QC成果提高隧道水平砂巖與泥巖互層地質(zhì)的光面爆破效果

PAGEPAGE15中鐵十六局太中銀ZK-VI標段項目部QC成果報告課題名稱：開展QC小組活動，提高水平砂巖與泥巖互層地質(zhì)的光面爆破效果實驗地點：吳堡隧道1＃斜井報告人：李斌技術(shù)職務(wù)：二工區(qū)技術(shù)主管1基本情況1．1工程簡介吳堡隧道位于陜西省榆林地區(qū)綏德縣與吳堡縣的交界處，隧道進口位于吳堡縣的前王家山村西側(cè)1KM處的山包上，隧道經(jīng)過綏德縣的田家下山村、田家岔、橋上村至綏德縣的白家岔村，隧道起訖里程為DK227＋080～DK229＋390，全長12310米，屬特長隧道，共設(shè)1號，2號，3號和4號四個斜井，隧道最大埋深320.429米。吳堡隧道平面進口至DK229＋063.13為半徑為2800m的曲線，DK229＋063.13至DK238＋578.25為直線，DK238＋578.25至隧道出口為半徑4500m的曲線；隧道位于兩個反向曲線上。隧道內(nèi)縱坡自隧道進口至DK227＋780為3.7‰的上坡，DK227＋780至出口為10.8‰的上坡。吳堡隧道設(shè)計為雙線隧道，線間距由5.43m過渡到4.4m，又由4.4m過渡到4.985m。地質(zhì)構(gòu)造特點：根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和地質(zhì)調(diào)繪結(jié)果,本隧道所經(jīng)地區(qū)在大構(gòu)造單元上屬鄂爾多斯臺向斜之陜北臺陷東翼,呂梁山西坡南北向撓褶帶北部,屬單斜構(gòu)造,區(qū)內(nèi)構(gòu)造行跡微弱,主要表現(xiàn)為一些走向南北或近南北的平緩褶曲構(gòu)造,區(qū)內(nèi)中部可見一組北東—南西向延伸的平緩褶皺,僅南部較老地層中有褶斷構(gòu)造行跡的顯示.測區(qū)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有大的構(gòu)造行跡,地層呈舒緩坡狀展開,傾向北西,傾角5°～10°。不良地質(zhì)表現(xiàn)：隧道通過區(qū)為黃土峁，梁狀低山溝壑區(qū)，地勢起伏很大，“V”型沖溝發(fā)育而密集，黃土廣泛分布，由于黃土具蟲孔，大空隙，垂直裂隙發(fā)育，測區(qū)內(nèi)常發(fā)育黃土陡壁，高約10～50米不等，在外力作用下，易形成黃土塌陷；局部沖溝溝頭水流集中處或上游溝坡緩坡處發(fā)育黃土陷穴及天生橋，陷穴直徑1～10米，一般深3～8米。1．2小組概況本QC小組是根據(jù)工程的實際需要，在公司和二處領(lǐng)導(dǎo)的支持及幫助下成立的，成員12名，有領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)干部和工人。為三結(jié)合型Qc小組，成員參加活動率在95％以上。本QC小組成員均接受過TQC教育．并取得證書。圍繞本課題．全組共進行主要活動9次，針對不同時期的情況進行具體分析。發(fā)現(xiàn)問題及時找原因、定對策、布置任務(wù)，達到全組成員思想明確統(tǒng)一。經(jīng)過實踐證明，本QC小組活動成績顯著，攻克了在水平砂巖與泥巖互層地質(zhì)特點下的光面爆破施工的難關(guān)．而且實踐了施工技術(shù)與人員管理相結(jié)合的控制管理方法。2選題理由及課題目標2．1選題理由吳堡隧道在我合同段占很大的比例，是整個合同段的關(guān)鍵所在。在隧道控制中，爆破對圍巖的擾動相當嚴重，同時超欠挖情況十分嚴重，直接影響了人身的安全，隧道的進度、質(zhì)量，造成人力、物力的嚴重浪費。過量超挖不只引起開挖費用的增加，更重要的是由此造成增加過量超填混凝土的費用，使工程經(jīng)濟效益嚴重下降。通過QC小組攻關(guān)，來提高光面爆破效果，控制隧道超欠挖量以提高碴塊成形率，進而減少出碴量，大幅減少支護的工作量，來降低成本，加快施工進度。從而在隧道施工中，在講究安全與質(zhì)量并舉的要求下獲得更多的工程經(jīng)濟效益。2．2課題目標保證在水平砂巖與泥巖互層地質(zhì)結(jié)構(gòu)下隧道光面爆破的效果，控制隧道超欠挖在合理范圍內(nèi)。3PDCA循環(huán)3．1第一次PDCA循環(huán)3．1．1計劃階段(P1)3．1．1．1現(xiàn)狀調(diào)查吳堡隧道1＃斜井二工區(qū)于5月16日進入正洞開挖施工，本段圍巖級別都為Ⅲ級圍巖，主要為砂巖夾泥質(zhì)砂巖，弱風化，中厚層狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，呈碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)。隧道通過區(qū)地下水類型為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水，主要受大氣降水補給。第四系孔隙潛水較多，基巖裂隙水較豐富。地下水對普通混凝土不具侵蝕性。本段采用隧道新奧法施工，隧道開挖采用上下斷面分步開挖，采用鉆爆法施工，爆破參數(shù)如下：周邊眼間距E＝55cm，最小抵抗線W＝65cm，相對距離E/W＝0.85，周邊眼裝藥集中度0.22kg/m。炮眼布置圖見圖1，爆破參數(shù)見表1。圖1炮眼布置圖表1Ⅲ級上下臺階圍巖炮眼布置參數(shù)表我們制定的施工工藝流程圖見如下圖2：測量畫線測量畫線鉆爆設(shè)計鑿巖臺車（臺架）就位連接管線鉆孔施工裝藥聯(lián)線堵塞爆破記錄孔位、孔深、孔徑清孔檢查合格不合格檢查合格檢查合格不合格不合格圖2吳堡隧道鉆爆施工工藝框圖在現(xiàn)場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)本段施工超欠挖較嚴重，有一處邊墻超挖值近1米，光面爆破效果不好。2007年9月12日到21日，我們小組對DK229＋124～DK229＋154段Ⅲ級圍巖的三個斷面開挖的情況進行了測量（斷面量測示意圖見圖3），量測的各部位超欠挖數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況見表2、表3、表4。圖3隧道斷面調(diào)查檢測示意圖表2拱部超、欠挖情況統(tǒng)計表里程樁號設(shè)計半徑(m)實測半徑與設(shè)計半半徑的差值((m)CDEFGHIJDK229＋12246.52＋0.28＋0.32－0.13－0.20－0.14＋0.24＋0.36＋0.19DK229＋13386.52＋0.48＋0.23＋0.08－0.10－0.07＋0.22＋0.27＋0.23DK229＋15546.52＋0.39＋0.27－0.14＋0.20－0.15＋0.25＋0.33＋0.20表3邊墻超、欠挖情況統(tǒng)計表里程樁號設(shè)計半徑(m)實測半徑與設(shè)計半半徑的差值((m)ABKLDK229＋12243.48＋0.98＋0.55＋0.31＋0.29DK229＋13383.48＋0.48＋0.35＋0.22＋0.24DK229＋15543.48＋0.37＋0.28＋0.21＋0.27表4隧底超、欠挖情況統(tǒng)計表里程樁號設(shè)計半徑(m)實測半徑與設(shè)計半半徑的差值((m)MNODK229＋122412.45＋0.36－0.44＋0.41DK229＋133812.45＋0.37－0.31＋0.32DK229＋155412.45＋0.33－0.22＋0.27備注：＋為超挖；－為欠挖根據(jù)《客運專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》（TZ214－2005）洞身開挖的相關(guān)標準（見表4），3個斷面都存在超欠挖現(xiàn)象，并且比較嚴重。表5隧道允許超挖值（cm）圍巖級級別開挖部分ⅠⅡ～ⅣⅤ、Ⅵ拱部線性超挖101510最大超挖152515拱墻線性超挖101010仰拱、隧底線性超挖10最大超挖25因此，盡管在洞身開挖時使用光面爆破技術(shù)，但是爆破的效果并不理想，光面爆破機理是一個十分復(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。為提高工程質(zhì)量和進度，降低和盡量避免不必要的成本投入，我們在查閱大量的有關(guān)資料后，特對影響光面爆破效果的因素進行分析和研究，并將隧道光面爆破超欠挖的原因總結(jié)如下：3．1．1．2原因分析在鉆爆法施工中，鉆孔和爆破都分別產(chǎn)生超欠挖現(xiàn)象。在施工的第一步放樣布眼，測量放樣人員對炮眼位置沒有準確標出鉆孔位置或者標注有偏差會影響爆破效果，然后再從鉆孔來分析。鉆孔的偏差是產(chǎn)生超欠挖的主要原因。鉆孔的偏差一般由3部分組成：開眼偏差Re，即開眼中心與設(shè)計孔位中心之間的偏差距離（cm）；方向偏差Rd，即開眼方向與隧道設(shè)計軸向輪廓的偏差(cm／m)；巖石內(nèi)的附加偏差Rr，即由于操作原因或巖石節(jié)理原因造成鉆孔后的偏差加大量。總偏差Rz與這3種偏差的關(guān)系為：Rz=(Re2＋Rd2＋Rr2)。以上3種偏差中，開眼偏差多半是引起欠挖的主要因素，而方向偏差多半是引起超挖的主要因素。引起鉆眼偏差的原因，主要是操作工的操作水平與操作態(tài)度。爆破產(chǎn)生的超欠挖主要是爆破參數(shù)不合理所致，其中包括：①周邊孔裝藥量過大，爆破時產(chǎn)生圍巖大塊坍落，引起超挖。②周邊孔炮孔布置不合理，產(chǎn)生超挖或欠挖。就超挖和欠挖而言，超挖對隧道成本的影響遠大于欠挖，但決不意味著欠挖可以忽視。在一定條件下，如沒有機械手消除欠挖，而是用鉆孔補炮來消除欠挖，則欠挖預(yù)示著更大的超挖：鉆眼補炮往往爆下比欠挖量多幾倍的巖石。為了查明施工中確實存在的不規(guī)范施工和造成隧道超欠挖的要因，我小組成員多次在施工現(xiàn)場進行監(jiān)控，在開挖前組織項目部測量人員對開挖斷面的輪廓進行檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)個別點位的位置確實存在偏差，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)個別施工人員技術(shù)水平不高，責任心不強，未按炮眼布置圖進行定位和鉆眼，導(dǎo)致開眼誤差超過控制誤差，清孔和裝藥時也未按要求進行作業(yè)。因此鉆孔偏差是斷面超欠挖的主要原因。3．1．2．1制定相應(yīng)對策(D1)在目前施工機械條件下，要消除超欠挖是不可能的，但完全可以將超欠挖減少到最低限度。我們對分析階段找出的主要原因以及在光面爆破施工的各工序注意事項方面入手，大家多次討論，提出合理化意見，并逐步的研究和實踐，最終制定了詳細的措施和對策見表6。表6詳細的措施和對策計劃表序號要因目標措施負責人時間備注1測量放樣人員對炮炮眼位置沒有有準確標出確保開挖輪廓線的的準確性，并并使炮眼位置置的誤差控制制在5cm以內(nèi)精心測量，準確繪繪出開挖輪廓廓線，標出炮炮眼位置李斌李全芝康飄2007年9月116日～9月26日重點監(jiān)控2鉆孔臺架與隧道軸軸線未保持平平行，開眼誤誤差超過控制制誤差周邊眼的開眼誤差差控制在5ccm以內(nèi)調(diào)整鉆孔臺車與隧隧道軸線保持持平行王永富李斌巫愛明2007年9月116日～9月26日重點監(jiān)控3鉆工未熟讀炮眼布布置圖，不能能熟練地操縱縱鑿巖機械，周周邊眼的外插插角不準確周邊眼的外插角（眼眼深3m時，外插插角<3°，眼深5m時，外插角<2°）選用具有豐富經(jīng)驗驗的老鉆工司司鉆，臺車下下有專人指揮揮，確保周邊邊眼有準確的的外插角朱紅慶王立立軍巫愛明2007年9月116日～9月26日重點監(jiān)控4裝藥前未將炮眼石石屑括出

和吹吹凈將炮眼石屑括出或或吹凈選用鋼筋彎制的炮炮鉤和小直徑徑高壓風管向向炮眼內(nèi)輸入入高壓風李豐波楊建枝2007年9月116日～9月26日一般監(jiān)控5藥量超標，雷管未未“對號入座”嚴格控制藥量，雷雷管“對號入座”控制周邊孔裝藥量量，按炮眼設(shè)設(shè)計圖上雷管管的編號進行行布置巫愛明劉祥德張國國平2007年9月116日～9月26日重點監(jiān)控6導(dǎo)爆管打結(jié)或拉細細，炮眼雷管管連接次數(shù)不不同保證起炮的可靠性性和準確性導(dǎo)爆管不能打結(jié)和和拉細；各炮炮眼雷管采用用相同的連接接次數(shù)；連好好后，專人負負責檢查張國平楊建建枝2007年9月116日～9月26日一般監(jiān)控3．1．2．2制定的措施計劃的實施(D1)實施1、2007年9月26日上午，二工區(qū)技術(shù)主管李斌通知項目部測量班進行開挖斷面的測量放樣，測量人員用SET2C全站儀定出了開挖斷面的中線和輪廓線，并用紅油漆標出了炮眼位置。實施人員：李斌、李全芝、康飄實施時間：2007.09.16～09.26實施2、由二工區(qū)工區(qū)長王永富，技術(shù)主管李斌現(xiàn)場指揮鉆孔臺架的操縱人員，對臺車進行準確定位，并且項目測量班用DJD2經(jīng)緯儀對臺車的定位進行檢查，確保臺車與隧道軸線平行。實施人員：王永富、李斌、巫愛明、李全芝實施時間：2007.09.16～09.26實施3、項目部總工程師朱紅慶和項目部技術(shù)部部長王立軍現(xiàn)場給鉆眼作業(yè)人員講解炮眼布置圖，鉆眼機械的操縱方法，鉆眼作業(yè)的控制要點（內(nèi)插角），并且親自做示范。實施人員：朱紅慶、王立軍、巫愛明實施時間：2007.09.16～09.26實施4、鉆眼工序結(jié)束后，派三名工人用鋼筋彎制的炮鉤和小直徑的高壓風管向炮眼內(nèi)輸入高壓風，將每個炮眼內(nèi)的石屑清理干凈，之后現(xiàn)場技術(shù)員進行檢查。實施人員：李豐波、楊建枝實施時間：2007.09.16～09.26實施5、現(xiàn)場施工隊長巫愛明命令裝藥人員將炸藥裝到指定的炮眼內(nèi)，并且按炮眼布置圖上雷管的編號“對號入座”，之后由現(xiàn)場技術(shù)人員進行檢查。實施人員：巫愛明、劉祥德、張國平實施時間：2007.09.16～09.26實施6、裝藥檢查無誤后，派具有豐富爆破經(jīng)驗的爆破人員聯(lián)結(jié)起爆網(wǎng)絡(luò)，并由專人進行檢查，確保炮眼雷管連接次數(shù)相同，導(dǎo)爆管不打結(jié)和不被拉細。實施人員：張國平、楊建枝實施時間：2007.09.16～09.263．1．3檢查階段(C1)2007年9月26日，我們在DK229+170斷面開挖時嚴格實施了上述對策，并對開挖后斷面的情況進行了測量，超、欠挖統(tǒng)計情況如下表所示（見表7、表8、表9）：表7拱部超、欠挖情況統(tǒng)計表里程樁號設(shè)計半徑(m)實測半徑與設(shè)計半半徑的差值((m)CDEFGHIJDK229＋17706.52＋0.15＋0.12－0.08－0.03－0.06＋0.07＋0.13＋0.09表8邊墻超、欠挖情況統(tǒng)計表里程樁號設(shè)計半徑(m)實測半徑與設(shè)計半半徑的差值((m)ABKLDK229＋17703.48＋0.18＋0.11＋0.21＋0.13表9隧底超、欠挖情況統(tǒng)計表里程樁號設(shè)計半徑(m)實測半徑與設(shè)計半半徑的差值((m)MNODK229＋177012.45＋0.09－0.11＋0.16備注：＋為超挖；－為欠挖通過采取相應(yīng)措施后，極大的提高了光面爆破效果。3．1．4總結(jié)階段(A1)從初步實施的效果來看，我們達到了預(yù)期的目標，隧道輪廓成形效果比原施工有了很大的飛躍，但是應(yīng)該看到的是超欠挖量還是很大，而且有些部位還未控制在施工規(guī)范之內(nèi)。3．2第二次PDCA循環(huán)3．2．1計劃階段(P2)從表7、表8、表9上我們可以看到采用新方案后取得的效果，比原施工方法有很大的提高，超欠挖得到了控制，但超挖還是存在。針對這種情況，我們組織小組成員和參與現(xiàn)場施工管理的有關(guān)人員進行活動分析會，并又多次深入現(xiàn)場實地查看，發(fā)現(xiàn)了新的問題：3．2．1．2原因分析在采取新措施的施工過程中，工人的操作方法還是會多多少少存在問題，好像他們很難而且應(yīng)該說是不愿采用新措施的施工方法，也就是說工人在主觀思想上是被動接受的，并不是他們主動或自愿按照規(guī)范去作業(yè)。在施工中我們發(fā)現(xiàn)工人只注重進度，因為他們的工資是與隧道的進尺的多少掛鉤的，進度越快，工資也就越高，相對來說，就忽略了爆破開挖的質(zhì)量，只顧進尺，而不管超欠挖。雖然正確的施工工藝和作業(yè)指導(dǎo)書和施工方案都已下發(fā)至施工基層開挖班組，但工人的