泥質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,最終是以成本和質量兩大目標來體現。而超欠挖控制則是此兩大目標能否實現的關鍵。

根據新驗標規定,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,開挖質量不僅直接影響成本效益,還影響噴砼質量、施工進度、防排水質量等,可以這么說,隧道施工的每道工序都與超欠挖控制有關,超欠挖影響隧道施工全局。

隧道開挖質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。巖性主要為泥質粉砂巖、粉砂巖、泥質砂巖及泥質等軟硬巖互層,以泥質粉砂巖為主,夾少量粉砂巖(無法單獨分層),泥質砂巖及泥質為薄層夾層,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。噴射混凝土結構,施工時為減少對圍巖干擾,有效控制超欠挖,保證開挖質量,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、周邊眼精確鉆眼、外插角度控制、藥量控制、組織管理。

3 影響開挖質量的主要因素

3.1 爆破技術 一般地,掏槽技術更多的是影響循環進尺,而周邊眼的間距、裝藥結構和裝藥量,則對超欠挖產生重要影響。非電毫秒雷管的跳段使用,以及周邊眼采用小藥包連續裝藥或空氣間隔裝藥結構,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構,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平臺設計,均會給施鉆者的準確定位帶來不便。

3.3 組織管理 隧道開挖掌子面狹小,作業空間有限,只能通過多次循環來求得進度,而每一循環都必須進行超欠挖控制。所以,建立一個較為完善、系統的開挖質量保證體系,對作業全過程及相關因素實行嚴格科學的管理,非常必要。人是施工生產最積極的因素,必須加強人員組織,作業安排,現場指導,質量檢測,信息反饋,提高每一位員工的生產責任心。

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,必須規避此類風險。要保證測量程序的準確,提高現場放線精度。每茬炮都必須畫弧,所畫輪廓線要盡量與設計線位相重合。

3.5 地質條件變化 對于泥質粉砂巖地質情況,圍巖開挖后能夠節理裂隙和巖層走向會產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、施作鋼拱架和布設網片,可以充分利用圍巖自承能力,減少此類超挖。

由以上結果可以看出,隧道開挖質量控制重點是控制鉆孔精度、爆破技術優化調整和組織管理。鉆孔精度和技術優化是關鍵,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,全站儀于手機通過藍牙連接,APP直接計算顯示超欠數據,無需輸入坐標,極大節省測量時間,精度控制在±1cm范圍內。

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。采用僅畫出鋼架內弧輪廓線,在上環已支護鋼架端頭標識出超欠挖值,便于司鉆人員外插角控制及技術人員監督復核外插角度。

5 鉆孔精度

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

5.2 外插角控制 周邊采用長眼+短眼相結合、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、掛口等現象的發生。

有些人認為光爆做到一點不超挖才好,其實開挖質量控制的要點在于“控制超挖、杜絕欠挖”,認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中。

外插角控制由傳統的量測角度(實際很難做到)或憑經驗目測轉換為通過鉆桿尾部至鋼架內輪廓的距離來控制角度,更加直觀、更加精準、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,針對目前泥質粉砂巖的圍巖情況,我們采用分段、分節裝藥,把原有每節0.3kg的乳化炸藥分成兩節或三節使用,采取長、短眼藥量結合布置的控制措施。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,司鉆人員根據鉆眼過程中是否突進、卡鉆判斷圍巖破碎情況。

6.2 聯線 為提高炮眼利用率,周邊眼全部采用紅線導爆,防止藥包未起爆、啞炮的產生。

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,項目部下發了《隧道開挖質量控制考核管理辦法》、《關于降低砼超耗的補充辦法》。成立了隧道開挖質量管理領導小組。細化了對架子隊月度考核、對班組月度考核和循環考核、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,在考核文件執行過程中優化了循環考核獎勵的兌現流程、成立專項考核獎金池、考核獎金提前預支兌現制度等,直接提高了作業人員的積極性。

7.2 架子隊管理

7.2.1 在堅持學習、貫徹和執行項目部文件的基礎上,針對架子隊實際情況,旨在切實提高作業人員積極性,細化了針對作業人員的獎懲制度并下發執行。

7.2.2 堅持執行跟班指導制度,從測量畫弧到裝藥聯線,技術人員跟班測量,復核測量精度,有無兩點后方交會情況等,保證了測量精度；開鉆前20min,執行跟班督導,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；裝藥聯線過程中,施工員盯控,是否分節、分段裝藥,杜絕了因個別作業人員偷懶裝整節炸藥導致超挖。

7.2.3 堅持每日交班會通報制度,通報內容包含：當日平均線性超挖值、當日考核獎罰結果、連續兩循環超挖部位原因分析、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 班組長的重視及內部執行力的建設,開挖質量直接決定班組的盈利水平,所以班組長在給作業人員講話的時候,特別要求工人嚴格要求技術要求施工炮眼,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 執行帶班制度,現場除有班組值班人員外,作業人員中單獨安排了帶班監督人員,及時發現并糾正鉆眼過程中不按弧線開眼、不按角度鉆眼等情況,幫助作業人員扶鉆開眼,判斷當班圍巖情況,執行班前講話。

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,回去及時找相應作業人員談話,幫助分析原因,指導下茬炮采取措施；建立班組開挖質量管理群并把相應隊部技術人員拉進群內參與管理,每班爆破效果檢查表發至群內,形成技術人員、班組長、班組測量人員、帶班人員共同管理的良好氛圍。

8 結語

通過爆破設計優化及組織管理,超欠挖質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,平均每月可節約混凝土200m3,產生直接經濟效益15萬元。

提高了測量速度,節省了工序時間,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計,切實可行的管理行為實施,加強管服及作業人員責任心,各種環節緊密配合。