提高隧道光面爆破质量qc.doc

QC小组活动在提高隧洞光面爆破施工质量中的应用

摘要：本文针对青荣城际铁路东珠岩隧洞的具体地质特征, 通过对其片岩岩的光面爆破技术进行分析研究，发现其残孔率是制约爆破效果的主要原因，作者对其进行研究后制定出一整套切实有效工程实施方案，取得了良好的爆破效果，可为以后此类地质特征的隧洞开挖提供技术参考。
关键词：隧洞 光面爆破 片岩
一、 前言
光面爆破的破岩机理是一个十分复杂的问题，目前仍在探索之中。尽管在理论上还不甚成熟，但在定性分析方面已有共识。一般认为，炸药起爆时爆炸气体膨胀做功所起的主导作用。光面爆破是靠不同位置的炸药延时不同启爆，掏槽眼和辅助眼先于周边眼启爆，掏槽眼有一定外插角，将中间部分岩石提前掏出，造就临空面，最后周边眼同时起爆，各炮眼的冲击波向其四周作径向传播，相邻炮眼的冲击相遇，则产生应力波的叠加，并产生切向拉力，拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中点，当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，在炮眼中心连线上形成裂缝，随后，爆炸气的膨胀合裂缝进一步扩展，形成平整的爆裂面。本文针对东珠岩隧洞的具体地质特征，并结合工程实践，针对中厚层砂岩的爆破技术进行研究，分析影响爆破的具体因素，并制定出一整套切实有效的施工工艺，大大提高的爆破效率，也取得了良好的爆破效果，为工程的保质保量奠定了坚实的基础。
二、 工程概况
东珠岩隧道位于山东省烟台市境内东珠岩村北500m处。属侵蚀丘陵地貌，地形起伏不大，冲沟不发育，基岩大部分裸露，山中植被茂盛。隧道海拔高度一般为40-100m，最大埋深为65.6m。隧道进口里程为右改DK198+347；隧道出口里程为改右DK199+005,全长658m。
本隧道设计标准高，沉降控制要求严，施工环境复杂施工展开困难；隧道地质差，Ⅳ、Ⅴ级围岩占隧道累计长度的57.4%，且存在断层、浅埋、，施工中存在坍塌、冒顶、掉块施工风险和工期风险。
本隧道按新奥法设计与施工，暗挖隧道采用复合衬砌，暗挖段全长605米，其中Ⅲ级围岩280m，Ⅳ级围岩200m，Ⅴ级围岩125m，其中V级围岩采用弧形导坑预留核心土法开挖，IV级围岩采用台阶法，III级围岩采用全断面法，永久支护的平整度要求较高，因此隧洞开挖质量控制意义重大，对成本控制和质量控制至关重要。
三、爆破技术设计
3.1施工工艺及方法
3.1.1钻爆设计原则
爆破设计遵守以下原则：炮孔布置便于提高机械钻孔效率；提高炸药能量利用率，以降低炸药用量；减少对围岩的扰动，采用光面爆破，控制好开挖轮廓，提高钻爆效果；在保证安全前提下，尽可能提高掘进速度。
3.1.2参数选择
根据洞内围岩情况，拟选择的爆破技术参数为：
炮眼深度：Ⅲ级围岩3.3m，Ⅳ级围岩1.8m，Ⅴ级围岩0.8m；炮孔直径：Φ40mm；炸药类型：普通销氨炸药、乳化炸药；雷管间隔：非电毫秒雷管间隔大于30ms。
3.1.3爆破方案设计
1）爆破器材选用
开挖断面无渗水时采用Ф32普通岩石销氨炸药，有渗水断面采用Ф32乳化炸药。采用塑料导爆管非毫秒雷管起爆,毫秒雷管采用15个段位的等差毫秒雷管引爆。
2）装药结构
周边眼装药采用Ф25小直径光爆药卷间隔装药，导爆索连接，导爆索用竹片和电工胶布与炸药卷绑在一起。其它眼采用不耦合连续装药结构，所有炮孔均堵塞不小于200mm的炮泥。
3）爆破方案
根据围岩情况，选择采用直眼掏槽或斜眼掏槽形式，掏槽孔单眼装药系数为85％；其眼口间距误差不得大于5cm，眼底间距误差不得大于5cm。辅助眼均匀布置在周边眼与掏槽眼之间，单眼装药系数为75％；其行距、排距误差均不得大于5cm。周边眼眼口间距误差不得大于5cm，眼底不得超出开挖断面轮廓线3～5cm/m；其爆破参数如下表：
表1 光面爆破参数表
岩石
种类
饱和单轴抗压
极限强度Rb(Mpa)
装药不偶合系数
D
周边眼间距E(cm)
周边眼最小抵抗线V（cm）
相对距离
E/V
周边眼装药
集中度q(kg/m)
硬岩
＞60
1.25～
55～70
70～85
0.8～
0.30～0.35
中硬
＞30～60
1.50～
45～60
60～75
0.8～
0.20～0.30
软岩
≤30
2.00～
30～50
40～60
0.5～
0.07～0.15
其起爆顺序为：
掏槽眼
掏槽眼
掏槽眼
掏槽眼

①炸药用量
炸药总用药量按下式计算：
Q=q×V（其中，V=S×L）
式中：Q—总用药量；
q—单位用药量；
V—开挖体积；
S—坑道断面面积；
L—掘进深度，即进尺。
②炮眼数目：
根据经验公式，炮眼数目按下式计算：
N=qS/τγ
式中：N—炮眼数目；
q—单位用药量；
S—坑道断面面积；
τ—炮眼装药系数；
γ—每米药卷装药量；
③炮眼深度：
由围岩地质条件及计划每班进度决定，炮眼深度按下式计算：
L=每班进度计划/炮眼利用率
按经验数据，掏槽眼应加深20cm。
3.1.4 光爆质量标准

1）主要检查断面尺寸是否符合设计要求。同时对开挖面地质与设计进行素描和核对。超挖值应符合表2的规定；
表2：隧道允许超挖值（cm）
围岩级别
开挖部位
Ⅲ-Ⅳ级围岩
Ⅴ级围岩
拱部
线性超挖
15
10
最大超挖
25
15
边墙线性开挖
10
仰拱、隧底
线性超挖
10
最大超挖
25
注：表所列参数适用于炮眼深度不大于3.0m,炮眼直径40-50mm，药卷直径20-25mm。
2）、开挖轮廓圆顺，开挖面平整；
3）、爆破进尺达到设计要求，爆出的石块块度满足装渣要求,两次爆破形成的接茬错台，采用凿岩机钻眼时，不应大于15cm；
4）、炮眼痕迹保存率：硬岩≮80%，中硬岩≮60%，并在开挖轮廓面上均匀分布；
5）、两次爆破的衔接台阶尺寸不大于15cm；
6）、根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬情况以及爆破后石渣的块度和爆破实际效果，及时修正眼距、用药量，特别是周边眼的用药量。
为了减小对引水隧洞周边围岩的挠动，保持隧洞围岩固有的完整性、稳定性，有效地维持围岩的自承能力，确保施工安全，隧洞开挖采用光面爆破，非电网络起爆。光面爆破后隧洞岩壁成形规则，岩面较平整，岩壁上能保持80%以上的炮孔痕迹，超欠挖量能有效地控制在15cm以内。
在开挖爆破施工过程中，还应根据工程地质条件的变化，随时修正爆破参数，以取得最佳的爆破效果。钻爆作业必须严格按设计钻孔、装药、连线、起爆。光爆作业见爆破流程图1。
光爆参数
确定及设计
激光定向标出中线断面轮廓线
布孔 炮眼位置
钻 孔
装药起爆

图1光面爆破流程图
四、小组概况
小组概况表 表一
小组名称
中铁二十局集团第四工程有限公司青荣城际铁路
隧道QC小组
成立时间
2011年8月1日
小组类型
现场型
注册时间
2011年8月5日
重新注册时间
2013年7月01日
活动时间
2013年7月～2013年10月
课题名称
提高隧道光面爆破施工质量
序号
组员
姓 名
性别
年龄
职称(务)
学历
接受TQC
教育时间
1
组 长
史洪福
男
32
工程师
本科
70 h
2
副组长
白江涛
男
39
助理工程师
大专
70 h
3
刘衍良
男
35
工程师
大专
70 h
4
赵 名
男
32
工程师
大专
70 h
5
组员
王学亮
男
26
助 工
本科
70 h
6
武 强
男
32
工程师
大专
70 h
7
索建波
男
27
助理工程师
大专
70 h
8
张 亮
男
26
助理工程师
大专
60 h
9
屈海滨
男
27
助理工程师
本科
60 h
10
崔超
男
26
工班长
本科
60 h
11
杜兆燕
女
32
试验员
大专
60 h
表一 制表: 王学亮 时间: 2012年7月01日
五、课题选择
在对东珠岩隧洞按照上述的工艺爆破后，对其残孔、平整度、错台和周边孔数进行仔细检查后发现，光面爆破质量控制中，主要出现的问题是经过统计爆破后的“残孔率”，其残孔合格率仅达到了69%，不合格处主要体现在掏槽不完全、局部超爆、局部欠挖和周边眼前端挂口等问题。

图2 光面爆破质量问题排列柱状图

实际施工中发现，光面爆破效果不理想，出现欠挖补炮处理平均需要用时2小时，出现超挖，需用同级混凝土回填，费时又费料，初期支护平整度也难以保证，为了加快施工速度，提高施工质量、获得更大的经济效益，提高光面爆破质量是需要解决的主要问题。本文也将围绕此问题进行研究。根据现场的施工情况调查分析并结合相关施工规范要求及以往类似工程类似围岩中的施工情况，残孔率合格率能达到95%可满足后续施工要求。
六、课题目标
1.目标设定：提高光面爆破合格率，保证初期支护平整度、加快施工速度、提高经济效益
2.目标可行性分析
⑴经过现场试验和施工操作，我们有一整套值得借鉴和推广的光面爆破理论和技术参数。
⑵ 光面爆破合格率已经达到69%，通过加强施工过程控制和施工管理，光面爆破合格率完全能达到80%以上。
⑶ 本隧道设计为片岩与实际相符，片岩整体性良好，裂隙走向有规律，有利于根据围岩调整爆破参数，提高光面爆破质量。
⑷施工工人经验丰富，大多从事钻爆工作10年以上，懂技术、肯学习。
⑸小组成员知识结构合理，既有懂管理、懂专业肯钻研的技术人员，又有操作熟练、责任心强的现场操作人员。
七、原因分析
针对上述存在的问题对施工开挖完成洞段的开挖质量情况进行调查分析，分别从以下12个方面尽心分析：
1技术人员没有跟班作业；
2技术交底不够；
3操作培训不够；
4施工经验不足，责任心不强；
5炸药有拒爆现象；
6雷管有拒爆现象；
7导爆索未使用；
8周边眼装药结构不规范；
9周边眼眼距不规范；
10周边眼角度不平直；
11掏槽眼布置形式不合理；
12地质条件复杂。
八、要因确认
在综合论证后，发现班组作业人员责任心不强，导爆索未使用，周边眼装药结构不规范，周边眼角度不垂直是残孔合格率不高的主要原因（见表1）。
表1 残孔合格率要因分析表
序 号
末端因数
确认方法
要因确认
结 论
1
技术人员没有跟班作业
现场验证
在隧洞钻爆过程中，技术人员经常进行检查巡视。
非要因
2
技术交底不够
调查、分析
所有分项工程开工前，对施工均进行严格的技术交底、学习。
非要因
3
操作培训不够
调查、分析
掘进作业人员在上岗前，均经过严格培训并考试合格。
非要因
4
施工经验不足，责任心不强
调查、分析
施工作业人员责任心不强，在凿岩、眼过程中未严格按照要求执行。
要 因
5
炸药有拒爆现象
现场验证
爆破过程中，炸药极小量拒爆现象，但对开挖质量影响不大。
非要因
6
雷管有拒爆现象
现场验证
爆破过程中，炸药有极少拒爆现象，对开挖质量影响不大。
非要因
7
导爆索未使用
现场验证
在爆破过程中，导爆索供应不及时，未使用导爆索。
要 因
8
周边眼装药结构不规范
现场验证
施工过程中，作业人员未严格按照设计爆破结构进行装药。
要 因
9
周边眼眼距不规范
现场验证
施工过程中，作业班组人员未严格按照技术交底要求进行凿孔。
非要因
10
周边眼角度不平直
现场验证
施工过程中，作业班组人员凿孔开口与终孔位置不平直。
要 因

11
掏槽眼布置形式不合理
现场验证
围岩硬度较大时，掏槽眼布置不合理存在掏槽不完全
要 因

12
地质条件复杂
调差、分析
现场地质条件复杂多变
非要因
九、制订对策
针对上述残孔率合格率不高的5个主要原因进行制定对策，尽可能避免人为造成原因，制定了一些列的实施方案。
9.1针对施工作业人员责任心不强
对施工技术人员进行质量意识教育，签定质量包保责任状，把质量责任落实到个人头上，从思想上来提高大家的施工质量意识，强化质量责任；每周组织班组人员学习，加强思想教育；定人定位操作，每个作业人员固定操作位置。
9.2针对导爆索未使用
为大家讲解了施用与不使用导爆索的利弊，使作业人员懂得使用导爆索的好处；在装药过程中，项目部工程部技术人员跟班作业，检查导爆索的施用情况，未按照要求使用导爆索，不允许爆破作业。
9.3周边眼装药结构不规范
详细为施工作业人员讲解装药结构，使所有作业人员指导要怎么做，该怎么做；技术人员跟班作业，每次钻孔完成后，项目部技术人员对每个单孔的装药结构进行详细的检查，对不合格的坚决整改，合格后方可进行下道工作；定期组织班组人员进行学习，特别是因围岩条件变化，装药结构进行改变时，组织全员进行学习。
9.4周边眼角度不垂直
详细的为技术人员和班组作业人员讲解了在开挖过程中周边眼角度不垂直的带来的严重影响后果，并请作业班组有经验的老工人详细讲解了该如何控制周边眼角度的方法；考虑到作业班组操作人员在现场施工时的责任心问题，安排值班队长及技术过硬的师傅专门负责现场监督检查、指导施工。
9.5掏槽眼布置形式不合理
熟悉掌握光面爆破理论和技术参数，能做到根据围岩变化调整爆破参数，真正做到岩变我变，围岩硬度大时，采用交叉式掏槽眼，确保掏槽质量是保证光面爆破质量的基础和前提。
十.效果及效益分析
10.1爆破效果
通过上述方案的实施，在后期的针对片岩层中隧洞的爆破中，十分有效提高了隧洞在片岩中光面爆破的施工质量，在各方单位的见证下，隧洞中片岩光面爆破开挖质量情况分别进行了检查，平整度和残孔率分别达到10cm和98%

图3 爆破效果图
10.2经济效益
提高光面爆破合格率有效的提高了施工速度越15%，节省因超挖而回填的喷射混凝土，保证了初期支护的质量，为公司获得了良好的信誉。
10.3技术效益
这次QC活动，使我们总结出了提高片岩隧道光面爆破解决方法，为今后的隧道施工积累了宝贵经验。
十一、巩固措施及今后打算
11.1将《隧道光面爆破施工作业指导书》修订后，纳入公司技术管理系统，并发给相关工地。
11.2提高隧道光面爆破措施在全公司范围推广，力争在以后的隧道施工中从一开始就杜绝仰拱质量不合格。
11.3将小组活动成功的经验在全公司推广，鼓励多组建QC小组，多出成果，既能增强团队精神、凝聚力及责任感，又能提高业务水平，取得好的社会效益、经济效益。