張志強ZHANG Zhi-qiang
(中鐵十二局集團第三工程有限公司,太原 030000)
新半坡隧道為渝懷鐵路增建二線Ⅳ標項目的一條隧道,位于貴州省銅仁境內,實施光面爆破圍巖主要為灰?guī)r夾白云巖,圍巖級別為Ⅲ級。弱風化堅硬巖,薄~中厚層狀結構。節(jié)理裂隙發(fā)育,多為密閉節(jié)理,巖體切割成大塊狀。地下水主要為基巖裂隙水、巖溶水,基巖裂隙水主要賦存各類結構面中,水量不大,巖溶水主要賦存與各種巖溶管道中。
光爆實施過程中,項目制定了《渝懷三分部光面爆破管理規(guī)定》定期對作業(yè)人員和管理人員考核,提高了大家的積極性,保障光面爆破工作高質量、高標準、持續(xù)快速的開展。
新半坡隧道位于貴州省銅仁市環(huán)北境內,進行光面爆破里程為YDK524+460.2~YDK524+161.3,為Ⅲ級圍巖,設計開挖斷面45.04m3/m。最大埋深約在95m~210m。圍巖主要以弱風化堅硬巖,薄~中厚層狀結構,質較軟,表層易風化剝落,層間結合較差,層狀軟弱面(或夾層)已基本被破壞。巖層產(chǎn)狀為N65°W/25°SW,差密度:2.4g/cm3、內摩擦角45°、基本承載力350kPa、基底摩擦系數(shù)0.45。節(jié)理裂隙發(fā)育,多為密閉節(jié)理,巖體切割成大塊狀。該圍巖巖層斜發(fā)育,質較軟,節(jié)理裂隙發(fā)育,光爆難度較大,據(jù)此光爆參數(shù)采取加密周邊眼、周邊眼間隔裝藥,采用導爆索起爆,爆破效果較好,超挖較小,輪廓面較圓順。
本隧道Ⅲ級圍巖采用控制振速爆破技術以全斷面方式人工鉆爆掘進,采用氣腿鑿巖機鉆孔。為減小爆破對圍巖的擾動,控制爆破輪廓,采用加密周邊眼、多打眼、少裝藥的施工措施。
①Ⅲ級圍巖斷面爆破設計圖,見圖1。
圖1 Ⅲ級圍巖斷面爆破設計圖
②鉆孔參數(shù)表,見表1。
表1 Ⅲ級圍巖全斷面開挖鉆孔參數(shù)表
③周邊眼采用間隔裝藥,導爆索起爆,每孔裝1 卷藥,將藥卷分為3 段,采用竹片捆綁,采用導爆索將分段藥卷連接起來,并將每個周邊眼采用導爆索同一方向連接至起爆雷管上。裝藥結構如圖2 所示。
圖2 裝藥結構示意圖
在隧道開展光面爆破巖層為石灰?guī)r夾白云巖,節(jié)理比較發(fā)育,光面爆破后整體輪廓不圓順,存在局部圍巖破碎不成型的狀態(tài)。在施工過程中根據(jù)爆破效果先后調整炮眼間距、裝藥系數(shù)、周邊眼外插角等參數(shù)。周邊眼間距控制在35cm,裝藥系數(shù)由原來0.45kg/孔改為0.3kg/孔,輔助眼距周邊眼間距略大于周邊眼間距,間距由70cm 改為75cm、底板眼裝藥系數(shù)由原來0.6kg/孔改為0.45kg/孔提高了爆破輪廓完整性。先后經(jīng)歷4 次優(yōu)化和多次細節(jié)調整。
通過一系列優(yōu)化后,最終確定爆破參數(shù)。該巖質Ⅲ級圍巖全斷面最佳光爆參數(shù)統(tǒng)計如表2。
表2 Ⅲ級圍巖全斷面最佳光爆參數(shù)表
根據(jù)光面爆破的現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比,在相同開挖斷面面積、炮眼布置和鉆孔深度的前提下,炸藥單耗量、超欠挖、補炮數(shù)量、噴射混凝土、二襯混凝土以及出渣時間、噴砼時間幾個方面有所節(jié)約。新半坡隧道實施光爆技術施工299m,經(jīng)成本核算隧道節(jié)省各項費用如下:
①炸藥、雷管。
新半坡隧道進口在Ⅲ級圍巖段展開光面爆破,實施光面爆破后共計開挖299m,施工100 個循環(huán)。光面爆破前后對比每循環(huán)爆破節(jié)省炸藥10.8kg,節(jié)約雷管2 發(fā)、炸藥的單價是每公斤6.7 元,每發(fā)雷管單價4.5 元。在新半坡隧道進行光面爆破期間炸藥、雷管共計節(jié)約8136 元。
②噴射混凝土。
噴射混凝土超耗率由原來109.56%減少為70.02%,噴射混凝土490 元/m3。新半坡隧道在YDK524+460.2 ~YDK524+161.3 段設計噴射砼為4.17m3/循環(huán),由此可以推算出,該隧道在光面爆破階段噴射砼共計節(jié)約成本為80790 元。
③二襯混凝土。
新半坡隧道采用光面爆破技術后隧道超欠挖得到有效的控制,使后續(xù)二襯混凝土超耗率明顯降低,在YDK524+456.8~+333.5 施工段落合計123.3m,二襯混凝土超耗率由原來50.4%降至29.2%。二襯C30 混凝土380 元/m3,每延米二襯混凝土設計方量7.12m3。經(jīng)計算,該隧道在光面爆破階段二襯砼共計節(jié)約成本為70722 元。
④噴砼時間。
使用光面爆破所采用光面爆破后爆破輪廓比較圓順,周邊圍巖完整性顯著提高,在節(jié)約了噴射砼的同時減少了噴砼時間,平均每循環(huán)節(jié)約時間35min,在光面爆破階段共計施工100 個循環(huán),合計節(jié)約時間58.32h。
⑤其他節(jié)約。
通過進行光面爆破,提高了工藝水平以及作業(yè)工班積極的態(tài)度,相比較之前,補炮次數(shù)明顯較少,出渣時間也有小幅度減少。通過調整周邊眼的爆破參數(shù),提高了開挖后輪廓的完整性,對平均線性超挖控制在10cm 以內。
采取優(yōu)化后爆破參數(shù),循環(huán)進尺、炮眼殘留率、兩排炮錯茬尺寸、總用藥量、平均線性超挖值、最大超挖值等方面有所改進。
光爆效果統(tǒng)計表,如表3 所示。
表3 光爆效果統(tǒng)計表
圖3 爆破后效果圖
①爆破后輪廓線較完整,對周邊圍巖擾動小。炮后炮痕明顯,炮眼殘存率較高,通長周邊炮痕清晰可見、輪廓比較圓順。②在周邊眼打眼時,控制外插角,保障每排炮之間炮痕錯臺5cm 左右,整體輪廓較圓順,無明顯凸起及坑洞,兩排炮連接處過度平順。③通過光面爆破,提高開挖后輪廓完整性,在減少噴砼料超耗的同時,初支面較之前更加平順。
①對于直眼掏槽光面爆破,要控制好臨空炮眼的位置和間距,臨空炮眼位置在中心線處,排列整齊,確保臨空炮眼中心基本在一豎直線上,炮孔間距15cm;打鉆過程中嚴格控制鉆孔偏差,盡量貼近設計成孔。②對于斜眼掏槽光面爆破,控制要點在于掏槽眼角度和深度,角度過大不能發(fā)揮掏槽效果,角度過小則造成兩邊掏槽眼互相交叉,不能實現(xiàn)設計進尺,要求嚴格控制入鉆角度,保證兩邊對應掏槽眼尾部相差20cm 左右,既能滿足掏槽效果,又能達到設計進尺要求,同時擴槽眼的入鉆角度應漸進增加,每排增加9°左右,避免擴槽孔尾部與掏槽眼尾部厚度過大,影響爆破效果。③周邊眼裝藥是控制光爆效果的關鍵,無論直眼掏槽還是斜眼掏槽,周邊眼均采用不耦合導爆索藥串間隔裝藥方式,并采用炮泥封堵鉆孔口,及時根據(jù)爆破半孔率調整周邊孔裝藥量,不斷提高光面爆破效果。④控制鉆孔外插角的關鍵在于起鉆,三臂鑿巖臺車操作手應根據(jù)圍巖硬度、掌子面入鉆處平整度等因素調整鉆孔方法。施工中,首先調整臺車推進梁與隧道軸線平行,呈水平狀態(tài)后,只移動臺車大臂,不調整推進梁,根據(jù)臺車顯示屏上的炮孔圖,移動臺車大臂將鉆桿頂在開孔位置后調整至設計外插角就可以起鉆,鉆眼時要根據(jù)鉆眼位置圍巖的平整度及時調整施鉆方法,可先開一個10~30cm 的淺孔,以固定鉆頭防止偏滑,再沿該孔以設計的鉆進角度施鉆。
總結以上并結合渝懷鐵路項目屬地的材料價格進行分析,經(jīng)濟效益十分明顯。①直接經(jīng)濟效益?;鸸て饭?jié)余和噴射混凝土超耗量降低。在新半坡隧道進行光面爆破期間炸藥、雷管共計節(jié)約8136 元;噴射砼共計節(jié)約成本為80790 元,二襯砼共計節(jié)約成本為70722 元。兩項合計,隧道每延米結余413 元。②間接經(jīng)濟效益。大益于圍巖穩(wěn)定,全面提升隧道整體施工質量,規(guī)避了后期缺陷整治;節(jié)省作業(yè)時間,光爆實施前、后的一個循環(huán)用時平均減少35min;線性超挖減少,相應的出渣量減少,運輸成本也明顯降低。
綜上所述,通過對隧道光面爆破施工為項目帶來了直接和間接的巨大效益,并為后續(xù)全環(huán)作業(yè)的標準化施工創(chuàng)造了條件,針對不同地質隧道施工,光面爆破還需在實踐中不斷總結、完善,使其更加操作,帶來最大經(jīng)濟效益。