，它也存在一些风险，如炸药的储存和使用安全，以及振动和噪声对周边环境的影响。 因此，严格遵守安全规范和采取必要的防护措施，是确保施工安全的不二法则。

2.2 钻爆法在隧道挖掘中的应用

在隧道挖掘中，相比传统的机械挖掘方法，钻爆法可以快速破碎硬质岩石，节约了大量的时间和人力资源。 其次，钻爆法适用范围广泛。 不同类型的地质条件和岩石性质会对隧道开挖造成不同的影响， 但钻爆法能够应对各种地质条件。 此外，钻爆法成本较低。 相比其他挖掘方法，钻爆法的设备和操作成本相对较低。 同时，由于钻爆法可以快速完成开挖任务，能够减少工期，从而降低了劳动力和管理费用。

然而，钻爆法在应用中也存在一些挑战。 首先，对于一些敏感地区或者需要保持地表稳定的地方， 使用钻爆法可能会引发地质灾害，需要采取相应的控制措施。 其次，爆破产生的振动和噪声也会对周边环境和居民造成一定的影响， 需要采取防护措施来减少对环境的影响。 例如，在西海岸黄山齐长城隧道爆破施工前，为确保安全，一是为做好青盐铁路保护，会同铁路部门办理了涉铁保护； 二是组织距离隧道爆破施工较近的王台街道石灰窑西村部分老旧房屋住户进行统一搬迁；三是为做好齐长城遗址保护，依法履行文物保护审批程序，确保文物安全。

综上，钻爆法高效快速、适用范围广泛和低成本等优势，使得钻爆法成为隧道挖掘中的重要工具。 然而，在应用过程中也需要注意对地质环境和周边环境的影响， 采取相应的控制措施，以保证工程质量和安全[3]。

3 钻爆法在隧道超欠挖中的控制技术

3.1 钻爆法的超挖控制技术

钻爆法的超挖控制技术是指在进行爆破作业时， 针对可能出现的超挖现象采取的一系列措施和技术手段。 超挖是指在爆破作业中，爆破区域的挖掘深度超过设计要求，给工程施工带来不利影响。

钻爆法的超挖控制技术主要包括爆破参数优化、 爆破设计精确化、应用监测技术以及施工操作规范化。 其中，爆破参数优化是合理选择和控制超挖的关键，包括装药量、孔距、孔深和起爆方式等参数的选择和调整， 以达到爆破效果的稳定和控制挖掘深度的目的。 此外，可以通过精确的爆破设计控制爆破效果，减少超挖现象的发生。 而采用先进的监测技术，如振动监测、位移监测等，可以实时监测挖掘区域的变形情况。通过监测数据的反馈，及时调整爆破参数和施工方式，以减少超挖现象的发生。 最后，合理的施工操作是控制超挖的关键。通过培训和指导施工人员正确操作爆破设备， 掌握爆破技术要点，严格按照规范操作，可以有效降低超挖的风险。 钻爆法的超挖控制技术是爆破工程中非常重要的一环， 通过优化爆破参数、精确爆破设计、应用监测技术、规范施工操作，可以有效地控制超挖现象的发生，保证工程的施工效率和质量。

3.2 钻爆法的欠挖控制技术

在进行钻爆法施工的过程中，欠挖控制是一项关键的技术，它关乎工程的稳定和安全，因此，这项技术的重要性不容忽视。

钻孔布置和爆破参数的设计是欠挖控制的首要任务。 钻孔的位置、深度和角度都要经过详细的计算和设计，确保爆破时，岩石或土壤能够得到有效的破碎，同时避免过度开挖。 这需要工程师具备丰富的经验和深厚的专业知识， 对爆破原理和地质情况有深入的了解。 爆破序列和引爆时间的控制也是欠挖控制中的重要环节。 合理的爆破序列可以确保岩土破碎的均匀性，避免某些部位过度破碎，而其他部位欠挖。 引爆时间的精确控制，可以使爆破的效果达到最佳，减少欠挖现象的发生。 除此之外，施工过程中的监测和调整也是必不可少的。开挖深度要及时进行监测，一旦发现欠挖现象，要立即调整施工方案。 可以通过地下水位、开挖面的变形等指标进行监测。这些监测数据可以为工程师提供宝贵的参考， 帮助他们判断施工效果，并对施工方案做出及时的调整。

综上，欠挖控制技术在钻爆法施工中扮演着关键的角色，它不仅关系到施工的效果， 更对工程的安全和稳定起着决定性的作用。 因此，施工人员必须充分重视这项技术，确保施工的顺利进行。

4 钻爆法在隧道超欠挖控制中的应用实际效果分析

以下对研究中涉及的钻爆法超挖控制技术和钻爆法欠挖控制技术进行实际应用效果验证。

案例隧道位于青岛西海岸新区G204 烟沪线黄山段，是一条重要的交通通道。 该隧道的设计长度约为1.49 km，下穿齐长城遗址，东临青盐铁路，地质条件多变。 在施工过程中，隧道面临着多种技术挑战，包括围岩稳定性差、地下水丰富、岩石硬度高等。 为验证超挖控制技术的有效性，研究选用爆破参数优化、爆破设计精确化、监测技术以及施工操作规范化4 种方法对其进行实验对比分析：爆破参数优化方法设为方法A，爆破设计精确化设为方法B，监测技术设为方法C，施工操作规范化设为方法D，4 种方法的结合设为方法E。

为了验证欠挖控制技术的有效性，选用钻孔布置和爆破参数的设计、爆破序列和引爆时间的控制以及施工过程中的监测和调整3 种方法进行试验对比分析。将钻孔布置和爆破参数的设计设为方法F， 爆破序列和引爆时间的控制设为方法G，施工过程中的监测和调整设为方法H。 3 种方法的结合设为方法I。试验选用的超挖技术的评价指标为超挖量，欠挖技术的评价指标为欠挖量。 不同方法的试验对比结果如图3 所示。

图3 不同方法的超挖量及欠挖量结果

由图3a 可知，在钻爆法的超挖控制技术中，结合4 种优化方法的方法E 的超挖量仅为3.22 cm，相比于其余几种方法分别降低了6.03 cm、4.59 cm、5.36 cm、4.18 cm。说明结合爆破参数优化、爆破设计精确化、监测技术以及施工操作规范化4种方法的优化方案能够有效改善超挖控制技术的性能， 对改善隧道施工的质量和安全性具有积极的指导作用。

由图3b 可知，在钻爆法的欠挖控制技术中，结合3 种优化方法的方法I 的欠挖量仅为1.38 cm，相比于其余几种方法分别减少了2.94 cm、3.61 cm、2.72 cm。 说明结合钻孔布置和爆破参数的设计、爆破序列和引爆时间的控制，以及施工过程中的监测和调整3 种方法的方法I 能够有效改善欠挖控制技术的性能。

5 结论

为隧道施工提供有效的超欠挖控制方法和技术有助于提高隧道施工的质量和安全性。 研究针对钻爆法的超欠挖控制技术，分别提出了多种优化设计方法。 结果显示，在钻爆法超挖控制技术中， 方法E 通过将爆破参数优化、 爆破设计精确化、监测技术以及施工操作规范化4 种方法相结合，使超挖量仅为3.22 cm，相对于其他单一方法，超挖量降低了6.03 cm，表现出更为优异的性能。 优化方案对改善隧道施工的质量和安全性起到了积极的作用。 同样，在钻爆法欠挖控制技术中，方法I 通过结合钻孔布置和爆破参数的设计、 爆破序列和引爆时间的控制以及施工过程中的监测和调整3 种方法， 使欠挖量仅为1.38 cm，相对于其他单一方法，最大减少了2.94 cm，再次证明了其有效性。 说明无论是超挖控制还是欠挖控制，通过综合运用不同的优化方法，都可以显著改善钻爆法的性能，从而提高隧道施工的质量和安全性。 但本研究主要是关注了钻爆法中超欠挖控制方法和技术， 未涉及其他可能影响隧道施工质量和安全性的因素， 未来研究将进一步探究隧道超欠挖控制的综合方法和措施。