CN112610220A - 一种隧道超欠挖总成本控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及隧道工程建设技术领域，具体涉及一种隧道超欠挖总成本控制方法，包括测定钻孔深度L和欠挖段为长度Y以及炮钎的最大倾角θ，计算出超挖段长度，根据测定值确定出超欠挖段的面积和体积，按照总成本控制法确定出超欠挖总成本F与超欠挖段的面积之间的关系；本发明根据钻孔深度L和欠挖段长度Y以及隧道围岩的设计等级进而合理确定出超欠挖最小成本，有效控制隧道的超欠挖，减少了爆破对围岩的扰动，加快了掘进速度，控制了施工成本，使超欠挖值达到最佳数值，有效避免了隧道开挖受作业人员的业务水平的限制影响，并可以根据最小成本为施工进程控制提供参考。

Description

一种隧道超欠挖总成本控制方法
技术领域
本发明涉及隧道工程建设技术领域，具体涉及一种隧道超欠挖总成本控制方法。
背景技术
隧道超欠挖现象对围岩的稳定性将产生不良影响。隧道开挖出现超欠挖现象使得隧道轮廓面凹凸不平，不圆顺，容易产生应力集中现象，致使隧道易发生坍塌、片帮等危害，还有部分超挖现象为装药量过大造成，此时，爆破产生的冲击作用可能引起围岩的松弛，不利于保护围岩原来的承载能力。当发生超挖现象时，回填质量在实际施工过程难以得到有效的保证。尤其对于隧道拱顶、拱腰部位，由于施工原因很难做到回填密实，其结果是支护与围岩之间接触不密实，存在空隙，甚至较大的空洞。这些空隙和空洞使得围岩与支护处于点接触状态，难以起到限制围岩变形的作用，从而引起围岩的过度变形甚至坍塌。
目前工程中通过以下方法控制隧道超欠挖：
1.及时调整爆破参数；
2.提高钻孔精度；
3.提高测量放线的精度；
4.采用合理的爆破技术。
但是，目前的隧道超欠挖控制很容易造成成本过高，或者对围岩的扰动过大，影响整个工程的进度。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种隧道超欠挖总成本控制方法，能够准确预判隧道超欠挖总成本，有效地控制隧道的超欠挖，减少爆破对围岩的扰动，加快了掘进速度。
本发明所采用的技术方案是：
一种隧道超欠挖总成本控制方法，其包括以下步骤：
(1)测定钻孔深度L和欠挖段为长度Y以及炮钎的最大倾角θ，计算出超挖段长度＝L-Y；
(2)根据步骤(1)的测定值确定出超欠挖段的面积和体积，按照总成本控制法确定出超欠挖总成本F与超欠挖段的面积之间的关系为下式(1)所示：
F＝S1×X1+S2×X2
＝0.5X1 tan θ[(1+a2)Y2-2a2LY+a2L2]
其中，S1为欠挖段的面积，m2；S2为超挖段的面积，m2；X1为欠挖成本，元/m2；X2为超挖成本，元/m2；α为超挖与欠挖成本之比，α＝X2/X1；
(3)用最小值原理求解上式(1)，确定出当
Figure BDA0002830149440000021
时，超欠挖总成本为最小值，即完成隧道超欠挖总成本控制。
进一步限定，所述超挖与欠挖成本之比α的确定方法为：Ⅰ～Ⅲ类围岩对应a为单方超挖混凝土材料费用与单方欠挖补炮费用之比；Ⅳ～Ⅴ类围岩对应a为单方超挖混凝土材料费用与单方欠挖使用悬臂式掘进机费用之比。
进一步限定，所述隧道围岩的设计等级为：
Ⅰ～Ⅲ类围岩α＝(0.6～1.0)；Ⅳ类围岩α＝(1.0～1.3)；Ⅴ类围岩α＝(1.3～1.5)，根据不同的隧道围岩设计等级超挖、欠挖的成本之比应做相应调整。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明根据钻孔深度L和欠挖段长度Y以及隧道围岩的设计等级进而合理确定出超欠挖最小成本，有效控制隧道的超欠挖，减少了爆破对围岩的扰动，加快了掘进速度，控制了施工成本，使超欠挖值达到最佳数值，有效避免了隧道开挖受作业人员的业务水平的限制影响，并可以根据最小成本为施工进程控制提供参考。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为Ⅳ级围岩开眼位置及角度示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
本发明涉及的一种隧道超欠挖总成本控制方法，其包括以下步骤：
(1)测定钻孔深度L和欠挖段为长度Y以及炮钎的最大倾角θ，计算出超挖段长度＝L-Y；
(2)根据步骤(1)的测定值确定出超欠挖段的面积和体积，按照总成本控制法确定出超欠挖总成本F与超欠挖段的面积之间的关系为下式(1)所示：
F＝S1×X1+S2×X2
＝0.5X1 tan θ[(1+a2)Y2-2a2LY+a2L2]
其中，S1为欠挖段的面积，m2；S2为超挖段的面积，m2；X1为欠挖成本，元/m2；X2为超挖成本，元/m2；α为超挖与欠挖成本之比，α＝X2/X1；
(3)用最小值原理求解上式(1)，确定出当
Figure BDA0002830149440000041
时，超欠挖总成本为最小值，即完成隧道超欠挖总成本控制。
进一步说明超挖与欠挖成本之比α的确定方法为：Ⅰ～Ⅲ类围岩对应a为单方超挖混凝土材料费用与单方欠挖补炮费用之比；Ⅳ～Ⅴ类围岩对应a为单方超挖混凝土材料费用与单方欠挖使用悬臂式掘进机费用之比。其具体取值为：Ⅰ～Ⅲ类围岩α＝(0.6～1.0)；Ⅳ类围岩α＝(1.0～1.3)；Ⅴ类围岩α＝(1.3～1.5)。
以Ⅳ级围岩为例，参见图1，进行说明本发明的隧道超欠挖总成本控制方法，主要由以下步骤实现：
(1)隧道围岩的设计等级为：Ⅳ类围岩α＝1.2＝X2/X1；α为超挖与欠挖成本之比；
(2)测定钻孔深度L＝350cm，欠挖段为长度Y＝208cm，以及炮钎的最大倾角θ＝19.3°，计算出超挖段长度＝L-Y＝142cm；
(3)根据步骤(2)的测定值确定出超欠挖段的面积和体积，按照总成本控制法确定出超欠挖总成本F与超欠挖段的面积之间的关系为下式(1)所示：
总成本：F＝0.5X1 tan θ[(1+a2)Y2-2a2LY+a2L2]
＝0.5X1 tan19.3°[(1+1.22)2082-2×1.22×350×208+1.22×3502]
＝7511X1
其中，S1为欠挖段的面积，m2；S2为超挖段的面积，m2；X1为欠挖成本，元/m2；X2为超挖成本，元/m2；
(4)用最小值原理求解上式(1)，确定出当
Figure BDA0002830149440000051
时，超欠挖总成本为最小值，即完成隧道超欠挖总成本控制。
Figure BDA0002830149440000052
则当Y＝207cm时，超欠挖总成本最小。
以Ⅴ级围岩为例，进行说明本发明的隧道超欠挖总成本控制方法，主要由以下步骤实现：
(1)根据隧道围岩的设计等级确定Ⅳ类围岩α＝1.4＝X2/X1；α为超挖与欠挖成本之比；
(2)测定钻孔深度L＝350cm，欠挖段为长度Y＝208cm，以及炮钎的最大倾角θ＝19.3°，计算出超挖段长度＝L-Y＝142cm；
(3)根据步骤(2)的测定值确定出超欠挖段的面积和体积，按照总成本控制法确定出超欠挖总成本F与超欠挖段的面积之间的关系为下式(1)所示：
总成本：F＝0.5X1 tan θ[(1+a2)Y2-2a2LY+a2L2]
＝0.5X1 tan19.3°[(1+1.42)2082-2×1.42×350×208+1.42×3502]
＝14495X1
其中，S1为欠挖段的面积，m2；S2为超挖段的面积，m2；X2为超挖成本，元/m2；
(4)用最小值原理求解上式(1)，确定出当
Figure BDA0002830149440000061
时，超欠挖总成本为最小值，即完成隧道超欠挖总成本控制。
Figure BDA0002830149440000062
则当Y＝232cm时，超欠挖总成本最小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种隧道超欠挖总成本控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)测定钻孔深度L和欠挖段为长度Y以及炮钎的最大倾角θ，计算出超挖段长度＝L-Y；
(2)根据步骤(1)的测定值确定出超欠挖段的面积和体积，按照总成本控制法确定出超欠挖总成本F与超欠挖段的面积之间的关系为下式(1)所示：
F＝S1×X1+S2×X2
＝0.5X1tanθ[(1+a2)Y2-2a2LY+a2L2]
其中，S1为欠挖段的面积，m2；S2为超挖段的面积，m2；X1为欠挖成本，元/m2；X2为超挖成本，元/m2；α为超挖与欠挖成本之比，α＝X2/X1；
(3)用最小值原理求解上式(1)，确定出当
Figure FDA0002830149430000011
时，超欠挖总成本为最小值，即完成隧道超欠挖总成本控制。
2.根据权利要求1所述的隧道超欠挖总成本控制方法，其特征在于，所述超挖与欠挖成本之比α的确定方法为：Ⅰ～Ⅲ类围岩对应a为单方超挖混凝土材料费用与单方欠挖补炮费用之比；Ⅳ～Ⅴ类围岩对应a为单方超挖混凝土材料费用与单方欠挖使用悬臂式掘进机费用之比。
3.根据权利要求1所述的隧道超欠挖总成本控制方法，其特征在于，所述超挖与欠挖成本之比α取值为：Ⅰ～Ⅲ类围岩α＝(0.6～1.0)；Ⅳ类围岩α＝(1.0～1.3)；Ⅴ类围岩α＝(1.3～1.5)。
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王承山: "隧道超欠挖对隧道成本的影响及控制途径", 《隧道建设》 *

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