浅谈隧道钻爆法施工机械化开挖的双超治理措施

(整期优先)网络出版时间:2023-06-16
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浅谈隧道钻爆法施工机械化开挖的双超治理措施

廖博文

中铁一局第五工程有限公司 陕西宝鸡 721006

摘要隧道双超治理需采取综合措施,多管齐下进行管控,以钻孔精度、测量放线、爆破技术、施工管理等方面为抓手,制定技术和管理措施,在施工中严格落实。在长期的铁路隧道施工过程中,导致双超的原因很多,因此浅谈一下个人对于导致双超因素及治理管控措施的见解。

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关键词:高速铁路隧道;开挖;光面爆破;聚能水压爆破;机械化钻爆法;

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一、 “双超”原因分析

1、隧道工程地质及水文地质千差万别,施工周期长,过程不可逆,不同项目的管理,施工过程不可预见性高,因地质原因坍塌、变形、渗漏水等造成的双超例外情况非常复杂。

2、为确保结构厚度,避免检测二次衬砌厚度不足,会加大设计预留沉降变形量,往往就会导致二次衬砌混凝土超标。

3、三臂凿岩台车机械操作手责任心不强,往往因为要保证炮眼质量而导致操作时间增加,故而不重视,以及不合理的打钻顺序导致炮眼交错。

4、光面爆破中炮眼间距、角度及长度也极为重要,炮眼质量不合格导致的超挖不可控。

5、在钻爆法施工中,由于三臂凿岩台车需要的作业空间较长以及已施作的初支导致作业空间不足,无法满足钻爆设计图中的施钻角度,导致超挖增大。

二、 “双超”治理措施

1、在爆破开挖过程中,围岩节理特征是影响超欠挖的一个主要因素,这其中包括节理的方位、间距、节理的填充物、岩体的强度以及地应力条件等。在开挖施工过程中,应从客观实际出发,针对不同的岩体,采用不同的开挖施工方案并加强施工工艺的控制,动态调整光面爆破技术,就能有效减少超挖。

(1)由专业的爆破人员根据不同等级的围岩、开挖断面的大小、隧道内环境以及施工条件为前提,按照光面爆破参数如图绘制针对不同围岩情况的钻爆图昨为前期的临时参照及依据,再根据现场实际围岩情况随时做出优化和调整。

      表1 不同围岩等级炸药单耗参照表

围岩级别

Ⅱ级

Ⅲ级

Ⅳ级

Ⅴ级

单耗(kg/m³)

0.8~1.2

0.7~1.0

0.5~0.7

0.4~0.6

表1为不同围岩等级炸药单耗参照表(kg/m³)表中数据为隧道开挖断面面积120m²~160m²的数据,当采用较小面积时应按照实际情况适当增大药量至上表中数据1.0~1.2倍。

(2)采用水压爆破技术

周边眼使用聚能管爆破,掏槽眼和辅助眼使用水压爆破。水的不可压缩性有利于爆破能量传递到围岩中,炮眼中的水可雾化降尘,缩短通风时间;聚能管爆破后隧道轮廓面平顺,炮眼保留率高,超欠挖控制良好,减少了炸药用量,降低了对围岩的扰动,有效的降低施工成本,提高施工效率。如图2,落实炮孔封堵要求,各类炮孔封堵长度不小于40cm,软弱围岩时周边眼采用间隔装药,实际开挖钻眼较放样线内移5~10cm钻孔。

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图1:周边眼聚能管水压爆破

2、为了确保预留沉降量数值合适,施工前需要根据地质资料及经验预设预留沉降量,确定试验段后,根据试验段的结果来确定该段围岩的预留沉降变形量。预留沉降量取值:开挖完成后取得的第一组初始值与初期支护仰供封闭后最终值的差值+二次衬砌线性超厚(3~5cm)来作为实际施工的预留沉降变形量。

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3、三臂凿岩台车操作手严格实行“五定、四不钻”:定人、定位、定机、定质、定量;不在残眼上钻孔、不在石缝上钻孔、不在夹层缝隙钻孔、不在未进行加固的破碎带上钻孔。三臂凿岩台车固定操作手,固定操作钻臂或钻孔范围及钻孔部位,同一作业面固定两台三臂凿岩台车,如图1所示双机并打,按照顺序依次打钻。建立超欠挖考核机制,将考核落实到每一个操作手。

图2:钻臂施钻顺序图

4、光面爆破中炮眼布置的要求及验收(均需在过程中去管控)

(1)掏槽眼安装在开挖掌子面的中心,可以有效地破坏底部的岩石,从而大大降低爆破产生的飞石。

(2)周边炮眼应沿设计开挖断面轮廓线布置,可根据围岩适当回收1~5cm。

(3)辅助炮眼应交错均匀地布置在周边眼与掏槽眼之间,并垂直于开挖掌子面打眼,充分使爆破后的渣块体大小适合装出渣的要求。

(4)开挖断面底面两侧,应按要求充分布置辅助眼,适当增加药量,消除爆破死角。断面顶部应控制药量,防止出现超挖。

(5)宜用直眼掏槽,眼深小于2m时可用斜眼掏槽,两个掏槽眼间距不得小于20㎝。

(6)斜眼掏槽的炮眼方向,在岩层层理或节理发育时,不得与其平行,应呈一定角度并尽量与其垂直。

5、由于初支结构厚或者其他原因无法满足三臂凿岩台车施钻空间。

(1)在安全施工前提下合理预留作业空间

应加强管超前质量控制,根据地质预报结果,落实动态设计变更理念,优化改进超前支护形式及环纵向施工范围,及时对开挖面前方富水围岩进行固结或排水,开挖后及时初喷,撬毛找顶应以人工为主、设备辅助,及时施作系统锚杆,减少因围岩坍落、掉块造成的超挖。为缩小周边眼钻孔外插角度,在支护与掌子面之间预留一定长度的钻孔作业空间。硬岩地段,作业空间预留不超过2个循环,需完成初喷加固,局部裂隙发育完成锚杆及挂网;软岩地段,作业空间预留不超过2m,且需完成超前支护及初喷;有钢架地段,可先钻周边眼,再立架。

(2)周边眼宜采用长短眼钻孔方式。 钻周边眼时,先钻长眼,长眼深度与进尺长度一致,但开孔线相较实际开挖断面轮廓回收10cm~20cm,根据长眼深度选择,待长眼钻孔完成后施作短眼,短眼深度为长眼的二分之一。爆破装药时,仅长眼装药,短眼不装药,为爆破时提供临空面和破裂诱导,可有效减少超挖。

三、结语

隧道工程在高速铁路建设中是一个重要建设项目,目前在隧道施工中,机械化钻爆法相对于需大量人工的半机械开挖已经成为主流施工方法。隧道钻爆法施工中导致双超的主要原因之一就是超欠挖,超欠挖能够控制好不仅能够降低对围岩扰动提高围岩自身的承载力,产生更加安全的施工作业环境,还能减少出渣量、初支及二次衬砌的混凝土量等等,不仅能够为项目为公司节省工期,还能实现经济效益,百利而无一害。

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