不同围岩条件下隧道超欠挖对支护体系的影响及控制措施

不同围岩条件下隧道超欠挖对支护体系的影响及控制措施

作者：张玉伟 王琪

来源：《中国科技博览》2013年第32期

摘要：在山岭隧道的施工中，无论采用何种施工方法，超欠挖问题都不可避免。对于超前法的传统看法是“宁超勿欠”，本文改变“宁超勿欠”的思想，提倡尽量“勿超勿欠”的原则，分析超挖在不同围岩条件下对支护体系的影响，而欠挖在围岩较好的条件下一定欠挖量对支护体系的影响不是很大，此外还提出了钻爆法施工超欠挖的控制措施，在以后的施工中可采取，尽量减少隧道超欠挖，提高效率。

关键词：隧道 超欠挖 钻爆法 支护体系 控制措施

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）32-461-01 随着高速公路、铁路的大规模修建，隧道无论是在规模上还是在数量上都有了长足的发展，其中以山岭隧道为主要代表，施工方法主要有钻爆法、TBM等。从工程实际出发，钻爆法有着独特的优势，施工投入小，无需大型机械，围岩条件限制低，基本能适应各种围岩的隧道施工，在今后的山岭隧道施工中仍然具有不可代替的地位。近年来，TBM施工的隧道也不断增长，说明TBM与钻爆法相比也有其独特的优势，采用TBM施工具有快速、连续作业、机械化程度高、安全、劳动强度小、对地层扰动小、辅助工程少的优点[1]。

但是无论采用钻爆法还是TBM都免不了在施工过程中产生超欠挖的问题，而产生的超欠挖现象对隧道支护有显著影响，因此超欠挖问题应该得到重视。 2不同围岩条件隧道超欠挖对支护体系的影响

2.1 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩条件下隧道超欠挖对支护体系的影响

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩条件较好，坚硬完整，根据实际施工经验，此条件下岩体自稳能力较好，开挖一定时间内甚至很长时间内可以自稳，初期支护受力较小，二次衬砌基本不受力只是起到饰面和安全储备的作用。围岩较为坚硬，开挖难度相对大，若是超挖，则会增加工程造价，浪费人力物力财力，超挖的部分经过混凝土补喷会与围岩紧密接触咬合，对切向剪力起到分配作用，使初期支护的受力更合理，因此，适当超挖对初期支护影响不大，在一定意义上说还能使其受力更合适。而欠挖部分会突入初期支护，因此在施作二次衬砌的时候会造成欠挖的部分二次衬砌厚度减小，但是作为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩的二次衬砌只是作为饰面和安全储备的作用，只要欠挖部分在其合理值之内对二次衬砌的影响可以忽略不计。

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得到以下结论：在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩条件下的超挖、欠挖只要控制在可接受的范围内，其对支护体系的影响可以忽略，超欠挖形成的凹凸状可以使围岩与喷射混凝土充分咬合，均匀分配剪应力，在一定意义上说，支护体系受力更好了，因此，这种条件下，允许有一定范围的超欠挖。

2.2 Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下隧道超欠挖对支护体系的影响

Ⅳ、Ⅴ级围岩条件相对较差，隧道开挖后围岩有一定的自稳能力，但是自稳时间很短，此时，初期支护就显得尤为重要，其受力条件是我们关注的要点，理论上二次衬砌要等初期支护和围岩变形稳定之后才施作，二次衬砌只是作为一种安全储备，但是我国现有的施工技术还没有达到这一点，Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下，二次衬砌多数还是要承载的。因此，超欠挖对初期支护和二次衬砌的承载能力有显著的影响。此时，控制隧道超欠挖有一定的困难，超挖固然浪费成本，增加工程造价，但隧道超挖对初期支护稳定性的影响相对还小，只要把超挖的部分用喷射混凝土补喷完整，超挖对隧道初期支护影响不是很大。隧道欠挖不可忽视，此时欠挖会造成喷射混凝土厚度不足，而喷射混凝土厚度是衡量其好坏的重要指标，是保证其承载能力的重要因素，因此欠挖导致的结果将会严重威胁隧道支护体系的稳定性。

得到结论：在Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下，隧道超挖对支护体系有影响，但是不大，应尽量减少超挖；隧道欠挖会严重影响初期支护和二次衬砌厚度，从而导致其强度承载力不足，因此，此围岩条件下应严禁欠挖，对欠挖的部分进行扩挖后再支护，以保证初期支护和二次衬砌厚度。 2.3 Ⅵ级围岩条件下隧道超欠挖对支护体系的影响

Ⅵ级围岩条件下，初期支护和二次衬砌尤为重要，两者皆起到承载作用，而隧道超欠挖直接影响初期支护和二次衬砌的承载能力，因此隧道超欠挖必须着重关注。Ⅵ级围岩自承能力很小，大部分荷载直接作用在支护体系上，隧道超挖形成的坑极易产生应力集中现象，对支护的受力极为不利，隧道超挖必然会造成围岩的扰动增加，这在一定程度上对围岩的稳定也极为不利，因此，应尽量避免超挖；欠挖部分则会侵入支护体系，造成初期支护和二次衬砌厚度不足，而初期支护和二次衬砌都是重要的承载结构，若是厚度不足可能直接导致开裂甚至造成塌方。因此欠挖也要严格控制。

得到结论：Ⅵ级围岩条件下，隧道超挖和欠挖对支护体系皆有不利影响，超挖应力集中现象严重，增加围岩扰动；欠挖造成初期支护和二次衬砌厚度不足，从而导致他们的强度不足，容易产生塌方等病害，因此，应严格控制超欠挖，尽量保证开挖轮廓线和设计轮廓线一致，保证支护体系的稳定性。 3超欠挖的控制措施

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由以上分析可知，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩对欠挖都很敏感，Ⅵ级围岩对超挖尤其敏感，因此在施工中应采取一定的措施，控制超挖和欠挖，保证工程的质量[3]。 3.1严格执行新奥法思想，尽量减少超欠挖

新奥法的基本原则是：少扰动，早喷锚，勤量测，紧封闭。少扰动要求采用控制爆破技术，减少对围岩的扰动，控制超欠挖，使开挖轮廓线和设计轮廓线基本一致。同时，应改变“宁超勿欠”的思想，树立“少超少欠”的思想，把超欠挖控制在允许的范围之内[4]。 3.2提高测量技术，减少预留误差，控制人为超挖

测量是控制超挖的基础，提高测量精度是控制超挖的措施。施工中应尽可能采用先进的测量仪器和先进的测量手段，提高测量人员的测量水平，经常进行仪器的校核等，降低预留误差，减少人为的超挖。

3.3采用先进钻孔设备，提高钻孔精度

钻孔精度直接关系的爆破效果，即直接影响超欠挖效果。因此提高钻孔精度是控制超欠挖的有效措施，首先尽可能采用先进的钻孔设备，降低客观因素的额影响，还要加强钻孔人员的培训，使他们熟练掌握钻孔技术，确保钻孔的孔位、孔深、倾斜度。此外加强监督机制，对于不合格的孔应重打，从而保证爆破效果，减少超欠挖。 3.4提高爆破技术和爆破质量

爆破效果直接控制隧道的超欠挖，超欠挖的要求越高对爆破技术和爆破质量的要求就越高，施工中应采用预裂爆破和光面爆破等控制爆破技术，精心设计，提高装药质量，周边眼可采用间隔装药方式，增加炮眼的线装药高度，提高炮眼痕迹保存率。爆破完成后，检查爆破质量，进行反馈设计，力求下次爆破尽量减少超欠挖。 4结语

就当前的施工方法而言，不管采用何种施工方法，隧道超欠挖都不可避免。在不同围岩条件下，钻爆法开挖的隧道产生超欠挖对支护体系的影响是不同的，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩支护体系对隧道超欠挖不很敏感，而Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩支护体系对超欠挖非常敏感，因此应采取提出的各种控制措施，尽量减少隧道超欠挖，保证支护体系强度和稳定性，减少施工中病害产生。相信随着人员意识和爆破技术的提高，隧道超欠挖一定能控制在允许的范围之内。 参考文献：

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[1] 中华人民共和国行业标准，公路隧道设计规范（JTGD70-2004），北京，人民交通出版社，2004.

[2] 于书翰，杜谟远隧道施工[M]北京：人民交通出版社，1999.

[3] [1]王正美，景佳佳，刘仁达 隧道超欠挖的控制途径[J] 公路交通科技（应用技术版），2009，06：172-174.

[4] 关宝树，隧道工程设计要点集[M]，北京，人民交通出版社，2003.

[5] 周佳媚，高波，李志业 TBM施工隧道超欠挖对围岩及支护结构影响分析[J] 地下空间，2003，02：124-127+223.