[QC小組活動]提高隧洞光面爆破施工質(zhì)量

1、QC小組活動在提高隧洞光面爆破施工質(zhì)量中的應(yīng)用摘要：本文針對青榮城際鐵路東珠巖隧洞的具體地質(zhì)特征, 通過對其片巖巖的光面爆破技術(shù)進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)其殘孔率是制約爆破效果的主要原因，作者對其進(jìn)行研究后制定出一整套切實(shí)有效工程實(shí)施方案，取得了良好的爆破效果，可為以后此類地質(zhì)特征的隧洞開挖提供技術(shù)參考。關(guān)鍵詞：隧洞 光面爆破 片巖 一、 前言光面爆破的破巖機(jī)理是一個十分復(fù)雜的問題，目前仍在探索之中。盡管在理論上還不甚成熟，但在定性分析方面已有共識。一般認(rèn)為，炸藥起爆時爆炸氣體膨脹做功所起的主導(dǎo)作用。光面爆破是靠不同位置的炸藥延時不同啟爆，掏槽眼和輔助眼先于周邊眼啟爆，掏槽眼有一定外插角，將中間部分巖

2、石提前掏出，造就臨空面，最后周邊眼同時起爆，各炮眼的沖擊波向其四周作徑向傳播，相鄰炮眼的沖擊相遇，則產(chǎn)生應(yīng)力波的疊加，并產(chǎn)生切向拉力，拉力的最大值發(fā)生在相鄰炮眼中心連線的中點(diǎn)，當(dāng)巖體的極限抗拉強(qiáng)度小于此拉力時，巖體便被拉裂，在炮眼中心連線上形成裂縫，隨后，爆炸氣的膨脹合裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，形成平整的爆裂面。本文針對東珠巖隧洞的具體地質(zhì)特征，并結(jié)合工程實(shí)踐，針對中厚層砂巖的爆破技術(shù)進(jìn)行研究，分析影響爆破的具體因素，并制定出一整套切實(shí)有效的施工工藝，大大提高的爆破效率，也取得了良好的爆破效果，為工程的保質(zhì)保量奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、 工程概況東珠巖隧道位于山東省煙臺市境內(nèi)東珠巖村北500m處。屬侵蝕丘陵

3、地貌，地形起伏不大，沖溝不發(fā)育，基巖大部分裸露，山中植被茂盛。隧道海拔高度一般為40-100m，最大埋深為65.6m。隧道進(jìn)口里程為右改DK198+347；隧道出口里程為改右DK199+005,全長658m。 本隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高，沉降控制要求嚴(yán)，施工環(huán)境復(fù)雜施工展開困難；隧道地質(zhì)差，、級圍巖占隧道累計(jì)長度的57.4%，且存在斷層、淺埋、，施工中存在坍塌、冒頂、掉塊施工風(fēng)險和工期風(fēng)險。本隧道按新奧法設(shè)計(jì)與施工，暗挖隧道采用復(fù)合襯砌，暗挖段全長605米，其中級圍巖280m，級圍巖200m，級圍巖125m，其中V級圍巖采用弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法開挖，IV級圍巖采用臺階法，III級圍巖采用全斷面法，永久支

4、護(hù)的平整度要求較高，因此隧洞開挖質(zhì)量控制意義重大，對成本控制和質(zhì)量控制至關(guān)重要。三、爆破技術(shù)設(shè)計(jì)3.1施工工藝及方法3.1.1鉆爆設(shè)計(jì)原則爆破設(shè)計(jì)遵守以下原則：炮孔布置便于提高機(jī)械鉆孔效率；提高炸藥能量利用率，以降低炸藥用量；減少對圍巖的擾動，采用光面爆破，控制好開挖輪廓，提高鉆爆效果；在保證安全前提下，盡可能提高掘進(jìn)速度。3.1.2參數(shù)選擇根據(jù)洞內(nèi)圍巖情況，擬選擇的爆破技術(shù)參數(shù)為：炮眼深度：級圍巖3.3m，級圍巖1.8m，級圍巖0.8m；炮孔直徑：40mm；炸藥類型：普通銷氨炸藥、乳化炸藥；雷管間隔：非電毫秒雷管間隔大于30ms。3.1.3爆破方案設(shè)計(jì)1）爆破器材選用開挖斷面無滲水時采用32

5、普通巖石銷氨炸藥，有滲水?dāng)嗝娌捎?2乳化炸藥。采用塑料導(dǎo)爆管非毫秒雷管起爆,毫秒雷管采用15個段位的等差毫秒雷管引爆。2）裝藥結(jié)構(gòu)周邊眼裝藥采用25小直徑光爆藥卷間隔裝藥，導(dǎo)爆索連接，導(dǎo)爆索用竹片和電工膠布與炸藥卷綁在一起。其它眼采用不耦合連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，所有炮孔均堵塞不小于200mm的炮泥。3）爆破方案根據(jù)圍巖情況，選擇采用直眼掏槽或斜眼掏槽形式，掏槽孔單眼裝藥系數(shù)為85；其眼口間距誤差不得大于5cm，眼底間距誤差不得大于5cm。輔助眼均勻布置在周邊眼與掏槽眼之間，單眼裝藥系數(shù)為75；其行距、排距誤差均不得大于5cm。周邊眼眼口間距誤差不得大于5cm，眼底不得超出開挖斷面輪廓線35cm/m；其

6、爆破參數(shù)如下表：表1 光面爆破參數(shù)表巖石種類飽和單軸抗壓極限強(qiáng)度Rb(Mpa)裝藥不偶合系數(shù)D周邊眼間距E(cm)周邊眼最小抵抗線V（cm）相對距離E/V周邊眼裝藥集中度q(kg/m)硬巖601.25557070850.80.300.35中硬30601.50456060750.80.200.30軟巖302.00305040600.50.070.15其起爆順序?yàn)椋禾筒垩厶筒垩厶筒垩厶筒垩?炸藥用量炸藥總用藥量按下式計(jì)算：Q=qV（其中，V=SL）式中：Q總用藥量；q單位用藥量；V開挖體積；S坑道斷面面積；L掘進(jìn)深度，即進(jìn)尺。炮眼數(shù)目：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，炮眼數(shù)目按下式計(jì)算：N=qS/式中：N炮眼數(shù)目；

7、q單位用藥量；S坑道斷面面積；炮眼裝藥系數(shù)；每米藥卷裝藥量；炮眼深度：由圍巖地質(zhì)條件及計(jì)劃每班進(jìn)度決定，炮眼深度按下式計(jì)算：L=每班進(jìn)度計(jì)劃/炮眼利用率按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，掏槽眼應(yīng)加深20cm。3.1.4 光爆質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1）主要檢查斷面尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求。同時對開挖面地質(zhì)與設(shè)計(jì)進(jìn)行素描和核對。超挖值應(yīng)符合表2的規(guī)定；表2：隧道允許超挖值（cm）圍巖級別開挖部位-級圍巖級圍巖拱部線性超挖1510最大超挖2515邊墻線性開挖10仰拱、隧底線性超挖10最大超挖25注：表所列參數(shù)適用于炮眼深度不大于3.0m,炮眼直徑40-50mm，藥卷直徑20-25mm。2）、開挖輪廓圓順，開挖面平整；3）、爆破進(jìn)尺達(dá)到設(shè)計(jì)

8、要求，爆出的石塊塊度滿足裝渣要求,兩次爆破形成的接茬錯臺，采用鑿巖機(jī)鉆眼時，不應(yīng)大于15cm；4）、炮眼痕跡保存率：硬巖80%，中硬巖60%，并在開挖輪廓面上均勻分布；5）、兩次爆破的銜接臺階尺寸不大于15cm；6）、根據(jù)巖層節(jié)理裂隙發(fā)育、巖性軟硬情況以及爆破后石渣的塊度和爆破實(shí)際效果，及時修正眼距、用藥量，特別是周邊眼的用藥量。為了減小對引水隧洞周邊圍巖的撓動，保持隧洞圍巖固有的完整性、穩(wěn)定性，有效地維持圍巖的自承能力，確保施工安全，隧洞開挖采用光面爆破，非電網(wǎng)絡(luò)起爆。光面爆破后隧洞巖壁成形規(guī)則，巖面較平整，巖壁上能保持80%以上的炮孔痕跡，超欠挖量能有效地控制在15cm以內(nèi)。在開挖爆破施工

9、過程中，還應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件的變化，隨時修正爆破參數(shù)，以取得最佳的爆破效果。鉆爆作業(yè)必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)鉆孔、裝藥、連線、起爆。光爆作業(yè)見爆破流程圖1。 光爆參數(shù)確定及設(shè)計(jì)激光定向標(biāo)出中線斷面輪廓線布孔 炮眼位置鉆 孔 裝藥起爆圖1光面爆破流程圖四、小組概況小組概況表 表一小組名稱中鐵二十局集團(tuán)第四工程有限公司青榮城際鐵路隧道QC小組成立時間2011年8月1日小組類型現(xiàn)場型注冊時間2011年8月5日重新注冊時間2013年7月01日活動時間2013年7月2013年10月課題名稱提高隧道光面爆破施工質(zhì)量序號組員姓 名性別年齡職稱(務(wù))學(xué)歷接受TQC教育時間1組 長史洪福男32工程師本科70 h2副組長白

10、江濤男39助理工程師大專70 h3劉衍良男35工程師大專70 h4趙 名男32工程師大專70 h5組員王學(xué)亮男26助 工本科70 h6武 強(qiáng)男32工程師大專70 h7索建波男27助理工程師大專70 h8張 亮男26助理工程師大專60 h9屈海濱男27助理工程師本科60 h10崔超男26工班長本科60 h11杜兆燕女32試驗(yàn)員大專60 h表一 制表: 王學(xué)亮 時間: 2012年7月01日五、課題選擇在對東珠巖隧洞按照上述的工藝爆破后，對其殘孔、平整度、錯臺和周邊孔數(shù)進(jìn)行仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，光面爆破質(zhì)量控制中，主要出現(xiàn)的問題是經(jīng)過統(tǒng)計(jì)爆破后的“殘孔率”，其殘孔合格率僅達(dá)到了69%，不合格處主要體現(xiàn)在掏

11、槽不完全、局部超爆、局部欠挖和周邊眼前端掛口等問題。圖2 光面爆破質(zhì)量問題排列柱狀圖實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)，光面爆破效果不理想，出現(xiàn)欠挖補(bǔ)炮處理平均需要用時2小時，出現(xiàn)超挖，需用同級混凝土回填，費(fèi)時又費(fèi)料，初期支護(hù)平整度也難以保證，為了加快施工速度，提高施工質(zhì)量、獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，提高光面爆破質(zhì)量是需要解決的主要問題。本文也將圍繞此問題進(jìn)行研究。根據(jù)現(xiàn)場的施工情況調(diào)查分析并結(jié)合相關(guān)施工規(guī)范要求及以往類似工程類似圍巖中的施工情況，殘孔率合格率能達(dá)到95%可滿足后續(xù)施工要求。六、課題目標(biāo)1.目標(biāo)設(shè)定：提高光面爆破合格率，保證初期支護(hù)平整度、加快施工速度、提高經(jīng)濟(jì)效益2.目標(biāo)可行性分析經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)和施工操

12、作，我們有一整套值得借鑒和推廣的光面爆破理論和技術(shù)參數(shù)。 光面爆破合格率已經(jīng)達(dá)到69%，通過加強(qiáng)施工過程控制和施工管理，光面爆破合格率完全能達(dá)到80%以上。 本隧道設(shè)計(jì)為片巖與實(shí)際相符，片巖整體性良好，裂隙走向有規(guī)律，有利于根據(jù)圍巖調(diào)整爆破參數(shù)，提高光面爆破質(zhì)量。施工工人經(jīng)驗(yàn)豐富，大多從事鉆爆工作10年以上，懂技術(shù)、肯學(xué)習(xí)。 = 5 * GB2 * MERGEFORMAT 小組成員知識結(jié)構(gòu)合理，既有懂管理、懂專業(yè)肯鉆研的技術(shù)人員，又有操作熟練、責(zé)任心強(qiáng)的現(xiàn)場操作人員。七、原因分析針對上述存在的問題對施工開挖完成洞段的開挖質(zhì)量情況進(jìn)行調(diào)查分析，分別從以下12個方面盡心分析：1技術(shù)人員沒有跟班作業(yè)

13、；2技術(shù)交底不夠；3操作培訓(xùn)不夠；4施工經(jīng)驗(yàn)不足，責(zé)任心不強(qiáng)；5炸藥有拒爆現(xiàn)象；6雷管有拒爆現(xiàn)象；7導(dǎo)爆索未使用；8周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)不規(guī)范；9周邊眼眼距不規(guī)范；10周邊眼角度不平直；11掏槽眼布置形式不合理；12地質(zhì)條件復(fù)雜。八、要因確認(rèn)在綜合論證后，發(fā)現(xiàn)班組作業(yè)人員責(zé)任心不強(qiáng)，導(dǎo)爆索未使用，周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)不規(guī)范，周邊眼角度不垂直是殘孔合格率不高的主要原因（見表1）。表1 殘孔合格率要因分析表序 號末端因數(shù)確認(rèn)方法要因確認(rèn)結(jié) 論1技術(shù)人員沒有跟班作業(yè)現(xiàn)場驗(yàn)證在隧洞鉆爆過程中，技術(shù)人員經(jīng)常進(jìn)行檢查巡視。非要因2技術(shù)交底不夠 調(diào)查、分析所有分項(xiàng)工程開工前，對施工均進(jìn)行嚴(yán)格的技術(shù)交底、學(xué)習(xí)。非要因3操

14、作培訓(xùn)不夠調(diào)查、分析掘進(jìn)作業(yè)人員在上崗前，均經(jīng)過嚴(yán)格培訓(xùn)并考試合格。非要因4施工經(jīng)驗(yàn)不足，責(zé)任心不強(qiáng)調(diào)查、分析施工作業(yè)人員責(zé)任心不強(qiáng)，在鑿巖、眼過程中未嚴(yán)格按照要求執(zhí)行。要 因5炸藥有拒爆現(xiàn)象現(xiàn)場驗(yàn)證爆破過程中，炸藥極小量拒爆現(xiàn)象，但對開挖質(zhì)量影響不大。非要因6雷管有拒爆現(xiàn)象現(xiàn)場驗(yàn)證爆破過程中，炸藥有極少拒爆現(xiàn)象，對開挖質(zhì)量影響不大。非要因7導(dǎo)爆索未使用現(xiàn)場驗(yàn)證在爆破過程中，導(dǎo)爆索供應(yīng)不及時，未使用導(dǎo)爆索。要 因8周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)不規(guī)范現(xiàn)場驗(yàn)證施工過程中，作業(yè)人員未嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)爆破結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝藥。要 因9周邊眼眼距不規(guī)范現(xiàn)場驗(yàn)證施工過程中，作業(yè)班組人員未嚴(yán)格按照技術(shù)交底要求進(jìn)行鑿孔。非要因10周邊

15、眼角度不平直現(xiàn)場驗(yàn)證施工過程中，作業(yè)班組人員鑿孔開口與終孔位置不平直。要 因11掏槽眼布置形式不合理現(xiàn)場驗(yàn)證圍巖硬度較大時，掏槽眼布置不合理存在掏槽不完全要 因12地質(zhì)條件復(fù)雜調(diào)差、分析現(xiàn)場地質(zhì)條件復(fù)雜多變非要因九、制訂對策針對上述殘孔率合格率不高的5個主要原因進(jìn)行制定對策，盡可能避免人為造成原因，制定了一些列的實(shí)施方案。9.1針對施工作業(yè)人員責(zé)任心不強(qiáng)對施工技術(shù)人員進(jìn)行質(zhì)量意識教育，簽定質(zhì)量包保責(zé)任狀，把質(zhì)量責(zé)任落實(shí)到個人頭上，從思想上來提高大家的施工質(zhì)量意識，強(qiáng)化質(zhì)量責(zé)任；每周組織班組人員學(xué)習(xí)，加強(qiáng)思想教育；定人定位操作，每個作業(yè)人員固定操作位置。9.2針對導(dǎo)爆索未使用為大家講解了施用與不

16、使用導(dǎo)爆索的利弊，使作業(yè)人員懂得使用導(dǎo)爆索的好處；在裝藥過程中，項(xiàng)目部工程部技術(shù)人員跟班作業(yè)，檢查導(dǎo)爆索的施用情況，未按照要求使用導(dǎo)爆索，不允許爆破作業(yè)。9.3周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)不規(guī)范詳細(xì)為施工作業(yè)人員講解裝藥結(jié)構(gòu)，使所有作業(yè)人員指導(dǎo)要怎么做，該怎么做；技術(shù)人員跟班作業(yè)，每次鉆孔完成后，項(xiàng)目部技術(shù)人員對每個單孔的裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的檢查，對不合格的堅(jiān)決整改，合格后方可進(jìn)行下道工作；定期組織班組人員進(jìn)行學(xué)習(xí)，特別是因圍巖條件變化，裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變時，組織全員進(jìn)行學(xué)習(xí)。9.4周邊眼角度不垂直詳細(xì)的為技術(shù)人員和班組作業(yè)人員講解了在開挖過程中周邊眼角度不垂直的帶來的嚴(yán)重影響后果，并請作業(yè)班組有經(jīng)驗(yàn)的老工人詳

17、細(xì)講解了該如何控制周邊眼角度的方法；考慮到作業(yè)班組操作人員在現(xiàn)場施工時的責(zé)任心問題，安排值班隊(duì)長及技術(shù)過硬的師傅專門負(fù)責(zé)現(xiàn)場監(jiān)督檢查、指導(dǎo)施工。9.5掏槽眼布置形式不合理熟悉掌握光面爆破理論和技術(shù)參數(shù)，能做到根據(jù)圍巖變化調(diào)整爆破參數(shù)，真正做到巖變我變，圍巖硬度大時，采用交叉式掏槽眼，確保掏槽質(zhì)量是保證光面爆破質(zhì)量的基礎(chǔ)和前提。十.效果及效益分析10.1爆破效果通過上述方案的實(shí)施，在后期的針對片巖層中隧洞的爆破中，十分有效提高了隧洞在片巖中光面爆破的施工質(zhì)量，在各方單位的見證下，隧洞中片巖光面爆破開挖質(zhì)量情況分別進(jìn)行了檢查，平整度和殘孔率分別達(dá)到10cm和98%圖3 爆破效果圖10.2經(jīng)濟(jì)效益提高光面爆破合格率有效的提高了施工速度越15%，