隧道超欠挖对成本的影响

<河港工程>2002年第一期 隧道超欠挖对成本的影响 中港二航局航联公司 李 凡 李 爽 摘 要 本文分析 了影响孤山隧道开挖超欠挖的几种因素 ：包括钻孔、爆破及围岩条件 等，以及超欠挖对隧道施工成本的影响关系．通过实测资料．说明孤山隧道中超欠挖现象是 比较严重的，对增加施工成奉产生了较大影响，应引起现场管理人 员的足够重视。 关键词 隧道 超欠挖 成本 爆破 钻孔 1 概述 焦作至晋城高速公路孤山 1 隧道进出 口两端为第四系 ( )残坡积 (Q．1 )：岩 土体呈松散 中密或可塑状态 ，围岩的稳定 性较差 ，隧道开挖时拱部易坍塌 ．侧壁易失 稳：洞 身 主 要 穿 越 奥 陶 系 上 马 家 沟 组 (02s) 层间结合力较好 ，呈中厚砌体结构 ， 下部岩性段层间结合力较差 ，呈碎石状镶嵌 结构．隧道开挖时，产生掉块 ，局部产生小 的塌方 。 孤山 2 隧道 (左线 )进出口两端为第 四系 (Q4)残坡积 (Q “’)：岩土体呈松散 一 中密或可塑状态，围岩的稳定性较差，隧 道开挖时拱部易坍塌 ，侧壁易失稳；洞身主 要穿越 奥陶系下马家沟组 (02x)：层问结 合力较差．多有分离现象 ，呈碎块状镶嵌结 构 ．隧道开挖时，拱顶可能产生塌方。 孤山 2 隧道 (右线)进 口端为第 四系 (Q4)残坡积 (Q )：岩土体呈松散 一中 密或可塑状态，围岩的稳定性较差 ，隧道开 挖时拱部易坍塌，侧壁易失稳；洞身主要穿 越奥陶系下马家沟组 (02X)：层 间结合力 较差 ，多有分 离现象 ，呈碎块状镶嵌结构 ， 隧道开挖时，拱顶可能产生塌方。 孤山 1、2号 隧道洞室所穿过围岩类别 划分见 1。 孤山隧道岩石分类情况表 表 1 隧道名称 Ⅱ类 (m) Ⅲ类 (m) 明洞 (m) 合计 (n1) 孤山 1 遂道 60 60 10 130 孤山 2 遂道 (左线 ) 18o 5 185 孤山 2 遂道 (右线) 540 8 550 合计 60 782 23 865 由于围岩地质特性较差 ，再者隧道施工 机械装备普遍较差 ，隧道的开挖主要采用钻 爆法，因此在隧道开挖过程中，极易造成较 大的超欠挖。对超欠挖的处理 ．将消耗较大 的人力和物力 ，给施工单位造成较大的经济 损失 ，从而增加施工成本 ．同时还将影响工 程质量和进度。 2 造成隧道超欠挖的因素 2．1 炮孔精度影响 钻凿炮孔时 ，操作人员往往只考虑开孔 容易和操作方便 ，不在标定位置上打眼．特 别是钻周边孔时，造成眼距控制不准、钻杆 外插角 控制不好 ，忽大忽小、炮孔 间不平 维普资讯 http://www.cqvip.com (河港工程>2O02年第一期 67 行 ，忽上忽下、孔长探浅不一 ，导致超欠挖 严重。在隧道周边 开挖时都会 发生。因此， 钻凿炮孔是造成隧道超欠挖 的主要 因素之 0 2．2 炮孔深度影响 在钻杆 外插 角一 定的情况下 ，炮孔 越 探 ，钻杆外插距离越大 ，对隧道造成的超挖 量也越大。因此 ，炮孔深度也是造成隧道超 欠挖的主要 因素之一。 2．3 装药量的影响 根据围岩情况确定炮孔数量、孔深和装 药量，但在实际施工中，往往出现个别炮孔 或所有炮孔装药量过大，或减少炮孔而增加 所有炮孔装药量的现象，从而造成较大的超 欠挖。因此 ，装药量也是造成隧道超欠挖的 主要因素之一。 2．4 起爆影响 隧道 开挖时，炮孔按掏槽孔、辅助孔、 周边孔三层次布设 ，一般起爆顺序为先起爆 掏槽孔 ，再起爆辅助孔 ，最后起爆周边孔。 通过使用非电毫秒雷管的段位差来区分起爆 的先后。但在实际施工中，由于工作失误 ， 检查不仔细 ，会发生遗漏某孔引线、同段引 线簇联得不紧密或联 内忘记安放引爆雷管、 引线打结、拆断、一个簇联内引线过多 、炮 孔内雷管段位错放 ，至使爆破未按设计 的次 序起爆，导致超欠挖较大。 2．5 围岩影响 Ⅱ类围岩 以奥陶系上马家沟组为主 ，隧 道开挖时拱部易产生掉块，局部产生小的塌 方 i Ill类围岩以奥陶系下马家沟组为主 ，隧 道开挖时拱部易产生塌方 ，由于围岩节理发 育，层面倾角小，层间较薄，为薄至中厚 层，因此 ，造成隧道超挖 以拱部为最。 3 孤山隧道实麝 超欠挖情况分析 对于孤山隧道实际超欠情况，我们使用 激光断面仪进行了现场实测，图 1 图3为 2 左线 KO+965 KO+975现场实测断面 图，其超欠挖情况见表 2。 一， 一 啪 ＼ 厂 ＼ ， ／ 6．o ＼ ／ ＼’ ， ， ● 0 ， ’ t O f k 9 “ ’ ～ ． ，．毒 i 图 l K0+965实涮开挖断面图 r—、 ．． 、'、 口0 ＼ ， 、 、 1 0 彳 Ⅶ l 枷 = ． ” 。 i二、n 岫{I一 ， l u 2 5 闰 2 1(0+970实澳I开挖断面图 flt 3 KO+975实测开挖断面图 维普资讯 http://www.cqvip.com (河港工程)2002年第一期 实测断面超欠挖面积统计表 表 2 桩 号 KO+965 K0+970 KO+975 断面 ( ) 73．6l 73．6l 73．6l 测量断面 ( ) 76．98 77．73 78．29 超挖面积 (m2) 4．58 5．50 6．25 欠挖面积 ( ) 1．2l 1．37 1．57 最大超挖 (cm) 46．3 42．6 66．2 最大欠挖 (crn) 2．2 12．4 14．2 由图 1一图 3及表 2可见 ，由于 以上因 素的影响 ，隧道开挖中超欠挖现象还是相当 严重的，应受到足够的重视。 4 超欠挖对成本的影响 4 1 超挖对成本的影响 超挖分为全断面超挖和某个部位超挖两 种。超挖后对成本造成的主要影 响是 ：①增 加了开挖量 ，从而增加了出渣量 ．增长了每一 循环的作业时问；②增加了初期支护量；③增 加了二次村砌的厚度。④ 因工程量 的增加 ， 延长了施工时间，从而增大了问接费用。 (I)全断面超挖成本的影响 全断面超挖如图 4所示。 ①增加开挖量 设计开挖面积为： s瑷l= rRl 一 (0．01745Rl d 一 2H -／R~2一H21 实际开挖面积为： s实1= (Rl+d1) 一 [0．01745(Rt+ d1) Ⅱ一2H~／(Rl+d1) 一H2] 则增加 开挖 面积 即增 加每 延米开挖量 为 ： ,6Sl=Vl=s l—s l= ( 一O．01745a) (2Rldl+d1 ) +2H [~／(R1+d1) 一H2一 ~／Rl 一H2] ②增加初期支护量 由于增加超挖厚度 dl，按在初期支护厚 度 d2不变的情况下，增加了断面支护长度。 设计支护面积为 ： s_出=2 ( +02／2)d2—0．01745 (R2 +d2／2) 实际支护面积为： s窭2=2 [R2+ (dl+d2)／2]d2— 0．01745[ + (dl+d2)／2]dd2 则增加支护面积即增加每延米初期支护 量为 ： △s2=V2=S 2一S_出 = (2re一0．01745a)dl02／2 图 4 隧道超欠挖示意图 维普资讯 http://www.cqvip.com <河港工程)2002年第一期 ③增加二次衬砌量 设计二次村砌面积为： S融 =27 (R3+d3,／2)南一O．01745(R3 +a3／2)ad3 实际二次村砌面积为： S宴3=2n[R3+ (dl+d3)／2](d1+南) 一 O．01745[R3+ (dl+d3)／2] 则增加支护面积即增加每延米二次衬砌 量为 ： △S3=v3=S实3一S国 = (2 一0．01745,0(R3dl+d1南+d1 ／'2) 式中：R1——隧道设计开挖半径 — — 隧道设计初期支护半径 — — 隧道设计二次衬砌半径 d1——超挖深度 d，——隧道设计初期支护厚度 出——隧道设计二次村砌厚度 }卜一 隧道园心至路面的距离 — 一 隧道园心至路面两侧的夹角 对于孤山隧道 Ⅲ类围岩 ，其各参数为： R1=5．78m d =0．35rnm =5．62m H = l_4125m =5．27m a=146．2o d2：0．16m 则增加 的开挖量 (v．、91．05元 )、初 期支 护量 (v2、789．33元／m3)、二次 村砌 量 (v3、354．2元／m3)以及超挖增加的成本 (C) 与超挖厚度(d1)关系见表 3和图5。 超挖厚度与初期支护量 、二次村砌量及成本的关系表 表 3 dl( ) vl(m2) v2( ) v3( ) C(元／m) dt(m) v1( ) v2( ) U ( ) C(元／m) l 0．244 0．0D3 O．21 98． 16 3．96l 0．0辐 3．404 l604．23 2 0．489 O．oo6 O．42 198．o2 17 4．212 0．o51 3．62 17o5．96 3 0．735 0．009 0．63l 研 ．B 埽 4．463 0．054 3．836 l807．69 4 0．981 0．012 0．842 3 ．03 19 4．715 0．057 4．052 l909．51 5 1．埘 0．015 1．晒3 496．53 2o 4．966 0．06 4．269 2ol1．59 6 1．474 0．018 1．265 596．48 21 5．219 0．0 4．487 2l14．21 7 1．．721 0．021 1．477 696．43 22 5．471 0．066 4．7∞ 22l6．74 8 1．968 0．024 1．69 7％．73 23 5．724 0．069 4．923 23l9．36 9 2．216 0．0Z7 1．903 897．12 24 5．卯8 0．072 5．141 2422．07 10 2．464 0．03 2．116 997．51 25 6．∞1 0．075 5．36 2525．o4 l1 2．713 0．033 2．33 1098．4 26 6．485 0．078 5．579 2628．11 l2 2．蛇 0．036 2．544 l199．2 凹 6．74 0．081 5．799 2731．62 l3 3．2l1 0．0∞ 2．758 l300 28 6．995 0．084 6．019 2835．13 l4 3．46l 0．o42 2． 3 l40l_3 29 7．25 0．087 6．239 2938．64 l5 3 711 0．045 3．188 l502．6 30 7．506 0．09 6．46 3042．59 从表 3与图 5中可看出，超挖的深度越 太．增加的成本越太。 (2)局部超挖对成本的影响 局部超挖后 ，对超挖部分必须用喷射混 凝土填补 ．因局部超挖呈片块状 出现，对成 本的影响主要在增加了开挖量和初期支护量 上 。 4．2 欠挖对成本的影响 根据 (公路隧道施工技术)(JTJ042 — 94)规定 ，隧道开挖要尽量超挖，严格控 制欠挖。欠挖后 ，必须对欠挖部分进行二次 开挖处理 ，如控制不好，又会造成新的局部 超挖 ，因此对欠挖的处理既要花费较多的时 间，同时又 要认真 、谨慎。 维普资讯 http://www.cqvip.com 70 <河港工程)2OO2年第一期 图 5 超挖厚度与衬期支护量、二次村砌量及成本的关系曲线图 5 结论 (1)造成隧道超欠挖的主要因素是炮孔 精度、炮孔深度和装药量。 (2)对成本影响最大的因素是全 断面、 大深度超挖 ，按孤 山 1、2号隧道全长 865m、 平均超挖 15era计算，将增加直接成本 130万 元 。 因此 ，在隧道开挖 中，要 以控制炮孔 精 度 、炮孔深度和装药量为主，严格控制全断面 超挖及超挖深度 ，尽量减少局部超挖，禁止欠 挖 。 (上接第 65页) 4 资料的验收 隧道某一评定段完工后 ，除按照评定要 求整理好分项工程质量评定资料外 ，还必须 监理代表处测量组进行检测和监理代表 处中心试验室进行检测。如隧道某评定段锚 喷支护完工后，除准备自检资料外 ．还要通知 监理代 表处中心试验室进 行锚 杆拉拔力试 验、钻芯取样等 ，通知监理代表处测量组用激 光断面仪进行检测。合格后 ，再将 分项工程 质量评定 自检资料复印件送到监理代表处 ． 由监理代表处质量评定小组到工地现场进行 质量评 定，并 办理 “分项工程质量认 可书”、 “中间交工证书”。分项工程质量评定资料由 质量部保存至竣工验收。 5 总之 ，中港二航局焦晋高速公路 项 目经 理部不仅在隧道施工资料的收集 、整理、验收 方面，做到分项工程完 ，质量评定资料 完，而 且在桥梁、挡土墙、路基土石方等方面也做到 了分项工程完，质量评定完，确保整个工程竣 工时，竣工资料能够按时完工。 参考文献 ： 1、(公 路 工 程质 量 检 验 评 定 标 准) (JTJ071—98)人民交通出版社，1999年。 2、(公路隧道施工技术规范>(JTJIM2— 94)人民交通出版社，1995年。 维普资讯 http://www.cqvip.com