QC成果提高隧道水平砂岩与泥岩互层地质的光面爆破效果

PAGEPAGE15中铁十六局太中银ZK-VI标段项目部QC成果报告课题名称：开展QC小组活动，提高水平砂岩与泥岩互层地质的光面爆破效果实验地点：吴堡隧道1＃斜井报告人：李斌技术职务：二工区技术主管1基本情况1．1工程简介吴堡隧道位于陕西省榆林地区绥德县与吴堡县的交界处，隧道进口位于吴堡县的前王家山村西侧1KM处的山包上，隧道经过绥德县的田家下山村、田家岔、桥上村至绥德县的白家岔村，隧道起讫里程为DK227＋080～DK229＋390，全长12310米，属特长隧道，共设1号，2号，3号和4号四个斜井，隧道最大埋深320.429米。吴堡隧道平面进口至DK229＋063.13为半径为2800m的曲线，DK229＋063.13至DK238＋578.25为直线，DK238＋578.25至隧道出口为半径4500m的曲线；隧道位于两个反向曲线上。隧道内纵坡自隧道进口至DK227＋780为3.7‰的上坡，DK227＋780至出口为10.8‰的上坡。吴堡隧道设计为双线隧道，线间距由5.43m过渡到4.4m，又由4.4m过渡到4.985m。地质构造特点：根据区域地质资料和地质调绘结果,本隧道所经地区在大构造单元上属鄂尔多斯台向斜之陕北台陷东翼,吕梁山西坡南北向挠褶带北部,属单斜构造,区内构造行迹微弱,主要表现为一些走向南北或近南北的平缓褶曲构造,区内中部可见一组北东—南西向延伸的平缓褶皱,仅南部较老地层中有褶断构造行迹的显示.测区范围内未发现有大的构造行迹,地层呈舒缓坡状展开,倾向北西,倾角5°～10°。不良地质表现：隧道通过区为黄土峁，梁状低山沟壑区，地势起伏很大，“V”型冲沟发育而密集，黄土广泛分布，由于黄土具虫孔，大空隙，垂直裂隙发育，测区内常发育黄土陡壁，高约10～50米不等，在外力作用下，易形成黄土塌陷；局部冲沟沟头水流集中处或上游沟坡缓坡处发育黄土陷穴及天生桥，陷穴直径1～10米，一般深3～8米。1．2小组概况本QC小组是根据工程的实际需要，在公司和二处领导的支持及帮助下成立的，成员12名，有领导、技术干部和工人。为三结合型Qc小组，成员参加活动率在95％以上。本QC小组成员均接受过TQC教育．并取得证书。围绕本课题．全组共进行主要活动9次，针对不同时期的情况进行具体分析。发现问题及时找原因、定对策、布置任务，达到全组成员思想明确统一。经过实践证明，本QC小组活动成绩显著，攻克了在水平砂岩与泥岩互层地质特点下的光面爆破施工的难关．而且实践了施工技术与人员管理相结合的控制管理方法。2选题理由及课题目标2．1选题理由吴堡隧道在我合同段占很大的比例，是整个合同段的关键所在。在隧道控制中，爆破对围岩的扰动相当严重，同时超欠挖情况十分严重，直接影响了人身的安全，隧道的进度、质量，造成人力、物力的严重浪费。过量超挖不只引起开挖费用的增加，更重要的是由此造成增加过量超填混凝土的费用，使工程经济效益严重下降。通过QC小组攻关，来提高光面爆破效果，控制隧道超欠挖量以提高碴块成形率，进而减少出碴量，大幅减少支护的工作量，来降低成本，加快施工进度。从而在隧道施工中，在讲究安全与质量并举的要求下获得更多的工程经济效益。2．2课题目标保证在水平砂岩与泥岩互层地质结构下隧道光面爆破的效果，控制隧道超欠挖在合理范围内。3PDCA循环3．1第一次PDCA循环3．1．1计划阶段(P1)3．1．1．1现状调查吴堡隧道1＃斜井二工区于5月16日进入正洞开挖施工，本段围岩级别都为Ⅲ级围岩，主要为砂岩夹泥质砂岩，弱风化，中厚层状，节理裂隙发育，呈碎石状镶嵌结构。隧道通过区地下水类型为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水，主要受大气降水补给。第四系孔隙潜水较多，基岩裂隙水较丰富。地下水对普通混凝土不具侵蚀性。本段采用隧道新奥法施工，隧道开挖采用上下断面分步开挖，采用钻爆法施工，爆破参数如下：周边眼间距E＝55cm，最小抵抗线W＝65cm，相对距离E/W＝0.85，周边眼装药集中度0.22kg/m。炮眼布置图见图1，爆破参数见表1。图1炮眼布置图表1Ⅲ级上下台阶围岩炮眼布置参数表我们制定的施工工艺流程图见如下图2：测量画线测量画线钻爆设计凿岩台车（台架）就位连接管线钻孔施工装药联线堵塞爆破记录孔位、孔深、孔径清孔检查合格不合格检查合格检查合格不合格不合格图2吴堡隧道钻爆施工工艺框图在现场调查中发现本段施工超欠挖较严重，有一处边墙超挖值近1米，光面爆破效果不好。2007年9月12日到21日，我们小组对DK229＋124～DK229＋154段Ⅲ级围岩的三个断面开挖的情况进行了测量（断面量测示意图见图3），量测的各部位超欠挖数据统计情况见表2、表3、表4。图3隧道断面调查检测示意图表2拱部超、欠挖情况统计表里程桩号设计半径(m)实测半径与设计半半径的差值((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边墙超、欠挖情况统计表里程桩号设计半径(m)实测半径与设计半半径的差值((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、欠挖情况统计表里程桩号设计半径(m)实测半径与设计半半径的差值((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备注：＋为超挖；－为欠挖根据《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》（TZ214－2005）洞身开挖的相关标准（见表4），3个断面都存在超欠挖现象，并且比较严重。表5隧道允许超挖值（cm）围岩级级别开挖部分ⅠⅡ～ⅣⅤ、Ⅵ拱部线性超挖101510最大超挖152515拱墙线性超挖101010仰拱、隧底线性超挖10最大超挖25因此，尽管在洞身开挖时使用光面爆破技术，但是爆破的效果并不理想，光面爆破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。为提高工程质量和进度，降低和尽量避免不必要的成本投入，我们在查阅大量的有关资料后，特对影响光面爆破效果的因素进行分析和研究，并将隧道光面爆破超欠挖的原因总结如下：3．1．1．2原因分析在钻爆法施工中，钻孔和爆破都分别产生超欠挖现象。在施工的第一步放样布眼，测量放样人员对炮眼位置没有准确标出钻孔位置或者标注有偏差会影响爆破效果，然后再从钻孔来分析。钻孔的偏差是产生超欠挖的主要原因。钻孔的偏差一般由3部分组成：开眼偏差Re，即开眼中心与设计孔位中心之间的偏差距离（cm）；方向偏差Rd，即开眼方向与隧道设计轴向轮廓的偏差(cm／m)；岩石内的附加偏差Rr，即由于操作原因或岩石节理原因造成钻孔后的偏差加大量。总偏差Rz与这3种偏差的关系为：Rz=(Re2＋Rd2＋Rr2)。以上3种偏差中，开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。引起钻眼偏差的原因，主要是操作工的操作水平与操作态度。爆破产生的超欠挖主要是爆破参数不合理所致，其中包括：①周边孔装药量过大，爆破时产生围岩大块坍落，引起超挖。②周边孔炮孔布置不合理，产生超挖或欠挖。就超挖和欠挖而言，超挖对隧道成本的影响远大于欠挖，但决不意味着欠挖可以忽视。在一定条件下，如没有机械手消除欠挖，而是用钻孔补炮来消除欠挖，则欠挖预示着更大的超挖：钻眼补炮往往爆下比欠挖量多几倍的岩石。为了查明施工中确实存在的不规范施工和造成隧道超欠挖的要因，我小组成员多次在施工现场进行监控，在开挖前组织项目部测量人员对开挖断面的轮廓进行检查，结果发现个别点位的位置确实存在偏差，现场发现个别施工人员技术水平不高，责任心不强，未按炮眼布置图进行定位和钻眼，导致开眼误差超过控制误差，清孔和装药时也未按要求进行作业。因此钻孔偏差是断面超欠挖的主要原因。3．1．2．1制定相应对策(D1)在目前施工机械条件下，要消除超欠挖是不可能的，但完全可以将超欠挖减少到最低限度。我们对分析阶段找出的主要原因以及在光面爆破施工的各工序注意事项方面入手，大家多次讨论，提出合理化意见，并逐步的研究和实践，最终制定了详细的措施和对策见表6。表6详细的措施和对策计划表序号要因目标措施负责人时间备注1测量放样人员对炮炮眼位置没有有准确标出确保开挖轮廓线的的准确性，并并使炮眼位置置的误差控制制在5cm以内精心测量，准确绘绘出开挖轮廓廓线，标出炮炮眼位置李斌李全芝康飘2007年9月116日～9月26日重点监控2钻孔台架与隧道轴轴线未保持平平行，开眼误误差超过控制制误差周边眼的开眼误差差控制在5ccm以内调整钻孔台车与隧隧道轴线保持持平行王永富李斌巫爱明2007年9月116日～9月26日重点监控3钻工未熟读炮眼布布置图，不能能熟练地操纵纵凿岩机械，周周边眼的外插插角不准确周边眼的外插角（眼眼深3m时，外插插角<3°，眼深5m时，外插角<2°）选用具有丰富经验验的老钻工司司钻，台车下下有专人指挥挥，确保周边边眼有准确的的外插角朱红庆王立立军巫爱明2007年9月116日～9月26日重点监控4装药前未将炮眼石石屑括出

和吹吹净将炮眼石屑括出或或吹净选用钢筋弯制的炮炮钩和小直径径高压风管向向炮眼内输入入高压风李丰波杨建枝2007年9月116日～9月26日一般监控5药量超标，雷管未未“对号入座”严格控制药量，雷雷管“对号入座”控制周边孔装药量量，按炮眼设设计图上雷管管的编号进行行布置巫爱明刘祥德张国国平2007年9月116日～9月26日重点监控6导爆管打结或拉细细，炮眼雷管管连接次数不不同保证起炮的可靠性性和准确性导爆管不能打结和和拉细；各炮炮眼雷管采用用相同的连接接次数；连好好后，专人负负责检查张国平杨建建枝2007年9月116日～9月26日一般监控3．1．2．2制定的措施计划的实施(D1)实施1、2007年9月26日上午，二工区技术主管李斌通知项目部测量班进行开挖断面的测量放样，测量人员用SET2C全站仪定出了开挖断面的中线和轮廓线，并用红油漆标出了炮眼位置。实施人员：李斌、李全芝、康飘实施时间：2007.09.16～09.26实施2、由二工区工区长王永富，技术主管李斌现场指挥钻孔台架的操纵人员，对台车进行准确定位，并且项目测量班用DJD2经纬仪对台车的定位进行检查，确保台车与隧道轴线平行。实施人员：王永富、李斌、巫爱明、李全芝实施时间：2007.09.16～09.26实施3、项目部总工程师朱红庆和项目部技术部部长王立军现场给钻眼作业人员讲解炮眼布置图，钻眼机械的操纵方法，钻眼作业的控制要点（内插角），并且亲自做示范。实施人员：朱红庆、王立军、巫爱明实施时间：2007.09.16～09.26实施4、钻眼工序结束后，派三名工人用钢筋弯制的炮钩和小直径的高压风管向炮眼内输入高压风，将每个炮眼内的石屑清理干净，之后现场技术员进行检查。实施人员：李丰波、杨建枝实施时间：2007.09.16～09.26实施5、现场施工队长巫爱明命令装药人员将炸药装到指定的炮眼内，并且按炮眼布置图上雷管的编号“对号入座”，之后由现场技术人员进行检查。实施人员：巫爱明、刘祥德、张国平实施时间：2007.09.16～09.26实施6、装药检查无误后，派具有丰富爆破经验的爆破人员联结起爆网络，并由专人进行检查，确保炮眼雷管连接次数相同，导爆管不打结和不被拉细。实施人员：张国平、杨建枝实施时间：2007.09.16～09.263．1．3检查阶段(C1)2007年9月26日，我们在DK229+170断面开挖时严格实施了上述对策，并对开挖后断面的情况进行了测量，超、欠挖统计情况如下表所示（见表7、表8、表9）：表7拱部超、欠挖情况统计表里程桩号设计半径(m)实测半径与设计半半径的差值((m)CDEFGHIJDK229＋17706.52＋0.15＋0.12－0.08－0.03－0.06＋0.07＋0.13＋0.09表8边墙超、欠挖情况统计表里程桩号设计半径(m)实测半径与设计半半径的差值((m)ABKLDK229＋17703.48＋0.18＋0.11＋0.21＋0.13表9隧底超、欠挖情况统计表里程桩号设计半径(m)实测半径与设计半半径的差值((m)MNODK229＋177012.45＋0.09－0.11＋0.16备注：＋为超挖；－为欠挖通过采取相应措施后，极大的提高了光面爆破效果。3．1．4总结阶段(A1)从初步实施的效果来看，我们达到了预期的目标，隧道轮廓成形效果比原施工有了很大的飞跃，但是应该看到的是超欠挖量还是很大，而且有些部位还未控制在施工规范之内。3．2第二次PDCA循环3．2．1计划阶段(P2)从表7、表8、表9上我们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，但超挖还是存在。针对这种情况，我们组织小组成员和参与现场施工管理的有关人员进行活动分析会，并又多次深入现场实地查看，发现了新的问题：3．2．1．2原因分析在采取新措施的施工过程中，工人的操作方法还是会多多少少存在问题，好像他们很难而且应该说是不愿采用新措施的施工方法，也就是说工人在主观思想上是被动接受的，并不是他们主动或自愿按照规范去作业。在施工中我们发现工人只注重进度，因为他们的工资是与隧道的进尺的多少挂钩的，进度越快，工资也就越高，相对来说，就忽略了爆破开挖的质量，只顾进尺，而不管超欠挖。虽然正确的施工工艺和作业指导书和施工方案都已下发至施工基层开挖班组，但工人的