泥质粉砂岩铁路隧道超欠挖控制

黄 斐

中铁十六局集团第四工程有限公司 北京 101400

1 前言

众所周知,只要是采用钻爆法施工的隧道,超欠挖就不可避免。隧道施工以成效论英雄,最终是以成本和质量两大目标来体现。而超欠挖控制则是此两大目标能否实现的关键。

根据新验标规定,二衬厚度必须确保,禁止欠挖。超挖会多耗炸材,多装多运洞碴,易造成空洞,超挖部位必须用同级混凝土回填,不仅造成混凝土不必要的浪费,也会对钢拱架造成压力,开挖质量不仅直接影响成本效益,还影响喷砼质量、施工进度、防排水质量等,可以这么说,隧道施工的每道工序都与超欠挖控制有关,超欠挖影响隧道施工全局。

隧道开挖质量直接影响项目效益,本隧道每超挖5cm,则需要多回填2.2m3混凝土,石羊哨隧道长度2241m,则需多回填混凝土近5000m3。

2 工程概况

某铁路隧道全长2241m,位于沅麻红层盆地,为丘陵地貌。岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂岩、泥质砂岩及泥质等软硬岩互层,以泥质粉砂岩为主,夹少量粉砂岩(无法单独分层),泥质砂岩及泥质为薄层夹层,隧道为弱富水。

石羊哨隧道为Ⅳ级围岩居多,全隧初期支护采用钢拱架。喷射混凝土结构,施工时为减少对围岩干扰,有效控制超欠挖,保证开挖质量,成立课题组,尝试采用控制爆破施工,取得了较好的效果。具体实施主要分为：画弧技术、周边眼精确钻眼、外插角度控制、药量控制、组织管理。

3 影响开挖质量的主要因素

3.1 爆破技术 一般地,掏槽技术更多的是影响循环进尺,而周边眼的间距、装药结构和装药量,则对超欠挖产生重要影响。非电毫秒雷管的跳段使用,以及周边眼采用小药包连续装药或空气间隔装药结构,使得爆破时周边眼的振动和破坏减小,超欠挖控制得到有效实施。

3.2 钻孔精度 开眼位置和施钻外插角度方向偏差是产生超欠挖的主要原因。钻杆越长,外偏角越大,造成的超挖就越大。同时,普通气腿式凿岩机的结构,决定了在施钻时必须有3°～5°的外插角。接近圆形的隧道断面以及不可能尽善尽美的作业平台设计,均会给施钻者的准确定位带来不便。

3.3 组织管理 隧道开挖掌子面狭小,作业空间有限,只能通过多次循环来求得进度,而每一循环都必须进行超欠挖控制。所以,建立一个较为完善、系统的开挖质量保证体系,对作业全过程及相关因素实行严格科学的管理,非常必要。人是施工生产最积极的因素,必须加强人员组织,作业安排,现场指导,质量检测,信息反馈,提高每一位员工的生产责任心。

3.4 测量放线 由于测量错误引起的超欠挖,这在隧道施工中将是致命的,必须规避此类风险。要保证测量程序的准确,提高现场放线精度。每茬炮都必须画弧,所画轮廓线要尽量与设计线位相重合。

3.5 地质条件变化 对于泥质粉砂岩地质情况,围岩开挖后能够节理裂隙和岩层走向会产生局部坍落或顺层溜帮,从而造成超挖。此超挖量会随着支护时间的推迟而增加。及时封闭的施工原则就显得非常重要,及时初喷、施作钢拱架和布设网片,可以充分利用围岩自承能力,减少此类超挖。

由以上结果可以看出,隧道开挖质量控制重点是控制钻孔精度、爆破技术优化调整和组织管理。钻孔精度和技术优化是关键,组织管理是保证。

4 测量放线

分为画弧精度控制和弧线定位。

4.1 精度控制 传统光爆画弧,一般采用圆心法、五寸台法、编程计算器画弧,前两者时间长、精度差,后者时间长、易计算错误,在当前带无棱镜测距全站仪及手机普遍使用的前提下,尝试采用全站仪+手机APP技术,全站仪于手机通过蓝牙连接,APP直接计算显示超欠数据,无需输入坐标,极大节省测量时间,精度控制在±1cm范围内。

4.2 弧线定位 不同于一般直接画出周边眼开挖轮廓线,司钻人员在开挖轮廓线起钻,外插角控制主管随意性较大,不利于控制超欠挖。采用仅画出钢架内弧轮廓线,在上环已支护钢架端头标识出超欠挖值,便于司钻人员外插角控制及技术人员监督复核外插角度。

5 钻孔精度

5.1 周边眼布设 在所画弧线上精确布设周边眼,炮眼间距布置为50cm,满足规范要求0.4m～0.6m。

5.2 外插角控制 周边采用长眼+短眼相结合、间隔布置的形式,长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、挂口等现象的发生。

有些人认为光爆做到一点不超挖才好,其实开挖质量控制的要点在于“控制超挖、杜绝欠挖”,认为只有做到合理超挖才能有效控制超挖,杜绝欠挖及做好光爆施工。

在坚决不超挖理念下的光爆,将陷入欠挖→较大超挖→较大欠挖→较大超挖的恶性循环中。

外插角控制由传统的量测角度(实际很难做到)或凭经验目测转换为通过钻杆尾部至钢架内轮廓的距离来控制角度,更加直观、更加精准、更加方便,几乎不受主观因素影响。

图1 外插角控制示意图

6 装药联线

6.1 装药 为防止药量过大造成一些不必要的滑层,针对目前泥质粉砂岩的围岩情况,我们采用分段、分节装药,把原有每节0.3kg的乳化炸药分成两节或三节使用,采取长、短眼药量结合布置的控制措施。整体比耗药量控制在0.4～0.48kg/m3的范围。

控制要点：针对泥质粉砂岩浸水易软化,夹层软弱的特点,相邻炮孔装药布置错开,局部破碎、软弱带减少或不装药,司钻人员根据钻眼过程中是否突进、卡钻判断围岩破碎情况。

6.2 联线 为提高炮眼利用率,周边眼全部采用红线导爆,防止药包未起爆、哑炮的产生。

7 组织管理

7.1 项目部管理 为切实提高隧道开挖水平,控制好超欠挖,项目部下发了《隧道开挖质量控制考核管理办法》、《关于降低砼超耗的补充办法》。成立了隧道开挖质量管理领导小组。细化了对架子队月度考核、对班组月度考核和循环考核、补充了对架子队主要管理人员的奖惩措施等。为切实提高司钻人员积极性,在考核文件执行过程中优化了循环考核奖励的兑现流程、成立专项考核奖金池、考核奖金提前预支兑现制度等,直接提高了作业人员的积极性。

7.2 架子队管理

7.2.1 在坚持学习、贯彻和执行项目部文件的基础上,针对架子队实际情况,旨在切实提高作业人员积极性,细化了针对作业人员的奖惩制度并下发执行。

7.2.2 坚持执行跟班指导制度,从测量画弧到装药联线,技术人员跟班测量,复核测量精度,有无两点后方交会情况等,保证了测量精度；开钻前20min,执行跟班督导,有无按点开眼,角度控制是否符合要求,有效的减少了因外插角过大造成的超挖；装药联线过程中,施工员盯控,是否分节、分段装药,杜绝了因个别作业人员偷懒装整节炸药导致超挖。

7.2.3 坚持每日交班会通报制度,通报内容包含：当日平均线性超挖值、当日考核奖罚结果、连续两循环超挖部位原因分析、建议超挖部位是否需要采取换人换岗措施等。

图2 周边眼装药示意图

7.3 班组管理

7.3.1 班组长的重视及内部执行力的建设,开挖质量直接决定班组的盈利水平,所以班组长在给作业人员讲话的时候,特别要求工人严格要求技术要求施工炮眼,对因炮眼和装药引起的超挖,班组长亲自分析,并提出改进措施,严格要求工人,对于屡教不改的工人,班组及时给清退。

7.3.2 执行带班制度,现场除有班组值班人员外,作业人员中单独安排了带班监督人员,及时发现并纠正钻眼过程中不按弧线开眼、不按角度钻眼等情况,帮助作业人员扶钻开眼,判断当班围岩情况,执行班前讲话。

7.3.3 信息沟通制度,班组长从每日交班会获取超欠挖信息后,回去及时找相应作业人员谈话,帮助分析原因,指导下茬炮采取措施；建立班组开挖质量管理群并把相应队部技术人员拉进群内参与管理,每班爆破效果检查表发至群内,形成技术人员、班组长、班组测量人员、带班人员共同管理的良好氛围。

8 结语

通过爆破设计优化及组织管理,超欠挖质量实施取得了很好的效果,平均线性超挖值控制在5～12cm,喷射混凝土实耗设计比为1.5左右,降低了项目成本,按照目前施工进度,平均每月可节约混凝土200m3,产生直接经济效益15万元。

提高了测量速度,节省了工序时间,一组人员仪器在交通方便的前提下,可满足3个洞口需要,一天外业测量时间也仅6小时。

总之,做好隧道超欠挖控制的前提还是有合适的爆破设计,切实可行的管理行为实施,加强管服及作业人员责任心,各种环节紧密配合。