泥質(zhì)粉砂巖鐵路隧道超欠挖控制

黃 斐

中鐵十六局集團第四工程有限公司 北京 101400

1 前言

眾所周知,只要是采用鉆爆法施工的隧道,超欠挖就不可避免。隧道施工以成效論英雄,最終是以成本和質(zhì)量兩大目標(biāo)來體現(xiàn)。而超欠挖控制則是此兩大目標(biāo)能否實現(xiàn)的關(guān)鍵。

根據(jù)新驗標(biāo)規(guī)定,二襯厚度必須確保,禁止欠挖。超挖會多耗炸材,多裝多運洞碴,易造成空洞,超挖部位必須用同級混凝土回填,不僅造成混凝土不必要的浪費,也會對鋼拱架造成壓力,開挖質(zhì)量不僅直接影響成本效益,還影響噴砼質(zhì)量、施工進度、防排水質(zhì)量等,可以這么說,隧道施工的每道工序都與超欠挖控制有關(guān),超欠挖影響隧道施工全局。

隧道開挖質(zhì)量直接影響項目效益,本隧道每超挖5cm,則需要多回填2.2m3混凝土,石羊哨隧道長度2241m,則需多回填混凝土近5000m3。

2 工程概況

某鐵路隧道全長2241m,位于沅麻紅層盆地,為丘陵地貌。巖性主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)砂巖及泥質(zhì)等軟硬巖互層,以泥質(zhì)粉砂巖為主,夾少量粉砂巖(無法單獨分層),泥質(zhì)砂巖及泥質(zhì)為薄層夾層,隧道為弱富水。

石羊哨隧道為Ⅳ級圍巖居多,全隧初期支護采用鋼拱架。噴射混凝土結(jié)構(gòu),施工時為減少對圍巖干擾,有效控制超欠挖,保證開挖質(zhì)量,成立課題組,嘗試采用控制爆破施工,取得了較好的效果。具體實施主要分為：畫弧技術(shù)、周邊眼精確鉆眼、外插角度控制、藥量控制、組織管理。

3 影響開挖質(zhì)量的主要因素

3.1 爆破技術(shù) 一般地,掏槽技術(shù)更多的是影響循環(huán)進尺,而周邊眼的間距、裝藥結(jié)構(gòu)和裝藥量,則對超欠挖產(chǎn)生重要影響。非電毫秒雷管的跳段使用,以及周邊眼采用小藥包連續(xù)裝藥或空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu),使得爆破時周邊眼的振動和破壞減小,超欠挖控制得到有效實施。

3.2 鉆孔精度 開眼位置和施鉆外插角度方向偏差是產(chǎn)生超欠挖的主要原因。鉆桿越長,外偏角越大,造成的超挖就越大。同時,普通氣腿式鑿巖機的結(jié)構(gòu),決定了在施鉆時必須有3°～5°的外插角。接近圓形的隧道斷面以及不可能盡善盡美的作業(yè)平臺設(shè)計,均會給施鉆者的準(zhǔn)確定位帶來不便。

3.3 組織管理 隧道開挖掌子面狹小,作業(yè)空間有限,只能通過多次循環(huán)來求得進度,而每一循環(huán)都必須進行超欠挖控制。所以,建立一個較為完善、系統(tǒng)的開挖質(zhì)量保證體系,對作業(yè)全過程及相關(guān)因素實行嚴(yán)格科學(xué)的管理,非常必要。人是施工生產(chǎn)最積極的因素,必須加強人員組織,作業(yè)安排,現(xiàn)場指導(dǎo),質(zhì)量檢測,信息反饋,提高每一位員工的生產(chǎn)責(zé)任心。

3.4 測量放線 由于測量錯誤引起的超欠挖,這在隧道施工中將是致命的,必須規(guī)避此類風(fēng)險。要保證測量程序的準(zhǔn)確,提高現(xiàn)場放線精度。每茬炮都必須畫弧,所畫輪廓線要盡量與設(shè)計線位相重合。

3.5 地質(zhì)條件變化 對于泥質(zhì)粉砂巖地質(zhì)情況,圍巖開挖后能夠節(jié)理裂隙和巖層走向會產(chǎn)生局部坍落或順層溜幫,從而造成超挖。此超挖量會隨著支護時間的推遲而增加。及時封閉的施工原則就顯得非常重要,及時初噴、施作鋼拱架和布設(shè)網(wǎng)片,可以充分利用圍巖自承能力,減少此類超挖。

由以上結(jié)果可以看出,隧道開挖質(zhì)量控制重點是控制鉆孔精度、爆破技術(shù)優(yōu)化調(diào)整和組織管理。鉆孔精度和技術(shù)優(yōu)化是關(guān)鍵,組織管理是保證。

4 測量放線

分為畫弧精度控制和弧線定位。

4.1 精度控制 傳統(tǒng)光爆畫弧,一般采用圓心法、五寸臺法、編程計算器畫弧,前兩者時間長、精度差,后者時間長、易計算錯誤,在當(dāng)前帶無棱鏡測距全站儀及手機普遍使用的前提下,嘗試采用全站儀+手機APP技術(shù),全站儀于手機通過藍牙連接,APP直接計算顯示超欠數(shù)據(jù),無需輸入坐標(biāo),極大節(jié)省測量時間,精度控制在±1cm范圍內(nèi)。

4.2 弧線定位 不同于一般直接畫出周邊眼開挖輪廓線,司鉆人員在開挖輪廓線起鉆,外插角控制主管隨意性較大,不利于控制超欠挖。采用僅畫出鋼架內(nèi)弧輪廓線,在上環(huán)已支護鋼架端頭標(biāo)識出超欠挖值,便于司鉆人員外插角控制及技術(shù)人員監(jiān)督復(fù)核外插角度。

5 鉆孔精度

5.1 周邊眼布設(shè) 在所畫弧線上精確布設(shè)周邊眼,炮眼間距布置為50cm,滿足規(guī)范要求0.4m～0.6m。

5.2 外插角控制 周邊采用長眼+短眼相結(jié)合、間隔布置的形式,長眼主控前端自由面超欠挖及炮眼利用率,短眼主控近端超欠挖,防止欠挖、掛口等現(xiàn)象的發(fā)生。

有些人認(rèn)為光爆做到一點不超挖才好,其實開挖質(zhì)量控制的要點在于“控制超挖、杜絕欠挖”,認(rèn)為只有做到合理超挖才能有效控制超挖,杜絕欠挖及做好光爆施工。

在堅決不超挖理念下的光爆,將陷入欠挖→較大超挖→較大欠挖→較大超挖的惡性循環(huán)中。

外插角控制由傳統(tǒng)的量測角度(實際很難做到)或憑經(jīng)驗?zāi)繙y轉(zhuǎn)換為通過鉆桿尾部至鋼架內(nèi)輪廓的距離來控制角度,更加直觀、更加精準(zhǔn)、更加方便,幾乎不受主觀因素影響。

圖1 外插角控制示意圖

6 裝藥聯(lián)線

6.1 裝藥 為防止藥量過大造成一些不必要的滑層,針對目前泥質(zhì)粉砂巖的圍巖情況,我們采用分段、分節(jié)裝藥,把原有每節(jié)0.3kg的乳化炸藥分成兩節(jié)或三節(jié)使用,采取長、短眼藥量結(jié)合布置的控制措施。整體比耗藥量控制在0.4～0.48kg/m3的范圍。

控制要點：針對泥質(zhì)粉砂巖浸水易軟化,夾層軟弱的特點,相鄰炮孔裝藥布置錯開,局部破碎、軟弱帶減少或不裝藥,司鉆人員根據(jù)鉆眼過程中是否突進、卡鉆判斷圍巖破碎情況。

6.2 聯(lián)線 為提高炮眼利用率,周邊眼全部采用紅線導(dǎo)爆,防止藥包未起爆、啞炮的產(chǎn)生。

7 組織管理

7.1 項目部管理 為切實提高隧道開挖水平,控制好超欠挖,項目部下發(fā)了《隧道開挖質(zhì)量控制考核管理辦法》、《關(guān)于降低砼超耗的補充辦法》。成立了隧道開挖質(zhì)量管理領(lǐng)導(dǎo)小組。細化了對架子隊月度考核、對班組月度考核和循環(huán)考核、補充了對架子隊主要管理人員的獎懲措施等。為切實提高司鉆人員積極性,在考核文件執(zhí)行過程中優(yōu)化了循環(huán)考核獎勵的兌現(xiàn)流程、成立專項考核獎金池、考核獎金提前預(yù)支兌現(xiàn)制度等,直接提高了作業(yè)人員的積極性。

7.2 架子隊管理

7.2.1 在堅持學(xué)習(xí)、貫徹和執(zhí)行項目部文件的基礎(chǔ)上,針對架子隊實際情況,旨在切實提高作業(yè)人員積極性,細化了針對作業(yè)人員的獎懲制度并下發(fā)執(zhí)行。

7.2.2 堅持執(zhí)行跟班指導(dǎo)制度,從測量畫弧到裝藥聯(lián)線,技術(shù)人員跟班測量,復(fù)核測量精度,有無兩點后方交會情況等,保證了測量精度；開鉆前20min,執(zhí)行跟班督導(dǎo),有無按點開眼,角度控制是否符合要求,有效的減少了因外插角過大造成的超挖；裝藥聯(lián)線過程中,施工員盯控,是否分節(jié)、分段裝藥,杜絕了因個別作業(yè)人員偷懶裝整節(jié)炸藥導(dǎo)致超挖。

7.2.3 堅持每日交班會通報制度,通報內(nèi)容包含：當(dāng)日平均線性超挖值、當(dāng)日考核獎罰結(jié)果、連續(xù)兩循環(huán)超挖部位原因分析、建議超挖部位是否需要采取換人換崗措施等。

圖2 周邊眼裝藥示意圖

7.3 班組管理

7.3.1 班組長的重視及內(nèi)部執(zhí)行力的建設(shè),開挖質(zhì)量直接決定班組的盈利水平,所以班組長在給作業(yè)人員講話的時候,特別要求工人嚴(yán)格要求技術(shù)要求施工炮眼,對因炮眼和裝藥引起的超挖,班組長親自分析,并提出改進措施,嚴(yán)格要求工人,對于屢教不改的工人,班組及時給清退。

7.3.2 執(zhí)行帶班制度,現(xiàn)場除有班組值班人員外,作業(yè)人員中單獨安排了帶班監(jiān)督人員,及時發(fā)現(xiàn)并糾正鉆眼過程中不按弧線開眼、不按角度鉆眼等情況,幫助作業(yè)人員扶鉆開眼,判斷當(dāng)班圍巖情況,執(zhí)行班前講話。

7.3.3 信息溝通制度,班組長從每日交班會獲取超欠挖信息后,回去及時找相應(yīng)作業(yè)人員談話,幫助分析原因,指導(dǎo)下茬炮采取措施；建立班組開挖質(zhì)量管理群并把相應(yīng)隊部技術(shù)人員拉進群內(nèi)參與管理,每班爆破效果檢查表發(fā)至群內(nèi),形成技術(shù)人員、班組長、班組測量人員、帶班人員共同管理的良好氛圍。

8 結(jié)語

通過爆破設(shè)計優(yōu)化及組織管理,超欠挖質(zhì)量實施取得了很好的效果,平均線性超挖值控制在5～12cm,噴射混凝土實耗設(shè)計比為1.5左右,降低了項目成本,按照目前施工進度,平均每月可節(jié)約混凝土200m3,產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益15萬元。

提高了測量速度,節(jié)省了工序時間,一組人員儀器在交通方便的前提下,可滿足3個洞口需要,一天外業(yè)測量時間也僅6小時。

總之,做好隧道超欠挖控制的前提還是有合適的爆破設(shè)計,切實可行的管理行為實施,加強管服及作業(yè)人員責(zé)任心,各種環(huán)節(jié)緊密配合。