隧道超挖是当前隧道施工的普遍性技术问题,目前隧道超挖基本在40cm以上,不仅浪费了人力、物力,而且施工进度也较慢。如何解决这种现象,笔者认为只有实实在在地采用光面爆破。下面是对光面爆破的几点看法,希望能够对施工有一点帮助,更希望能够得到各位专家,前辈,领导、同仁的指点,我将不胜感激。
一.实施光面和预裂爆破是设计规范和施工规范的要求
众所周知,隧洞开挖在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ必须采取光面爆破或者预裂爆破已经是二、三十年前的规定了,到现在仍然如此,大小隧道的设计无一不是采用新奥法的原理进行的。该原理的重要精髓之一就是在开挖时使围岩能够按照设计要求自然成拱并保护围岩,使围岩能够充分发挥自承能力,设计条件都是根据隧道施工技术规范和隧道设计规范来确定的。从理论上讲如果隧道的开挖不能满足规范允许的要求,那么隧道的设计就应该予以修改。现实中是不可能做到的。即使采用同级喷射砼或模注砼回填密实,
也仅仅是改善隧道的受力状况,属没办法中的办法。是不能彻底消除质量 隐患的。因此无论公路隧道施工规范还是铁路隧道施工规范,还是水工隧洞施工规范,对任何一级围岩的超挖都有严格限制,比如公路隧道施工规范规定“应严格控制欠挖,最大欠挖不得在每平方米内不得大于0.1平米,且最大隆起不能大于5cm,拱部、边墙脚以上1米内断面严禁欠挖。应尽量减少超挖,对于硬岩VI类(相当于现在的I类)拱部最大超挖为20cm,,中硬岩(V-III)相当于现在的II-IV级围岩拱部允许最大超挖不能大于25cm,平均超挖不能大于15cm,破碎松散岩石及土质(一般不需用爆破法开挖),相当原v,vi类围岩允许平均超挖10cm,最大不超15cm。无论在任何情况下,边墙、仰拱、隧底平均超挖值不能大于10cm。从以上规定来看,隧道的开挖质量的要求是很严格的,因此公路隧道施工规范5.1.6规定“岩石隧道的爆破应采用光面爆破和预裂爆破技术,施工中应提高钻眼效率和爆破效果,降低工料消耗。对有条件进行实验的还要求进行爆破漏斗和爆破成缝试验来确定爆破参数,对没有条件做爆破参数实验的则专门
提供了光面爆破、预裂爆破的爆破参数。2002《铁路隧道施工规范》也有类似的规定。
相信每一份隧道招、投标文件都会提到隧道的开挖采用光面爆破或者预裂爆破技术来进行隧道的施工。相信所有的隧道管理、技术人员对隧道采用上述两种爆破技术施工的规定是很了解的。在此不复赘述。
然而实施光面爆破(或预裂爆破)有光面爆破的方法和规程、原则,有一整套的技术要求和操作方法。假如不遵守光面爆破的工艺要求和原则,就不可能达到光面爆破的效果和隧规规定的超欠挖标准。
二、实施光面和预裂爆破,首先是各施工单位要转变隧道施工观念,纠正对光面爆破技术认识、观念上的误区:
永蓝高速已开工的几条隧道,尤其是观音岭和排沙坪隧道中,相信施工单位已经了解了公司的隧道施工管理模式,靠一般的、传统的创造施工效益的方法和手段是已经行不通了。只能从提高隧道施工科技含量上来进行隧道的管理。指挥部、项目部隧道管理机构绝非是增加初期支护的数量,降低各施工队的效益,相反,指挥部是希望各施工单位遵照施工规范和设计文件施工,并且都能从工程中赚取赢得的合法效益。这也是当前隧道建筑市场的发展趋势。而隧道的开挖质量是制约一切效益的瓶颈。目前发现各施工单位普遍存在一个光面爆破的误区。
误区1、片面强调围岩太差,不能实施光面爆破。超挖是正常情况,却不去研究开挖施工是否采用了光面爆破技术。实际上大多数情况下,隧道围岩的强度都远远比衬砌结构的砼强度高得多。即使是遇到极严重风化破碎的千枚岩,其岩体抗压强度的中间值也有6~10MPa,相当于初期支护喷射砼1~2天的强度。我们的喷射砼设计强度也只有2.5 MPa。有关在千枚岩、页岩等软岩中成功实施光面爆破的文献参数举不胜举,确实值得各施工单位负责人研究、反思。笔者曾参加的中铁某局长江穿越工程射水、含石膏夹层泥岩中因采用了光面爆破技术,断面控制的很好,极少有超欠挖现象。
误区2、害怕出现安全事故。在IV级围岩施工中型钢拱架不敢和掌子面适当拉开距离,甚至紧跟掌子面,导致周边眼钻孔无法打到正确位臵,破坏了围岩的整体受力结构,造成超挖,形成恶性循环。笔者认为在软弱
围岩中更要实施光面爆破,周边眼的位臵、精度、装药量、起爆段数,每段起爆药量,孔网参数是否正确是实施光面爆破的关键。因此应考虑将型钢拱架和掌子面拉开1.5~2m距离使风钻能够准确凿岩。钻杆使用短钻杆,或者套钻。拱脚可采用其他辅助方法开挖,以确保开挖断面尺寸。此方法前提是要做好围岩的临时稳定措施。临时围岩防护要点为:锚杆必须按照设计长度全部楔入围岩,网片要紧贴隧道围岩而不是放在型钢拱架上。建议初喷厚度在V级浅埋段不小于10cm。系统锚杆要按照设计做好,注浆饱满。挂网喷射砼至型钢拱架外轮廓位臵左右,上述工序完成后,直接进行下部开挖。型钢拱架可在下次施作超前支护时安装并喷射砼到设计初期支护位臵。依此循环。
误区三:有些施工队初期支护和超前支护不规范,作业程序安排不合理,导致不能实施光面爆破。笔者不认为各施工队有故意偷工减料的主观故意,甚至都是不惜代价想把工程做好,但由于认识上的不足,导致了隧道的超挖。主要表现在超前支护精度不够,如超前小导管或锚杆外插角过大,不能起到纵向成梁,横向成拱和围岩共同受力的作用,往往是小导管或者锚杆以下围岩全部剥落,导致超挖。如超前小导管不是放到型钢轮廓线上方,而是直接在型钢腰部上造超前小导管的孔,不仅造成误区二的缺陷,同时也降低了型钢的承载力,建议将超前小导管直接打在开挖轮廓线位臵,小导管外插角应控制在10。~15。,即每延米外插15~23cm。尾端焊在钢架上边,超前锚杆外插角应在6。~8。即每一延米向外扩张9~12cm左右,尾端焊在钢架上端,前后排交错布臵,长度按设计。
三、现阶段光面爆破的实施方法:
作为一种施工方法,光面爆破经过几十年的发展,已经有了很多种的方法。现分述如下。
1、测量的方法:现阶段已经摒弃了五寸台和几何法放样,采用全站仪全坐标放样。大大提高了测量的精度,为严格超欠挖的控制提供了可能。不能想象,连测量放样都不能满足规范的要求,还怎么要求开挖出合格的洞室来。
2.激光指向仪指导钻孔作业:以往的钻孔作业一般全靠工人的经验来掌握钻孔的方向,工人的技术能力,操作的经验是能否实施光面(预裂)
爆破的首要因素,现在则有了很大的发展。根据需要选择三台或者三台以上的激光指向仪,凿岩时每台设备就能在300-1000米(设备型号不同)以外发射出一条明亮的红色激光。对于直线隧洞,只要大致保证钻机与激光平行即可钻进,对于曲线隧洞,则需要测量人员提供逐渐变化的参数并对工人进行技术交底,工人稍加培训就能正确的掌握钻进的方向,大大减少了人为因素对钻孔的影响,提高了钻眼的精度。周边眼施工应符合下列要求:(1)洞轮廓线的眼距误差宜小于50mm。(2)炮眼外偏斜率不应大于50mm/m。(3)眼深误差不宜大于100mm。
3、根据爆破工人的技术水平和围岩类别,适当调整循环进尺,减少风枪外插角对超挖的影响,将超挖控制在规范允许范围之内。
4、选用低爆速、低猛度、高爆力的炸药,降低周边眼的装药集中度,,采用间隔装药或者光面爆破的药卷、减小单响起爆药量等措施尽量减小爆破对围岩的扰动。
5、在围岩级别较差的岩层中,采用超前预支护加固围岩然后再开挖,在级别很差的围岩中则避免爆破法开挖,采用风镐或其他机械方法开挖。
6、利用超前预报技术,掌握掌子面前方围岩情况,给开挖施工提供必要的参数数据,达到光面爆破的目的。
7、隧道光面爆破的适用范围:只要围岩用机械挖不动的地段,光面爆破和预裂爆破技术基本都适用。
8、光面爆破还有很多方面的工艺要求,限于篇幅,在此,不复一一列举。
四.隧道光面爆破质量应符合下列要求:
采用光面爆破时应根据以下指标对爆破参数进行修改。达到下列质量要求就可以认为光面爆破成功。
1 眼痕率:硬岩不应小于80% ,中硬岩不应小于50%。 2 软岩中隧洞周边成型应符合设计轮廓。 3 岩面不应有明显的爆震裂缝。
4 隧洞周边不应欠挖,平均线性超挖值应小于150mm
5.爆破后的洞渣粒径适中,不能产生过大,过多的大块,一般以最大尺寸不超过30cm,多为5~15cm为好。
注:(1)眼痕率为可见眼痕的炮眼个数与不包括底板的周边眼总数之比。(2)当炮眼眼痕大于孔长的70%时算一个可见眼痕炮眼(3)平均线性超挖值为超挖横断面积与不包括洞底的设计开挖断面周长之比。
六.永蓝高速公路隧道光面或预裂爆破的意义:
永蓝高速公路隧道工程实施光面爆破可以从有形的和无形的两方面来分析。所谓有形的,是指岩石超挖量大幅度降低,减少了开挖数量,减少了开挖及回填的工作量,减少了喷射砼数量或超灌模注砼的数量,简化了支护工作,加快了施工进度,从根本上降低了造价,主要是对施工队有利,尤其在我指挥部现阶段严格按照设计和实际工程量计量的情况下,这点显得尤为重要。无形的效益是指诸如保护围岩稳定免遭破坏,延长了隧道服务年限;把大断面开挖方法及大型隧道施工机械的使用范围扩大到软弱围岩;避免了采用普通爆破方法开挖时,可能出现大的塌方事故损失等。对建设单位和施工单位都有利。
以上是笔者对光面爆破技术的认识,希望能够和各位隧道施工、管理人员进行探讨,共同提高我司隧道施工水平,解决当前隧道施工中的问题。
因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容