董澤旭
(中鐵十六局集團地鐵工程有限公司,北京 101116)
近年來重慶地鐵施工高速發(fā)展,重慶淺表地層普遍為砂質(zhì)泥巖,圍巖級別多為Ⅳ級,常用爆破施工工藝,爆破開挖質(zhì)量控制一直是施工的重難點,超挖過多不僅造成出渣量和襯砌量增加,而且延長了施工工期,提高了工程成本?;谥貞c軌道18號線隧道爆破施工項目,結(jié)合現(xiàn)場實際情況,通過精心研究、調(diào)整設(shè)計爆破掘進過程中的炮眼打設(shè)角度、單循環(huán)開挖進尺,合理增加炮孔數(shù)量,優(yōu)化布置炮孔位置,在保證質(zhì)量、安全為前提并滿足工期要求的情況下成功減小爆破超挖尺寸。
重慶軌道18號線外河坪北站~外河坪南站區(qū)間全長1.5km,線路位于長江、嘉陵江兩大地表水系匯合的寬緩臺地上。隧道埋深約28.29~53.00m,地層主要由砂巖—砂質(zhì)泥巖不等厚的正向沉積韻律層組成,砂質(zhì)泥巖以紫紅色為主,主要礦物成分為黏土礦物,粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚層狀構(gòu)造,中等風(fēng)化巖體裂隙不發(fā)育,巖體較完整,巖質(zhì)較軟,巖體基本質(zhì)量等級為IV級;砂巖為灰色~紫灰色,細(xì)~中粒結(jié)構(gòu),厚層狀構(gòu)造,主要礦物成分為石英、長石,含少量云母及黏土礦物,多為鈣質(zhì)膠結(jié),巖質(zhì)較硬,巖體完整性好,巖體基本質(zhì)量等級為III~IV級,主要為IV級。隧道標(biāo)注斷面寬7.38m,高7.16m,馬蹄型斷面形式,斷面面積44.38m2,采用全斷面爆破方式進行開挖。
根據(jù)隧道地質(zhì)結(jié)構(gòu)及圍巖級別,參考以往項目及該項目相鄰標(biāo)段施工經(jīng)驗統(tǒng)計爆破超挖量,見表1所示。
表1 隧道爆破超挖數(shù)據(jù)統(tǒng)計
根據(jù)上述數(shù)據(jù)統(tǒng)計,圍巖IV級隧道爆破開挖平均超挖達到25.7cm,超挖問題嚴(yán)重,造成炸藥雷管等火工品單耗增加,初期支護噴射混凝土厚度增加等造成材料浪費,工作時間延長造成工效降低,平均只能實現(xiàn)1循環(huán)/d,平均進尺約3m/d,根據(jù)現(xiàn)場實際情況,對爆破參數(shù)進行調(diào)整,具體情況如下:
(1)周邊眼、掏槽眼以及輔助眼數(shù)量調(diào)整[1]。掏槽眼以及輔助眼數(shù)量由原來的100個增加至133個,其中周邊眼數(shù)量由原來的20 個增加至34 個,間距減小至450~500mm之間。
(2)提高爆破開挖頻率,減小開挖進尺;開挖進尺調(diào)整為2m/d,平均2 天3 循環(huán),平均進尺3m/d,調(diào)整炮孔深度。
(3)降低火工品單耗量[2]。掏槽眼每孔填充炸藥約1.2kg,超量裝藥,并首先起爆,形成槽腔,創(chuàng)造新自由面;周邊眼每孔填充炸藥約0.1kg,減少每孔炸藥用量,實現(xiàn)外輪廓形狀,并控制超挖。
(4)為有效控制爆破震速,減少單段起爆藥量,調(diào)整掏槽眼布置,改一次掏槽為二次掏槽分段起爆。
(5)掌子面與已完初期支護面的距離控制在1.0~1.5m或?qū)⒅苓呇鄞蛟O(shè)角度調(diào)整至7°左右。
爆破工藝參數(shù)調(diào)整后,以外河坪北站~外河坪南站區(qū)間SK+108.9~SK+130段進行數(shù)據(jù)實測統(tǒng)計分析,見表2所示。
表2 外河坪北站-外河坪南站區(qū)間爆破施工記錄表
經(jīng)分析實地爆破試驗結(jié)果,平均超挖最優(yōu)可達到10cm,超挖值平均約為15cm,超挖得到有效控制。
控制開挖進尺可以有效控制周邊眼打設(shè)偏離距離[3],并且控制炸藥單耗用量,以達到控制開挖目的,單循環(huán)開挖進尺越大,遠(yuǎn)端偏離開挖限界越大,進而爆破超挖也越嚴(yán)重,將單循環(huán)開挖進尺由3m調(diào)整為2m,周邊眼炮孔搭設(shè)深度由3.5m調(diào)整為2.5m,有效降低超挖程度,平均超挖值由15.3cm降低為11cm,降低約30%,如圖1所示。
圖1 開挖進尺對超挖情況影響
該項目暗挖區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)斷面初期支護設(shè)計厚度為21cm,由于已完初期支護厚度影響,周邊眼打設(shè)入巖位置及角度受限,導(dǎo)致周邊眼打設(shè)角度增大至11.9°,使爆破超挖加劇,平均超挖值達到31.25cm,如圖2所示。
圖2 初期支護厚度對超挖情況影響
為了減小初期支護厚度對炮孔打設(shè)的影響,將打設(shè)角度調(diào)整為7°左右或?qū)⒁淹瓿踔媾c掌子面距離增大至1~1.5m,使平均超挖值降至15cm,見圖3所示。
圖3 調(diào)整炮眼打設(shè)角度控制超挖情況
通過增加周邊眼數(shù)量,改善外輪廓成型平順度,炮孔單孔填充炸藥量減少,降低爆破猛度,改善裝藥集中、起爆震動大,周邊外輪廓形狀難以控制的情況[4]。
周邊孔的起爆順序決定了爆破效果。若周邊孔爆破時間過早,臨空面未完全形成,而周邊孔起爆過遲,則不能充分利用輔助孔的爆破破碎能量。工程經(jīng)驗表明,周邊孔起爆時間比輔助孔延遲100~150ms時,爆破效果最佳,可有效控制欠挖及超挖。
施工現(xiàn)場管理水平、測量放線質(zhì)量,裝藥結(jié)構(gòu)、炮眼成孔的質(zhì)量等因素均決定爆破超挖控制效果。
IV級圍巖隧道需進行初期支護,支護形式為型鋼拱架+噴射混凝土掛網(wǎng)錨噴,而爆破引起的超挖需要噴射混凝土進行填充,不但造成材料的超耗增加[5],延長噴錨時間,減緩施工進度,以及增加材料成本,人工成本,還有項目本級管理費等,產(chǎn)生較大施工成本。
以外河坪北站~外河坪南站區(qū)間為例,區(qū)間正線左右線全長3000m,斷面周長約18m,噴射混凝土約385元/m3,平均超挖正常水平為25cm,經(jīng)調(diào)整降為15cm,噴射混凝土共計節(jié)約5400m3,僅材料費節(jié)約208萬元,超挖部分石方的運輸時間、運輸費用、棄渣費用等均有所減少,工期加快的同時,成本投入減少,經(jīng)濟效果顯著[6]。
本文針對重慶軌道18號線項目爆破施工情況,在圍巖級別Ⅳ級實施爆破,采用調(diào)整炮孔打設(shè)數(shù)量、打設(shè)角度、并結(jié)合“短進尺、多循環(huán)”、調(diào)整起爆順序等爆破施工措施,由現(xiàn)場爆破效果來看,爆破擴挖效果較為良好,平均超挖值控制在15cm左右,有效降低超挖值約10cm,在保證安全、質(zhì)量的同時,滿足了施工進度,并節(jié)約了施工成本,降低工程造價,可為類似隧道爆破擴挖工程提供參考。