呂文耀

【摘要】本文依托廣大鐵路擴(kuò)能改造工程站前二標(biāo)路基、隧道施工，通過對(duì)隧道挖石方填筑路基施工技術(shù)的研究，在施工中通過設(shè)計(jì)棄渣基本性質(zhì)試驗(yàn)及水泥改良試驗(yàn)方案，可效的保證了棄渣抗壓強(qiáng)度，達(dá)到充分利用隧道棄渣，進(jìn)行路基回填的目的，從而使隧道棄渣與路基填料需求兩者之間平衡。在保證施工安全和質(zhì)量的前提下，加快工程進(jìn)度、降低工程造價(jià)，達(dá)到保護(hù)環(huán)境與工程建設(shè)之間的和諧。

【關(guān)鍵詞】膨脹性；泥巖；隧道；爆破；優(yōu)化；棄渣回填；關(guān)鍵施工技術(shù)

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通建設(shè)投資連年增長。鐵路工程項(xiàng)目由于自身特點(diǎn)，呈線狀分布，跨越地貌類型多，在西南山區(qū)，隧道數(shù)量較多，施工現(xiàn)場(chǎng)交通條件差，材料運(yùn)費(fèi)高昂，這些往往影響整個(gè)工程進(jìn)度和費(fèi)用，山區(qū)內(nèi)新建的采石場(chǎng)又破壞山區(qū)自然環(huán)境，隧道棄渣也會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成影響。隧道工程產(chǎn)生大量棄渣，路基填方的利用不多，造成大量棄渣需要處理；另一方面路面工程的數(shù)量巨大，需要大量回填料。

1 工程背景

廣大鐵路隧區(qū)上覆第四系全新統(tǒng)人工填筑、坡洪積粉質(zhì)粘土，坡殘積粉質(zhì)粘土；下伏基巖為白堊系下統(tǒng)普昌河組泥巖夾砂巖，屬于云南地區(qū)典型的“滇中紅層”地層，該地層以泥巖為主，局部夾有砂巖，泥巖遇水易軟化、崩解，失水后收縮。

2 工程特點(diǎn)

2.1 通過優(yōu)化爆破孔布置，采用在開挖區(qū)掏槽孔、崩落孔爆破后所有周邊孔同時(shí)起爆，改善隧道爆破棄渣顆粒，使爆渣顆粒滿足路基填筑要求，達(dá)到路基填筑要求。

2.2 通過設(shè)計(jì)膨脹性泥巖隧道爆破棄渣基本性質(zhì)試驗(yàn)及改良試驗(yàn)方案，有效改善了棄渣抗壓強(qiáng)度，解決了在使用紅層軟巖巖體進(jìn)行路基填筑時(shí)，親水性強(qiáng)、透水性弱，在水的作用下易軟化、塑變，吸水后巖體膨脹，失水后巖體收縮、易崩解的難點(diǎn)。

2.3 改良棄渣路基具有較好的剛性骨架，強(qiáng)度高，在動(dòng)荷載作用下，變形較小，滿足路基使用要求。

2.4 減少了隧道棄渣數(shù)量，同時(shí)減少了隧道棄渣征地面積，保護(hù)了環(huán)境。

2.5 減少了取土場(chǎng)征地面積，解決了尋找料源困難的問題，減少了填料運(yùn)輸距離，節(jié)約了成本。

3 施工工藝原理及流程圖

3.1 由于“滇中紅層”主要以泥巖為主，泥巖具有弱膨脹性，為了滿足填料要求，需要通過摻入水泥的方式進(jìn)行物理改良，通過改良試驗(yàn)方案，有效改善了棄渣抗壓強(qiáng)度，優(yōu)化了隧道爆渣性能，達(dá)到滿足路基填筑材料要求，進(jìn)行路基填筑，達(dá)到節(jié)約成本目的。

3.2施工工藝流程

圖1 施工工藝流程圖

4 關(guān)鍵工序施工工藝及操作要點(diǎn)

4.1 施工技術(shù)準(zhǔn)備

1 “滇中紅層”地質(zhì)構(gòu)造的特點(diǎn)

“滇中紅層”地層以紅色泥巖為主，局部夾有砂巖，該地層主要以1cm～50cm的薄～中厚層狀為主，節(jié)理較發(fā)育，透水性較差，泥巖具有弱膨脹性，遇水易軟化、崩解，失水后收縮。

2 爆破棄渣性能改進(jìn)試驗(yàn)

為解決爆破棄渣弱膨脹性問題，對(duì)棄渣取樣進(jìn)行室內(nèi)改良試驗(yàn)。

1）改良前后無側(cè)限強(qiáng)度對(duì)比

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)利用水泥改良膨脹土具有明顯的效果，改良土有較高的強(qiáng)度、良好的水文性和擊實(shí)特性；性質(zhì)不同的土樣，其最佳摻灰量不盡相同。在室內(nèi)試驗(yàn)分別對(duì)土樣按0%、4%、5%、 6%、 7%參入水泥，對(duì)水泥改良前后的7天齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度每種配比進(jìn)行了5組試驗(yàn)，結(jié)果如下：

表1 膨脹土改良前后無側(cè)限抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表（單位：kPa）

摻灰比 0 4 5 6 7

水泥 K=0.95 223 515 728 830 894

棄渣經(jīng)水泥改良后其7天齡期無側(cè)限強(qiáng)度為改良以前的3倍多。

底層路堤改良的配比按摻灰量≥5%時(shí)，其無側(cè)限抗壓強(qiáng)度能滿足350kPa要求。

2）改良前后濕化試驗(yàn)對(duì)比

在室內(nèi)試驗(yàn)還對(duì)取土場(chǎng)土源在K=0.95改良前后各種配比進(jìn)行了3組濕化試驗(yàn)，結(jié)果如下：

浸水1小時(shí)后，素土夯實(shí)土樣呈粒狀崩解約90%，浸水2小時(shí)后，即完全崩解。改良以后，浸水48小時(shí)無崩解。改良后水穩(wěn)性能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

3）爆破棄渣最終拌和比確定

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，為降低工程造價(jià)，基床底層填料改良的摻灰比最終選定為5%，其浸水無側(cè)限抗壓強(qiáng)度能滿足350kPa要求。

4.2 基底處理

用挖掘機(jī)配合推土機(jī)對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行基底清理整平工作，清除死角。對(duì)淤泥、雜草、垃圾、落石等一切不適合做路基填料的東西全部清除路基施工范圍外，做廢棄處理。

基底處理完成后，進(jìn)行復(fù)核放樣工作，每10m一個(gè)中心樁點(diǎn)，按實(shí)測(cè)標(biāo)高計(jì)算基底面填筑寬度。放坡腳線時(shí)，按實(shí)測(cè)路基半寬+0.5m作為一層填筑寬度，保證有效壓實(shí)且不小于設(shè)計(jì)寬度。

4.3 爆破優(yōu)化

在褶皺、斷層、膨脹性巖層中，根據(jù)巖體強(qiáng)度、巖層走向、斷層節(jié)理結(jié)構(gòu)面情況相結(jié)合合理確定炮孔方向、裝藥量。針對(duì)環(huán)形上導(dǎo)坑臨空面小的特點(diǎn)，多設(shè)置掏槽孔，多創(chuàng)造臨空面，減小巖體爆破挾制作用，提高爆破效果，減小爆渣顆粒。對(duì)周邊孔孔徑增大，增大炮孔與藥卷的不耦合系數(shù)，有效的控制爆渣顆粒大小，使爆渣顆粒滿足路基填筑要求。

1 爆破方法

根據(jù)隧道圍巖地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)采用光面爆破。

2 炸藥品種選定

選用2#巖石銨梯炸藥和2#巖石乳化炸藥，藥卷直徑32mm、35mm、38mm、40mm，藥卷長250mm。

3 炸藥用藥量預(yù)算

炸藥用藥量主要有以下因素決定：巖石的堅(jiān)硬程度和巖層的構(gòu)造、開挖斷面面積、開挖進(jìn)尺。

每循環(huán)炸藥用量Q值計(jì)算：Q=K*L*S

式中：K—爆破單位體積巖石的炸藥平均消耗量，隧道主要以泥巖為主，K 值=1.2～1.4 ，K取1.2。

L—開挖進(jìn)尺數(shù)（m），開挖平均進(jìn)尺0.8m。

S—開挖斷面面積（m2）。

隧道采用三臺(tái)階開挖方法，一臺(tái)階開挖面積約45m2，用藥量Q=K*L*S=1.2*0.8*31=30kg。

二三臺(tái)階為兩個(gè)臨空面用藥量Q=K*L*S=0.6*100*0.8=48kg。

實(shí)際開挖爆破中，K值與爆破臨空面、巖石完整性系數(shù)f和開挖斷面進(jìn)尺比（S/L）有較大影響，根據(jù)試爆效果進(jìn)行調(diào)整。

炮眼眼數(shù)、炮眼布置和炮眼深度

炮眼眼數(shù)預(yù)算

N=Q/q=Q/α*β*L=78/（0.5*0.78*0.8）=250個(gè)

式中：α—各部炮眼裝藥系數(shù)。軟石：掏槽眼取0.5，輔助眼取0.4，周邊眼取0.4。

β—藥卷單位長度質(zhì)量值kg/m（藥卷直徑為32、35、38、40mm時(shí)，相對(duì)應(yīng)β值為0.78、0.96、1.10、1.25）。

q—單孔平均裝藥量q=α*β*L。

4 炮眼布置

鉆眼前先測(cè)量定出開挖斷面中線、水平線和斷面輪廓線，標(biāo)出炮眼位置，檢查無誤后方可鉆眼。

1）掏槽眼布置

根據(jù)隧道三臺(tái)階開挖方法，掏槽方式采用直眼掏槽，便于在開挖斷面小的情況下可以多機(jī)鉆眼作業(yè)。

掏槽眼的作用是將開挖面上適當(dāng)部位先掏出一個(gè)小型槽口，以形成新的臨空面，為后爆的輔助眼開創(chuàng)更有利的臨空面，達(dá)到提高爆破效率的作用。

掏槽眼布置時(shí)掌握好炮眼的三度：深度、密度和斜度，并通過計(jì)算確定用藥量及放炮順序。

2）輔助眼布置

輔助眼的作用時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)大槽口體積和爆破量，并逐步接近開挖斷面形狀，為周邊眼創(chuàng)造有利的爆破條件。

輔助眼的布置主要通過炮眼間距E值和最小抵抗線W值確定，一般E/ W取值在0.6～0.8，具體根據(jù)試爆參數(shù)確定。輔助眼布置采用由內(nèi)向外，逐層布置，起爆為逐層起爆，并逐步接近開挖斷面輪廓形狀。

3）周邊眼布置

周邊眼對(duì)開挖斷面起成型作用。隧道巖質(zhì)較差，周邊眼采用沿設(shè)計(jì)開挖輪廓線以內(nèi)均勻布置，并控制其炮眼外插角度。周邊眼炮眼間距和最小抵抗線長度均比輔助眼小，目的是使爆破出坑道的輪廓平順和控制超欠挖量。

槽眼深度：

L=l/η+0.2=0.8/0.86+0.2=1.13m，

η—炮眼利用率，一般不低于0.85；

掏槽眼的裝藥系數(shù)為0.8。

邊眼、輔助眼深度計(jì)算

L=l/η=0.8/0.86=0.93m；

爆參數(shù)確定，見表2。

表2 優(yōu)化后爆破參數(shù)表

巖石種類 周邊眼間距E（cm） 周邊眼最小抵抗線 W（cm） 相對(duì)距E/W 周邊眼裝藥參數(shù)q（kg/m）

軟巖 30～45 45～60 0.75～0.8 0.07～0.12

4.4 填料運(yùn)輸

采用裝載機(jī)挖裝，自卸汽車運(yùn)輸，將隧道爆破棄渣直接運(yùn)送至路基填筑層，按放樣寬度及松鋪厚度控制卸土量，進(jìn)行路拌改良施工；需要廠拌改良的隧道爆破棄渣，運(yùn)送至攤鋪晾曬場(chǎng)地。

4.5 廠拌拌料

材料攤鋪晾曬，待含水量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，由裝載機(jī)裝填，運(yùn)渣車運(yùn)輸在拌料廠進(jìn)行攪拌。拌料采用水泥，摻灰量為5%。拌合好后由運(yùn)渣車運(yùn)送至指定路基填筑地點(diǎn)進(jìn)行填筑。

4.6 分層填筑

改良材料分層填筑，每層壓實(shí)厚度25cm，按照經(jīng)過試驗(yàn)確定的工藝參數(shù)，進(jìn)行分層填筑，分層壓實(shí)。每層松鋪厚度不宜超過40cm。

4.7 攤鋪整平

為了保證路堤壓實(shí)均勻和填層厚度符合規(guī)定，填料采用推土機(jī)初平，平地機(jī)進(jìn)行二次平整，使填料攤鋪表面平整度符合要求。

4.8 灑水或晾曬

置換采用材料含水量直接影響壓實(shí)密度。在相同的碾壓條件下，當(dāng)達(dá)到最佳含水量時(shí)密實(shí)度最大，填料含水量波動(dòng)范圍控制在最佳含水量的±2%范圍內(nèi)，最優(yōu)含水量可通過室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)確定。

4.9 機(jī)械碾壓

1 碾壓按照“先靜壓，后振動(dòng)碾壓”、“先輕，后重”、“先慢，后快”、“先兩側(cè)，路堤、路塹和路堤基底均應(yīng)進(jìn)行壓實(shí)。土質(zhì)路堤每一層壓實(shí)均應(yīng)檢驗(yàn)壓實(shí)度，合格后方可填筑上一層。填石路堤的緊密程度在規(guī)定范圍內(nèi)通過12t以上的振動(dòng)壓實(shí)設(shè)備進(jìn)行壓實(shí)。當(dāng)壓實(shí)層頂面穩(wěn)定，不在下沉?xí)r可判為密實(shí)狀態(tài)。

2 路堤基底在填筑前均應(yīng)進(jìn)行壓實(shí)，其壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)路堤填土高度小于80cm時(shí)，其基底壓實(shí)度不宜小于路床的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)。

3 路堤不論采用何種壓實(shí)機(jī)械，均應(yīng)在填料的最佳含水量±2%以內(nèi)壓實(shí)。碾壓前對(duì)填層的松鋪厚度、平整度和含水量進(jìn)行檢查，符合要求后方可進(jìn)行碾壓。采用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓，第一遍應(yīng)靜壓，然后由弱振到強(qiáng)振。壓路機(jī)的碾壓行使速度開始時(shí)宜用慢速，先慢后快其最大速度不宜超過4km/h。

4.10 檢測(cè)及路面、邊坡整形

1 每層填筑完成后均進(jìn)行壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)，檢驗(yàn)填筑是否滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2 路堤按設(shè)計(jì)標(biāo)高填筑完成后，每20m設(shè)三個(gè)樁（兩個(gè)邊樁，一個(gè)中樁）。進(jìn)行高程測(cè)量，計(jì)算平整高度，施放路肩邊線樁，修筑路拱，并用光輪壓路機(jī)碾壓一遍，使路面光潔無浮土，橫向排水坡符合要求。

3 依據(jù)路肩邊線樁，用人工按設(shè)計(jì)坡率掛線刷去超填部分。邊坡刷去超填部分后進(jìn)行整修夯實(shí)，整修后的邊坡達(dá)到坡面平順沒有凹凸，轉(zhuǎn)折處棱線明顯，直線處平直，變化處平順，壓實(shí)度合格。

5 結(jié)束語

本技術(shù)在廣大鐵路擴(kuò)能改造工程站前二標(biāo)路基、隧道施工中得到了很好的應(yīng)用。通過對(duì)隧道挖石方填筑路基施工技術(shù)的研究，獲得了施工中的第一手資料，突破山區(qū)道路運(yùn)輸不便及材料缺少的限制，加快了施工進(jìn)度，保證了施工質(zhì)量，使得廣大鐵路路基施工順利進(jìn)行，摸索出了爆渣材料性能優(yōu)化的方法及對(duì)路基填筑的控制要點(diǎn)，有效地加快了施工進(jìn)度，控制了隧道的開挖線形，降低施工成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]王振光.淺談公路隧道施工[J].黑龍江科技信息，2011年02期.

[2]張中云，蔣關(guān)魯，王智猛.紅層泥巖改良土填料物理力學(xué)特性的試驗(yàn)研究[J].四川建筑，2008年01期.