隧道开挖方式与火工品

新型衬砌台车较传统衬砌台车的优点林鸿泰长平高速项目CPA2合同段【摘要】创新是世界进步的动力，人类才能的体现，国家和社会发展的源泉和动力。发明创造并不是什么太高深的玩意儿，往往就是传统事物小小的改动，就带来意想不到的妙处。新型衬砌台车在传统的衬砌台车基础上加装电缆沟盖板座，使电缆沟盖板座与洞身衬砌一体完成，不仅外形美观，耐久性，效益等诸多方面都比传统台车略胜一筹。【关键词】衬砌台车效益美观耐久1、工程简介1.1风洞山特长隧道全长4906m，为分离式隧道，右洞全长4902m，左洞全长4911m，在A3合同段内，本隧道长度为2645m（右洞起止桩号为YK13+700～YK16+720，长2633m；左洞起止桩号为ZK13+720～ZK16+353，长2633m）。隧道纵坡为-1.1235%的单向坡。左洞横坡变化由4%~2%。2、传统二衬台车和新型二衬台车的比较2.1传统二衬台车传统二衬台车会视路面横坡的大小，及二衬断面的大小选择是否施作矮边墙及矮边墙的高度。对于路面横坡大、二衬断面大的隧道，施作矮边墙就非常有必要了。就以风洞山隧道4%的路面横坡为例二衬基底至起拱线间反弧段的长度是2.25cm和2.69cm，为浇筑矮边墙主要是为了二衬施工方便。由于受隧道结构以及衬砌台车限制，如果仰拱两侧与填充面持平，二衬衬砌台车最下边的弧形模板或太长或太短，难以恰到好处地与填充面良好接触，不容易控制纵向墙脚线的正确位置，并且导致拆模困难，墙脚部分混凝土往往被撬得破破烂烂。但是如果施作了矮边墙，弧形模板只需要紧靠矮边墙的边缘，就可以使仰拱与二次衬砌平滑圆顺地对接，拆模也容易得多。未施作矮边墙，但是施工中总是遇到台车上浮、混凝土外泄、边墙蜂窝麻面多、拆模困难等棘手问题。这是因为，模板台车是弧形的，在混凝土浇筑过程中，模板反弧段极易产生气泡不易排出，将导致混凝土表面蜂窝麻面多。实际检查发现的情况正是如此。且混凝土在反弧段对台车产生浮力，特别是矮边墙就会部分浮力更大。如果浇筑速度过快，台车受到浮力增大而上浮，底部的模板就会离开地面出现裂隙，导致混凝土外泄。混凝土外泄又使得模板边缘被凝固的混凝土困住，脱模不利索。而在有矮边墙的情况下，弧形模板在台车微小的上浮中仍然紧靠矮边墙边缘，不至于产生缝隙。并且可以减少气泡和浮力，对提高拱墙二衬质量和减轻施工负担是有利的。图2.双侧壁开挖设计图1.图2适用于Ⅴ级围岩的洞口段、浅埋段及深埋段开挖。2.洞身开挖后，应及时施作初期支护（包括仰拱初支）及侧隔壁墙，使洞身尽快形成闭合圈。3.侧隔壁墙工18型钢支撑纵向间距与主洞洞身初支的工字型钢支撑相同。相邻两榀间的侧隔墙工18型钢用环向间距1.0米的B25钢筋焊接以增加其整体性。4.侧隔壁墙工18型钢支撑应与主洞身的拱顶及仰拱处的工字型钢支撑焊接牢固。5.侧隔壁墙工18型钢支撑安装前应先初喷2厘米厚混凝土。6.管棚支护范围内立面图中取消超前小导管支护。2.1.2台阶法开挖图3.台阶法开挖设计图1.图3所示的开挖方式适用于:主洞洞身位于IV、III级围岩地段的开挖。2.洞身开挖后，应及时施作初期支护，使洞身尽快形成闭合圈。2.1.3全断面开挖图4.围岩段落和衬砌类型1.图4适用于Ⅲ、Ⅱ级围岩地段的开挖。2.二衬距离掌子面不大于200米。3.洞身开挖后，应及时施作初期支护，使洞身尽快形成闭合圈。4.全断面开挖法由于台车尺寸、司钻工人经验、围岩等种种原因现场的钻爆孔位往往和设计的有很大的区别。1）III级围岩施工现场常见的全断面钻爆示意图如图5所示。图5.III级围岩常见的全断面钻爆示意图为了更加详细地描述钻爆图，及其孔深，装药量，周边眼装药形式等参数，我对钻爆图中相同作用的炮眼及装药形式装药结构相同的炮眼，进行编号如图6所示。因为单单就掏槽眼来说离洞轴线越近炮眼越深，相应的装药量也越多。笼统地说掏槽眼的装药量是很难准确地描述钻爆图的。图6.全断面开挖法炮眼编号图各类炮眼位置及其作用：1）掏槽眼：位于断面中心或偏下适当位置，是整个断面最先起爆的眼孔，也是关系到整个断面爆破效果好坏的关键孔；本工程采用楔形掏槽法，所有掏槽眼均倾斜于工作面，共设个56孔眼。2）周边孔：位于断面四周的眼孔，布眼均匀，即要充分利用炸药能量，又要保证岩石按设计轮廓线崩落，其间距根据岩石性质而定，本设计孔距取58cm，周边眼距轮廓线取10cm，主要是为了施工的准确性和方便于操作，共49个。3）辅助孔也叫扩槽孔：设41个，位于周边孔与掏槽孔之间，起扩大掏槽效果一种炮眼孔，孔距100cm左右。4）底眼孔：设17个孔距为99cm，底眼布置较为困难，有积水时易产生瞎炮，因此底眼眼口应比隧道地板高出10-20cm，但是其眼底应低于地板10-20cm。这样能保证炮空不进水，又能保证隧道的动底的顺序进行布置。5）断面布孔应是：周边孔、掏槽孔、辅助孔、底眼孔的顺序进行布置。6)本隧道采用的光面爆破参数和炮孔参数如下光面爆破参数参数岩石种类饱和单轴抗压极限强度Rb（MPa）装药不耦合系数D周边眼间距E（mm）周边眼最小抵抗线V（mm）相对距E/V周边眼装药集中度（kg/m）硬岩601.25~1.50550~700700~8500.8~1.00.30~0.35中硬岩30~601.50~2.00450~600600~7500.8~1.00.20~0.30软岩≦302.00~2.50300~500400~6000.5~0.80.07~0.157)本项目火工品所使用的是乳化炸药，和导爆管雷管。乳化炸药为0.3kg每节。5、炮眼参数表如下全断面钻爆图炮眼参数编号炮眼名称炮眼深度（m）个数装药量装药结构起爆方法起爆顺序单孔（节）小计kg1周边眼3.847456.4分段毫秒差132辅助眼3.811516.5连续毫秒差113辅助眼3.88614.4连续毫秒差94掏槽眼510927连续毫秒差15掏槽眼4.7489.6连续毫秒差36掏槽眼4.6478.4连续毫秒差57掏槽眼4.5467.2连续毫秒差7编号炮眼名称炮眼深度（m）个数装药量装药结构起爆方法起爆顺序单孔（节）小计kg8辅助眼3.8659连续毫秒差99掏槽眼5101030连续毫秒差110掏槽眼4.74910.8连续毫秒差311掏槽眼4.6489.6连续毫秒差512掏槽眼4.5478.4连续毫秒差713辅助眼3.86710.8连续毫秒差914辅助眼3.86812.6连续毫秒差915辅助眼3.810927连续毫秒差1116辅助眼3.8376.3连续毫秒差917辅助眼3.85913.5连续毫秒差1118底眼3.8171156.1连续毫秒差15合计163333.6说明：为防止爆破后周边眼挂口，需对周边眼进行分段装药处理，具体的做法是往孔底连续装上三节炸药并插有一根雷管，后在距孔口70cm处再装一节炸药并附加一节雷管，双个导爆管雷管是隔孔设置的。6、爆破效果如图7所示。图7.爆破效果图7、台阶法开挖法为了比较在同样围岩情况下，不同开挖方式的利弊。现将在同样是三级围岩的地质条件下选用全断面开挖和台阶法开挖做比较。台阶法开挖法钻爆示意图如图8所示。图8.台阶法开挖法炮眼编号图台阶法钻爆图炮眼参数编号炮眼名称炮眼深度（m）个数装药量装药结构起爆方法起爆顺序单孔（节）小计kg1周边眼3.841449.2分段毫秒差132辅助眼3.811619.8连续毫秒差113辅助眼3.88716.8连续毫秒差94掏槽眼5101133连续毫秒差15掏槽眼4.76916.2连续毫秒差36掏槽眼4.6489.6连续毫秒差57辅助眼4.56610.8连续毫秒差78掏槽眼561119.8连续毫秒差99掏槽眼4.74910.8连续毫秒差910掏槽眼4.66814.4连续毫秒差911辅助眼4.56610.8连续毫秒差912底眼4.5191057连续毫秒差1513辅助眼3.86916.2连续毫秒差914周边眼5659分段毫秒差315辅助眼56610.8连续毫秒差116辅助眼513727.3连续毫秒差117底眼518948.6连续毫秒差5合计176380.1全断面开挖法和台阶法的各种炮眼作用基本上一样，这里不再赘述。由于开挖进尺很大程度上与岩石的可爆性有关，根据对本隧道比较长时间的观察发现，每循环开挖进尺长度除个别炮孔因为“沟槽效应”而存有20cm左右的炮孔，其他的基本上等于炮孔的纵向长度。台阶法开挖是分上台阶开挖、下台阶开挖两个工序来的，上台阶每循环进尺3.8米，开挖土石方338m3，下台阶每循环进尺5米，开挖土石方170.65m3。3、隧道单位土石方开挖与火工品3.1开挖方式与火工品用量为了保证所统计的数据具有代表性现引入样本容量的概念。用统计学的知识指导工作。样本容量又称“样本数”。指一个样本的必要抽样单位数目。在组织抽样调查时，抽样误差的大小直接影响样本指标代表性的大小，而必要的样本单位数目是保证抽样误差不超过某一给定范围的重要因素之一。因此，在抽样设计时，必须决定样本单位数目，因为适当的样本单位数目是保证样本指标具有充分代表性的基本前提。通过对ZK16+353~ZK16+116这段洞身开挖的跟踪和分析得出了如下的结论。三车道隧道开挖方式与火工品用量围岩等级开挖方式岩石坚硬程度乳化炸药用量（kg）雷管使用量爆破石方（m3）乳化炸药用量（kg/m3）雷管用量（个/m3）V双侧壁软岩212427702298.380.921.21IV台阶法上台阶中硬岩414634104719.630.880.72下台阶中硬岩6603402086.080.320.16汇总中硬岩480637506805.710.710.55III台阶法上台阶硬岩426625505070.000.840.50下台阶硬岩16569002559.750.650.35汇总硬岩592234507629.750.780.45II全断面硬岩141608532.90920316.450.700.423.2分析比较影响单位炸药消耗量的主要因素有岩石的可爆性、炸药特性、自由面条件、起爆方式和岩石快度。对于同样围岩条件下，大断面一次性开挖要比分部开挖的火工品省不少，而且有利于施工进度，避免多道工序带来成本的增加，有利于围岩尽快闭合。因此在地质条件允许，充分保证安全的情况下，尽量选用大断面一次性爆破。4、结束语作为一个技术人员，在施工条件允许多种施工方法的情况下要充分比较各种方法的经济效益，不仅要对施工的技术参数敏感也要对经济参数敏感，这样才能保证在工程质量可靠的基础上，实现最大的经济效益。参考文献[1]公路隧道施工技术规范作者介绍：林鸿泰，男，1991年12月生，大学本科，助理工程师