摘要：硬围岩在花岗地层的过渡段，岩性从全风化、软硬不均转变为节理发育的中风化状态，很难控制隧道钻爆施工、光面爆破质量，经常出现硬围岩超挖的现象。本文浅析硬围岩的超挖控制。
关键词：硬围岩,超挖控制
我国许多地区都分布有花岗岩，约占全国面积的10%，花岗岩低层从地表向下，减弱风化程度，转变岩体的质量。风化壳的厚度一般为20-60m，风化带一般都经过不超过50m的浅埋隧道。开挖花岗岩的低层隧道，都过村庄地质明显的过渡段。我国大部分隧道大多采用钻爆法施工，在施工过程中，由于地质条件和爆破系数在不断的变化，常出现超挖的现象。如果花岗岩体本身有裂隙、夹层和节理，则很难控制爆破的效果。本文以承秦高速公路秦皇岛段为依托，对光面爆破效果在花岗岩麻岩地层过渡段进行统计，对不同地质条件的隧道超挖现象、原因、措施进行简单的分析。
一 岗岩地层过渡段隧道光面爆破实例分析
首先，工程概述。
承秦高速公路秦皇岛段槐尖山隧道。其为分离式隧道、净空为宽×高10.75×5.0m;坡长左洞为-1.42%(1305.7m),右洞-1.50%(1296m);左洞里程为LK183+726.305～LK185+032,长1305.7m;右洞里程为RK183+712～RK185+008，长1296m。岩性主要为花岗片麻岩，隧道区未见断层，也没有发生过强震，未发现区域性构造或大的断层，只是岩脉较发育，已将裂隙充填，场地具有较好的区域稳定性。围岩以Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级为主，其中以Ⅲ级为最多。
其次，岗岩地层过渡段隧道掌子面地质情况
在隧道施工过程中，素描了对随道左右洞掌子面地质情况。以左洞为例，其隧道进洞口约为15m的范围，都是第四系粉质粘土。全风化的托岗岩地层的掘进出现大小不一的孤石，隧道断面的右侧为中风化花岗岩。过渡段的出现不同特征的岩体：全风化的花岗岩由于岩性较软，潮湿，开挖的掌子面稳定性较差，持续时间短。用机械辗压隧道底部，其形状呈砂状，而且出现孤石。且孤石并无尖锐棱角，内部结构完整。而且由强度较高的中风化-微风化花岗岩组成，力学特性与周围地层有较大的差异。软硬不均段的地质情况，主要是上软下硬，且呈现从左下侧至右上侧倾斜的软硬边界。在整个过程中的全风化层、强风化层及中风化层出现软硬不均的现象。如图：
而中风化花岗岩由于水平和梁祝倾斜交叉的结构面，则围岩的言行均一，切剖岩体的形状呈现大块状。而且节理发育在水平方向最为合理，局部的岩体则呈现水平层形状。围岩在早期存在泥化央层，使得后期密实了结构面。如图： 再次，花岗岩地层过渡段前期隧道爆破效果
利用机械与人工相互结合的方式对全风化花岗岩进行开挖，容易控制超挖现象。而主要是由于在孤石在施工过程中出现滑落的问题，容易产生超挖现象。如左洞掌子面ZKl83+722的处隧道施工过程中，Ⅲ级拱顶存在大量的孤石。而且孤石的长度达到4-5m，形成孤石在滑落后掌子面的高度约为3-4m，前方约有3m的空穴。而且由于孤石滑落，导致隧道轮廓线的超挖现象时有发生。
中风化花岗岩段爆破效果为：Ⅳ级围岩超挖量为隧道周边线性的40-110m，而且由于超挖现象非常严重，导致轮廓相当不规整。主要是在节理与轮廓的交界处，出现超挖现象。在水平向节理与拱顶出现的门框断面处也易出现超挖现象，拱顶处的水平岩层存在裂缝，而且由于大块表面的爆破的新鲜岩面较少，大多数都是节理裂隙表面，破碎岩体周围超挖现在严重。
二 岗岩过渡段爆破机理分析
花岗岩体中节理裂隙发育，由于岩层的节理裂隙在不同风化程度上的性质差异较大，从而使得岩体的整体性受强风化层中软弱夹层的影响。隧道爆破的效果由于结构面性质的不同存在较大的差异，而且爆破应力波的传播主要受岩体结构面的影响。
节理裂隙发育主要是受应力波与结构面的共同影响而产生岩体爆破破碎，应力波在传播，扩大了岩体的原生节理裂隙，产生了新的裂隙。而且由于破碎裂隙的形成，使得爆破时产生的膨胀气体被分离。
岩体断裂面的形成主要是因为在光面爆破过程中，相邻炮孔的同时爆破，而且两者之间存在节理结构面，使得均质岩体沿跑孔线方向形成断裂面。节理与炮孔连线的夹角大小，是为了能够提高闭合型节理在光面爆破时，能够达到优质的效果。而且节理面的高度抗剪和较小的泊松比影响着夹角的大小。节理面抗剪强度越强，泊松比越小，就缩小了其夹角对光面爆破效果的影响范围。即影响效果随着节理面的强度变化而形成反比。而当其夹角的角度接近垂直时，结构面强度对于光面爆破效果的影响也接近于零，节理面的轮廓线和夹角之间的关系可以根据一列公式来判断，其主要计算公式如下：-
公式中， 为岩石动态抗拉强度; 为节理结构面内聚力和内摩擦角; 为岩石泊松比; 为爆炸应力波产生的径向应力分量和环向应力分量; 为断裂控制面与节理结构面法线方向的夹角。
如果节理的上、下导抗的岩石的完整性较好，且节理面与炮孔联系的夹角接近于垂直角度时，爆破效果与结构面的关联则甚少。如果在节理面与炮眼的角度较为倾斜时进行爆破，则会让轮廓线容易出现锯齿状断裂面，在拱顶与轮廓边界形成门框断面，从而出现超挖的现象。
三 超挖原因分析及控制措施
首先，超挖的原因。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级的围岩出现超挖现象取决于隧道掌子面围岩的岩性，当岩性均一且完整时，通过爆破参数调整能够很容易的得到较优的爆破设计参数，确保光面爆破的质量。反之，爆破的能量在硬围岩区域很难发挥作用，而且容易造成大量消耗，难以达到爆破的效果，由此则容易出现超挖的现象。为了控制超挖，主要是根据实际的地质条件和爆破效果，对爆破参数进行及时的调整。
其次，控制措施。主要表现在三个方面：其一，对Ⅱ级全风化花岗岩阶段，利用机械与人工相结合的方式进行开挖。可利用风镐或凿岩的器械对孤石进行破裂，防止因震动量过度很使得孤石滑落。对于空穴，则采用喷混凝土或浇筑的方式密实回填，避免围岩扩大松弛面积。对于部分孤石段，则预留核心土，降低上台阶高度，对开挖进尺进行严格的控制，而且关于开挖中暴露的临空面和时间尽量减少。另外，要对超前支护采用相应的加强措施，确保孤石段在施工过程的安全;其二，Ⅳ、Ⅴ级围岩采用上、下导坑进行开挖，预裂爆破。对于软硬不均的地段的开挖，应该尽量多打眼、少装药，并且相应的减少内圈眼的用药量、周边距，加大抵抗线，防止爆破震动度过高。对Ⅳ、Ⅴ级围岩采用上、下导坑进行开挖，预裂爆破;其三，Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面开挖，光面爆破。在Ⅱ、Ⅲ级围岩的中风化花岗岩的控制，应该避免在节理处钻眼，对节理地面的距离，进行适度的调整，对周边眼的外插角精度进行严格预测，然后根据抗拉先距离，减少震动，对其进行预裂爆破。
四 结语
槐尖山隧道段中的花岗岩体中，Ⅲ级的硬围岩最多，风化带相当明显，而出呈现节理裂隙发育，隧道的开挖的地质容易出现孤石，而且有着岩体易破碎、软硬不均的不良地质条件，严重影响了隧道光面爆破的质量。本文以槐尖山隧道为实际案例，分析了隧道爆破施工中硬围岩超挖的现象的原因，以及相应的措：Ⅳ、Ⅴ级围岩采用上、下导坑进行开挖，预裂爆破，Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面开挖，光面爆破。
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