張志強(qiáng)ZHANG Zhi-qiang
(中鐵十二局集團(tuán)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(biāo)項(xiàng)目的一條隧道,位于貴州省銅仁境內(nèi),實(shí)施光面爆破圍巖主要為灰?guī)r夾白云巖,圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)。弱風(fēng)化堅(jiān)硬巖,薄~中厚層狀結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)面中,水量不大,巖溶水主要賦存與各種巖溶管道中。
光爆實(shí)施過(guò)程中,項(xiàng)目制定了《渝懷三分部光面爆破管理規(guī)定》定期對(duì)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(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)、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(nèi),進(jìn)行光面爆破里程為YDK524+460.2~YDK524+161.3,為Ⅲ級(jí)圍巖,設(shè)計(jì)開挖斷面45.04m3/m。最大埋深約在95m~210m。圍巖主要以弱風(fēng)化堅(jiān)硬巖,薄~中厚層狀結(jié)構(gòu),質(zhì)較軟,表層易風(fēng)化剝落,層間結(jié)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(nèi)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(zhì)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(dǎo)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(jí)圍巖采用控制振速爆破技術(shù)以全斷面方式人工鉆爆掘進(jìn),采用氣腿鑿巖機(jī)鉆孔。為減小爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng),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(jí)圍巖斷面爆破設(shè)計(jì)圖,見圖1。
圖1 Ⅲ級(jí)圍巖斷面爆破設(shè)計(jì)圖
②鉆孔參數(shù)表,見表1。
表1 Ⅲ級(jí)圍巖全斷面開挖鉆孔參數(shù)表
③周邊眼采用間隔裝藥,導(dǎo)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(dǎo)爆索將分段藥卷連接起來(lái),并將每個(gè)周邊眼采用導(dǎo)爆索同一方向連接至起爆雷管上。裝藥結(jié)構(gòu)如圖2 所示。
圖2 裝藥結(jié)構(gòu)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(guò)程中根據(jù)爆破效果先后調(diào)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(lái)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(lái)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(xì)節(jié)調(diào)整。
通過(guò)一系列優(yōu)化后,最終確定爆破參數(shù)。該巖質(zhì)Ⅲ級(jí)圍巖全斷面最佳光爆參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表2。
表2 Ⅲ級(jí)圍巖全斷面最佳光爆參數(shù)表
根據(jù)光面爆破的現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)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(bǔ)炮數(shù)量、噴射混凝土、二襯混凝土以及出渣時(shí)間、噴砼時(shí)間幾個(gè)方面有所節(jié)約。新半坡隧道實(shí)施光爆技術(shù)施工299m,經(jīng)成本核算隧道節(jié)省各項(xiàng)費(fèi)用如下:
①炸藥、雷管。
新半坡隧道進(jìn)口在Ⅲ級(jí)圍巖段展開光面爆破,實(shí)施光面爆破后共計(jì)開挖299m,施工100 個(gè)循環(huán)。光面爆破前后對(duì)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(jià)是每公斤6.7 元,每發(fā)雷管單價(jià)4.5 元。在新半坡隧道進(jìn)行光面爆破期間炸藥、雷管共計(jì)節(jié)約8136 元。
②噴射混凝土。
噴射混凝土超耗率由原來(lái)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(shè)計(jì)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(jì)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(shù)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(jì)123.3m,二襯混凝土超耗率由原來(lái)50.4%降至29.2%。二襯C30 混凝土380 元/m3,每延米二襯混凝土設(shè)計(jì)方量7.12m3。經(jīng)計(jì)算,該隧道在光面爆破階段二襯砼共計(jì)節(jié)約成本為70722 元。
④噴砼時(shí)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(shí)減少了噴砼時(shí)間,平均每循環(huán)節(jié)約時(shí)間35min,在光面爆破階段共計(jì)施工100 個(gè)循環(huán),合計(jì)節(jié)約時(shí)間58.32h。
⑤其他節(jié)約。
通過(guò)進(jìn)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(bǔ)炮次數(shù)明顯較少,出渣時(shí)間也有小幅度減少。通過(guò)調(diào)整周邊眼的爆破參數(shù),提高了開挖后輪廓的完整性,對(duì)平均線性超挖控制在10cm 以內(nèi)。
采取優(yōu)化后爆破參數(shù),循環(huán)進(jìn)尺、炮眼殘留率、兩排炮錯(cuò)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(jìn)。
光爆效果統(tǒng)計(jì)表,如表3 所示。
表3 光爆效果統(tǒng)計(jì)表
圖3 爆破后效果圖
①爆破后輪廓線較完整,對(duì)周邊圍巖擾動(dòng)小。炮后炮痕明顯,炮眼殘存率較高,通長(zhǎng)周邊炮痕清晰可見、輪廓比較圓順。②在周邊眼打眼時(shí),控制外插角,保障每排炮之間炮痕錯(cuò)臺(tái)5cm 左右,整體輪廓較圓順,無(wú)明顯凸起及坑洞,兩排炮連接處過(guò)度平順。③通過(guò)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(shí),初支面較之前更加平順。
①對(duì)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(guò)程中嚴(yán)格控制鉆孔偏差,盡量貼近設(shè)計(jì)成孔。②對(duì)于斜眼掏槽光面爆破,控制要點(diǎn)在于掏槽眼角度和深度,角度過(guò)大不能發(fā)揮掏槽效果,角度過(guò)小則造成兩邊掏槽眼互相交叉,不能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)進(jìn)尺,要求嚴(yán)格控制入鉆角度,保證兩邊對(duì)應(yīng)掏槽眼尾部相差20cm 左右,既能滿足掏槽效果,又能達(dá)到設(shè)計(jì)進(jìn)尺要求,同時(shí)擴(kuò)槽眼的入鉆角度應(yīng)漸進(jìn)增加,每排增加9°左右,避免擴(kuò)槽孔尾部與掏槽眼尾部厚度過(guò)大,影響爆破效果。③周邊眼裝藥是控制光爆效果的關(guān)鍵,無(wú)論直眼掏槽還是斜眼掏槽,周邊眼均采用不耦合導(dǎo)爆索藥串間隔裝藥方式,并采用炮泥封堵鉆孔口,及時(shí)根據(jù)爆破半孔率調(diào)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(guān)鍵在于起鉆,三臂鑿巖臺(tái)車操作手應(yīng)根據(jù)圍巖硬度、掌子面入鉆處平整度等因素調(diào)整鉆孔方法。施工中,首先調(diào)整臺(tái)車推進(jìn)梁與隧道軸線平行,呈水平狀態(tài)后,只移動(dòng)臺(tái)車大臂,不調(diào)整推進(jìn)梁,根據(jù)臺(tái)車顯示屏上的炮孔圖,移動(dòng)臺(tái)車大臂將鉆桿頂在開孔位置后調(diào)整至設(shè)計(jì)外插角就可以起鉆,鉆眼時(shí)要根據(jù)鉆眼位置圍巖的平整度及時(shí)調(diào)整施鉆方法,可先開一個(gè)10~30cm 的淺孔,以固定鉆頭防止偏滑,再沿該孔以設(shè)計(jì)的鉆進(jìn)角度施鉆。
總結(jié)以上并結(jié)合渝懷鐵路項(xiàng)目屬地的材料價(jià)格進(jìn)行分析,經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。①直接經(jīng)濟(jì)效益。火工品節(jié)余和噴射混凝土超耗量降低。在新半坡隧道進(jìn)行光面爆破期間炸藥、雷管共計(jì)節(jié)約8136 元;噴射砼共計(jì)節(jié)約成本為80790 元,二襯砼共計(jì)節(jié)約成本為70722 元。兩項(xiàng)合計(jì),隧道每延米結(jié)余413 元。②間接經(jīng)濟(jì)效益。大益于圍巖穩(wěn)定,全面提升隧道整體施工質(zhì)量,規(guī)避了后期缺陷整治;節(jié)省作業(yè)時(shí)間,光爆實(shí)施前、后的一個(gè)循環(huán)用時(shí)平均減少35min;線性超挖減少,相應(yīng)的出渣量減少,運(yùn)輸成本也明顯降低。
綜上所述,通過(guò)對(duì)隧道光面爆破施工為項(xiàng)目帶來(lái)了直接和間接的巨大效益,并為后續(xù)全環(huán)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化施工創(chuàng)造了條件,針對(duì)不同地質(zhì)隧道施工,光面爆破還需在實(shí)踐中不斷總結(jié)、完善,使其更加操作,帶來(lái)最大經(jīng)濟(jì)效益。