隧道塌方處理靜態(tài)爆破施工技術(shù)及單價分析研究

隧道塌方處理靜態(tài)爆破施工技術(shù)及單價分析研究摘

要:根據(jù)高速公路隧道塌方實際情況，從施工安全角度出發(fā)，研究決定對塌方段采用靜態(tài)爆破施工技術(shù)進行開挖處理。本文通過工程實例介紹了靜態(tài)爆破施工技術(shù)在隧道巖土工程施工中的應(yīng)用機理和工藝流程,為其應(yīng)用的范圍擴大總結(jié)經(jīng)驗和參數(shù)；并針對靜態(tài)爆破開挖施工技術(shù)在隧道施工中的預(yù)算定額屬于缺項,應(yīng)用實測法對其單價組成進行分析，得出較為合理的預(yù)算定額單價,填補了該技術(shù)在隧道工程定額中的空白，為今后同類項目施工和相關(guān)新的定額編制提供交流與參考。關(guān)鍵詞

塌方處理

靜態(tài)爆破

施工技術(shù)

單價分析1工程概況及塌方段特點某高速公路隧道是一座雙洞分離式隧道，左右線均2。1km，隧道采用新奧法設(shè)計施工.雙車道設(shè)計,最大開挖高度10。3m，寬度13。28m,矢跨比1：1.29。隧道內(nèi)圍巖復(fù)雜多變、破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育，具有相當(dāng)多的斷層、涌水等不良地質(zhì)。水文地質(zhì)主要是地層孔隙潛水和基巖裂隙水，地表水隨季節(jié)變化影響較大。K7+540～K7+575段原設(shè)計為V類（II級）支護段，在開挖過程時發(fā)現(xiàn)該段存在一斷層，為確保施工安全和結(jié)構(gòu)安全，將該段變更為III類（IV級）圍巖加強段，但該段受地質(zhì)構(gòu)造影響相當(dāng)嚴(yán)重,在很強的地層剪應(yīng)力作用下,使巨型巖石被剪切成2組明顯的“X”型節(jié)理斷層,同時由于節(jié)理裂隙的導(dǎo)水作用，使得地層中的膠結(jié)物軟化，失去應(yīng)有的應(yīng)力組合，盡管開挖過程中對該段進行了支護加強，但是在鋼架和噴射混凝土組成的初期支護承載力超過其極限時，形成了塌方。據(jù)觀察量測，塌方段33m長，塌腔約14米寬、45m高,塌渣量約為6000m3。塌渣呈濕狀,以大塊和巨型塊狀花崗巖為主，伴有塊狀遇水軟化的粒砂巖，并夾少量膠結(jié)粘土，有較大的巖隙水。2塌方處理及靜態(tài)爆破方案確定根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集和考察，得出以下結(jié)論:（1）、從塌腔口及其對應(yīng)里程山頂位置可以判斷，塌方?jīng)]有冒頂，但是存在塌腔，并且長度和高度比較大。（2）、塌體渣堆較松散，主要是較大塊石堆積形成,中間肯定形成懸空空間。（3）、由于地層剪應(yīng)力釋放完全,圍巖變形絕對值較小，對后續(xù)塌方處理影響相對不大。根據(jù)以上分析結(jié)果，研究決定如下塌方處理方案：不提前清除渣堆，不完全回填塌腔，加強腔內(nèi)排水，必須進行飽和注漿加固，倒灌混凝土比渣體高2~3米,即可掘進及支護施工，整個塌方處理必須穩(wěn)扎穩(wěn)打確保施工安全,塌腔空洞采取洞頂灌注細(xì)沙和泡沫混凝土填實。塌方段處理的關(guān)鍵是采用何種開挖支護方法，以達到不對塌方段回填混凝土和原狀圍巖的再次擾動，確保施工的安全。經(jīng)過短臺階微震微差爆破施工工法和靜態(tài)爆破施工工法的對比分析，研究決定采用靜態(tài)爆破施工工法。3靜態(tài)爆破施工原理運用靜態(tài)破碎劑切割、破碎巖石，分裂混凝土的施工方法稱為“靜態(tài)爆破工法”.靜態(tài)破碎劑是一種不使用炸藥就能使巖石、混凝土破裂的粉狀工程施工材料。它的主要成份是生石灰（即氧化鈣），還含有一些按一定比例摻入的化合物催化劑，是國際上流行的新型、環(huán)保、非爆炸施工材料。靜爆工法原理就是利用裝在介質(zhì)鉆孔中的靜態(tài)破碎劑加水發(fā)生水化反應(yīng)，使破碎劑晶體變形，產(chǎn)生體積膨脹,從而緩慢的、靜靜地將膨脹壓力（可達30Mpa-50Mpa，最大試驗值可達120Mpa，巖石拉伸強度為5~10Mpa或混凝土拉伸強度為2～6Mpa）施加給孔壁,經(jīng)過一段時間后達到最大值,將介質(zhì)脹裂破碎。4靜態(tài)破碎工法適用范圍及特點4.1經(jīng)典適用范圍靜態(tài)破碎適用范圍概括起來主要有下列幾個方面：1）、混凝土構(gòu)筑物的破碎、拆除。2）、巖石、礦石等的開采、石料切割。3）、其它不便于炸藥爆破的環(huán)境條件下混凝土拆除、巖石及礦石開采工程。4。2適用范圍的擴大試驗及應(yīng)用靜態(tài)破碎劑的適用范圍不斷擴大.從簡單的巖石、鋼筋混凝土破碎到水平隧道的開挖；從單一的小批量的使用，到大方量高密度的巖石松動破碎；從單一的手工操作到與挖掘機、裝載機配合大幅度提高工效的“聯(lián)合作業(yè)"施工等等。本文是靜態(tài)破碎工法新應(yīng)用之一：隧道塌方處理中開挖施工的應(yīng)用。4。3靜態(tài)破碎工法的特點1）、安全、易管理。靜態(tài)爆破劑為非爆炸危險品，無需辦理常規(guī)炸藥爆破所需要的各種許可證。操作不需要特殊工種。破碎劑與其它普通貨物一樣可以購買、運輸、使用。2）、環(huán)保材料。使用中無聲、無振動、無飛石、無毒氣、無粉塵，是國際流行的環(huán)保產(chǎn)品。3)、施工簡單、易操作.用水?dāng)嚢韬蠊嗳脬@孔中或浸泡濕潤后塞入孔中搗實即可.4）、破碎精確度高。設(shè)計適當(dāng)?shù)目讖健⒖拙?、角度，能夠達到“外科手術(shù)式”的破碎、分裂、切割巖石和混凝土。5）、施工過程安全。不存在炸藥爆破時產(chǎn)生的震動、空氣沖擊波、飛石、噪音、有毒氣體和粉塵的危害。6)、在不適于炸藥爆破環(huán)境條件下，更顯其超眾的優(yōu)越性。最新藥卷型破碎劑，適用環(huán)境溫度范圍更廣（－5℃～40℃)，使用更方便，效力更大。5靜態(tài)爆破參數(shù)指標(biāo)1)、鉆孔要求.采用手持氣腿式鉆機，孔徑一般情況為38～50mm。2）、破碎劑的選擇.選擇藥卷型破碎劑,其適用環(huán)境溫度范圍更廣,藥量節(jié)省，效力更大,破碎時間更短,縮短作業(yè)時間，提高施工效率。3）、靜態(tài)爆破劑孔網(wǎng)參數(shù)及單耗量設(shè)計經(jīng)驗值如表1。表1?？拙W(wǎng)參數(shù)及單耗量經(jīng)驗數(shù)據(jù)表破碎物孔徑（mm）孔距（cm)排距(cm）孔深（m）單耗量（kg/m3）單孔用藥量砂石38～5040-5045—600.8H5—102。0～2。5kg/m大理石10-2520-300.9H8-15花崗巖10—1515—250.9H10-20混凝土15-3020-400。8H3-10鋼筋混凝土10—1515-250.9H15—254）、配合比.采用藥卷型破碎劑使用簡便，只需在水中浸泡30～90秒鐘,立即塞入鉆孔中，用木棍層層搗實即可。5）、藥劑反應(yīng)時間及藥力控制。反應(yīng)最短時間控制在30～60分鐘,有效作用時間控制在2～６小時，有效作用時間內(nèi)藥力控制在30Mpa以上，以利于加快施工進度。6）、裂縫寬度。達到2cm以上就可以開始進行清渣作業(yè).6靜態(tài)爆破施工技術(shù)及工藝6。1施工原則和工藝流程全斷面分次靜態(tài)爆破遵循“掏槽先行、分區(qū)破碎、安全可靠"，“垂直巖面、弧形斷面布置、孔眼同一平面、與臨空面平行"和“滿孔裝藥、搗固密實、先內(nèi)后外、確保安全”的施工原則.6。2鉆孔布置、裝藥參數(shù)設(shè)計6。2.1孔距與排距孔距與排距的大小與被破物的硬度有直接關(guān)系，硬度越大,孔距與排距越小,反之越大;孔距與排距的大小與巖石破碎的效果及施工成本同樣有直接關(guān)系，孔距與排距越大，破碎效果越差，施工成本越低,反之則反之。因此實際施工應(yīng)當(dāng)通過現(xiàn)場試驗確定適宜的破碎參數(shù)，孔距與排距及單孔裝藥量試驗設(shè)計值見表2。通過現(xiàn)場試驗，確定爆破參數(shù)如下:分三個區(qū)域分次爆破，孔眼一次鉆孔成型，第一區(qū)域是中心掏槽區(qū)域，為邊長3.5m的半圓形,先在中心部位打設(shè)兩排掏槽眼，孔距和排距均為20cm,其余孔眼的孔距為30cm，排距為40cm;第二區(qū)域為上臺階拱圈區(qū)域，所有孔眼的孔距均為30cm,周邊眼與內(nèi)圈眼排距（環(huán)向半徑差）為35cm，內(nèi)圈眼與輔助崩落眼排距為40cm；第三區(qū)域為下臺階仰拱區(qū)域，孔位布置和第二區(qū)域一致，只是不同時間裝藥破碎。表2。鉆孔布置及單孔裝藥量設(shè)計值破碎物分區(qū)區(qū)域破碎時間孔徑(mm)孔距（cm)排距（cm)孔深(cm)鉆孔個數(shù)單孔用藥量花崗巖、混凝土混合體第一區(qū)域2~4h4220/3020/301102352。2～2.5kg/m第二區(qū)域3~5h3035/40448第三區(qū)域2～4h3035/403546。2.2鉆孔及裝藥技術(shù)要求鉆孔直徑與破碎效果有直接關(guān)系，鉆孔過小，不利于藥劑充分發(fā)揮效力，鉆孔過大，裝藥及反應(yīng)過程容易沖孔。根據(jù)我國目前成熟的靜態(tài)爆破施工經(jīng)驗，選擇鉆孔孔徑為42mm.鉆孔深度根據(jù)圍巖硬度情況確定,孔眼越深，所需藥劑作用力越大,爆破效果相對越差。本工程巖石、回填混凝土和注漿漿液混合體經(jīng)測定普氏系數(shù)Ｆ為7~８左右,為了保證塌方體的施工安全，同時根據(jù)現(xiàn)場破碎效果試驗確定鉆孔深為1.1m。鉆孔采用YT-28手持氣腿式鉆機,滿足一般隧道鉆孔要求即可。由于采取分區(qū)分次破碎，因此全部鉆孔完成后，將二、三區(qū)孔眼用棉紗或其他柔軟物質(zhì)塞住保護好，以免進入石渣等。裝藥孔眼必須將孔內(nèi)余水和余渣用高壓風(fēng)吹洗干凈，孔口旁清理干凈至無土石渣后，方可進行裝藥破碎。采用藥卷型破碎劑進行爆破，只需將藥卷放置清潔水中浸泡30～90秒鐘，藥卷充分濕潤、完全不冒氣時，取出藥卷從孔底開始快速裝入孔眼內(nèi)，并用木棍逐條搗實，密實裝填至孔口，即“集中浸泡、充分浸透、逐條裝入、分別搗實”.同一破碎區(qū)域盡量同時裝藥,以達最佳破碎效果。裝藥深度為孔深的100%.6。2。3藥劑反應(yīng)時間的控制藥劑反應(yīng)的快慢與溫度有直接的關(guān)系，溫度越高，反應(yīng)時間越快，反之則慢。實際操作中，控制藥劑反應(yīng)時間太快的方法有兩種，一種是在藥劑拌合（浸泡）水中加入抑制劑，另一種方法是嚴(yán)格控制拌和（浸泡）水、藥劑和巖石的溫度；加快藥劑作用反應(yīng)的解決方法一般是摻加促發(fā)劑和提高拌和水溫度。拌合水一般控制在15~20℃范圍，防止藥劑反應(yīng)過快容易發(fā)生沖孔傷人事件.但為了縮短施工時間、加快處理進度，有必要在保證安全情況下縮短藥劑最大效應(yīng)反應(yīng)的時間，因此藥劑反應(yīng)時間一般控制在30～60分鐘左右較好，裂縫達到2cm的時間控制在3小時左右。6。2.4施工注意事項（1）、鉆孔前盡量多地創(chuàng)造臨空面，孔眼布置盡量與臨空面平行。鉆孔不得在上一循環(huán)孔眼位置上繼續(xù)開鉆,孔眼交錯梅花形布置。（2）、每次裝藥都要觀察確定巖石、藥劑、拌和水的溫度是否符合要求。灌裝過程中，已開始化學(xué)反應(yīng)的藥劑不得裝入孔內(nèi).灌裝藥劑后觀察裂隙發(fā)展時，不可面部直接近距離面對已裝藥孔眼，防止沖孔傷人。（3)、圍巖開始開裂后，可以向裂縫中加水（采用遠距離噴水比較安全），以支持藥劑持續(xù)反應(yīng)，可以獲得更好效果。（4）、嚴(yán)格按照破碎劑使用說明書進行施工操作，不得勾兌其他未加說明的化學(xué)物品，不同型號的破碎劑不能混用等。(5)、無關(guān)人員不得進入施工現(xiàn)場。操作人員必須佩戴沖擊防護PVC護目鏡和橡膠手套，同時備好潔凈水和毛巾，確保施工安全.7靜態(tài)爆破施工的單價分析盡管近些年來，靜態(tài)爆破工法應(yīng)用越來越廣泛，但是在隧道開挖施工中的定額還屬于缺項，因此我單位采用了實測法進行單價分析。從上面的論述和分析可以看出，靜態(tài)爆破的單價取決于兩個重要因素：孔網(wǎng)密度和裝藥量大小.下面按照開挖爆破一循環(huán)工程量進行分析，然后取平均值計算出1m3圍巖開挖的施工成本情況進行單價定額。7。1技術(shù)參數(shù)指標(biāo)靜態(tài)破碎劑：藥卷型（第三代）

適合氣溫在-5℃～40℃范圍內(nèi)巖石級別:堅石、混凝土和水泥漿液混合渣體（相當(dāng)于II級）靜態(tài)爆破設(shè)計面積：112。33m2（拱形曲墻式斷面）開挖方量：實測為124。80m37。2造價計算參數(shù)人工費：20。1元/工日手持式風(fēng)鉆臺班費：60。38元/臺班風(fēng)鎬臺班費：57。14元/臺班氣動鍛釬機臺班費：61.10元/臺班鉆頭磨床臺班費：51.10元/臺班空壓機設(shè)備臺班費：798。39元/臺班軸流通風(fēng)機設(shè)備臺班費：189。77元/臺班輪式裝載機臺班費：710。77元/臺班靜態(tài)破碎劑:3.75元/kg合金鉆頭：35元/個空心鋼釬:13元/m7.3費用實測分析7。3.1注漿小導(dǎo)管超前預(yù)支護擬采用合同單價。Φ42×4小導(dǎo)管單價為7.07元/kg；素水泥漿單價為331.23元/m3。技術(shù)要求：拱部180°范圍內(nèi)布置（R=6.73米），L=4.5m，＠=0。4m、搭接長度為2。0米，按兩循環(huán)打設(shè)圈計算。單孔注漿量為0.02m3/m。工程數(shù)量計算:Φ42×4小導(dǎo)管總數(shù)量=53/2根×4。5m/根×3.75kg/m=447。188kg；素水泥漿總數(shù)量=53/2根×4.5m/根×0。02m3/m=2.385m3費用金額=447.188kg×7。07元/kg+2.385m3×331。23元/m3=3951。6元7.3.2制造臨空面、布孔、鉆孔以一循環(huán)開挖方量124。8m3，為單位進行實測費用分析。如表3.表3

布孔、鉆孔實測費用表工、料、機名稱單位單價（元）定額數(shù)量金額一人工費用756。41人工工日20.137.63756.4二材料費用2493。72鋼管kg4。413001323。03空心鋼釬kg1316。95220。44合金鉆頭個3516560.05電kw。h0.35289.86水m30.4536。1116.27高壓膠皮風(fēng)管m12.4810。68133。38高壓膠皮水管m19.6110.68209.49其他材料費元121.5921.6三機械設(shè)備費用5258。810輪式裝載機臺班710.770。8568。611電動空壓機臺班798。393。332658.612軸流通風(fēng)機臺班189。772.51476。313手持風(fēng)動鉆機臺班60。38251509。514鉆頭磨床臺班51.10。210.215氣動鍛釬機臺班61。10。3320。216小型機具費元115.3115.3匯總

8508。8表4

翻渣、解小等實測費用表工、料、機名稱單位單價（元）定額數(shù)量金額一人工費用816.71人工工日20.140。63816。7二材料費用903。22風(fēng)鎬釬子個36.4120728。23電kw.h0。35155。34高壓膠皮風(fēng)管m12。4810。56131。85其他材料費元13838.0三機械設(shè)備費用8990。16挖掘機臺班1987。52.525008。67機動空壓機臺班491。092.521237。58軸流通風(fēng)機臺班189。775。04956。49風(fēng)鎬臺班57。1430。161723。310氣動鍛釬機臺班61。10。848。911小型機具費元115.3115。3匯總10710.07.3。3浸泡、裝藥、脹裂總孔數(shù)=235+448+354=1037個鉆孔總延米數(shù)=1037個×1.1m/個=1140。7m該工序主要測算靜態(tài)破碎劑消耗量及人工數(shù)額，不計機械費用。根據(jù)上述“技術(shù)參數(shù)指標(biāo)”規(guī)定，參考上限計算.實際裝藥計算量=1037孔×1.1m/孔×2.5kg/m=2851。75kg靜態(tài)破碎劑費用金額=2851.75kg×3。75元/kg=10694。1元人工及其他材料費用=980.5元（分析過程從略)該工序費用=10694。1元+980.5元=11674。6元7。3。4挖掘機翻渣，風(fēng)鎬解小、破碎，找頂由于靜態(tài)爆破僅僅使得圍巖脹裂,但是沒有破碎和垮塌,石渣仍是緊密，因此還必須采用人工風(fēng)鎬配合挖掘機進行翻渣和解效、破碎，然后進行人工配合機械修釬找頂?shù)裙ば?。其費用實測分析如表4。7。3.5機械裝渣、自卸汽車運輸棄渣采用輪式裝載機進行裝渣，12噸以內(nèi)的自卸汽車運輸棄渣（運距為1.5km）。此部分單價按照合同單價進行計算。一循環(huán)實際費用為11580.5元。7.3.6其他輔助材料及人工主要是施工過程的保護材料、脹裂過程中的保溫材料設(shè)施等。按工、料、機之和5%考慮計算.7。4隧道靜態(tài)爆破建筑工程單價綜上所述，每一循環(huán)施工實測費用=3951.6元+8508。8元+11674.6元+10710。0元+11580。5元+(3951。6元+8508。8元+11674.6元+10710.0元+11580。5元）×5%=46425.5元每方實測直接費=46425.5元÷124。8m3=372。0元/m31m3圍巖靜態(tài)爆破建筑安裝工程費的計算過程，詳見表5.表5

建筑安裝工程單價表施工項目單價(元）定額編號定額單位施工條件和方法隧道靜態(tài)爆破593。2實測工序計算1m3超前注漿小導(dǎo)管、布孔、鉆孔、拌制、