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 硬岩 中硬 饱和单轴抗压 极限强度Rb(Mpa) ＞60 ＞30～60 装药不偶合周边眼系间距数 E(cmD ) 1.25～ 1.50～ 55～70 45～60 周边眼最小抵抗线V（cm） 周边眼装药 相对距集中度离 q(kE/V g/m) 0.8～ 0.8～ 0.30～0.35 0.20～0.30 70～85 60～75 软岩 ≤30 2.00～ 30～50 40～60 0.5～ 0.07～0.15 其起爆顺序为： 掏槽掏槽掏槽掏槽
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 Ⅲ-Ⅳ级围岩 Ⅴ级围岩 开挖部位 线性超挖 15 10 最大超挖 25 15 边墙线性开挖 10 10 仰拱、隧线性超挖 底 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；
拱部 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 成立时间 注册时间 活动时间 课题名称 序号 1 2 3 4 副组长 组员 组 长 姓 名 史洪福 白江涛 刘衍良 赵 名 性别 男 男 男 男 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 2011年8月1日 2011年8月5日 小组类型 重新注册时间 现场型 2013年7月01日 2013年7月～2013年10月 提高隧道光面爆破施工质量 年龄 32 39 35 32 职称(务) 工程师 助理工程师 工程师 工程师 学历 本科 大专 大专 大专 接受TQC 教育时间 70 h 70 h 70 h 70 h 5 6 7 8 9 10 11 组员 王学亮 武 强 索建波 张 亮 屈海滨 崔超 杜兆燕 男 男 男 男 男 男 女 26 32 27 26 27 26 32 助 工 工程师 助理工程师 助理工程师 助理工程师 工班长 试验员 本科 大专 大专 大专 本科 本科 大专 70 h 70 h 70 h 60 h 60 h 60 h 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