隧洞工程钻爆法施工超欠挖原因及对策

摘要:引洮供水一期工程3#隧洞磨沟峡进口(主洞)段(桩号9+800.0～15+300.0)和杨家大庄斜井工程采用钻爆法施工,隧洞围岩出现了一定程度的超欠挖。结合工程地质情况,对产生超欠挖的原因进行了分析,并制定了相应的对策措施,这有利于施工质量、投资、进度的控制。

关键词:隧洞工程;钻爆法;超欠挖;原因分析;对策;引洮供水工程

1工程概况

引洮供水一期工程位于甘肃省中部,水源为位于甘肃省卓尼县境内的洮河九甸峡水利枢纽。总干渠自九甸峡枢纽水库右岸取水,设计引水流量32m³/s,加大流量36m³/s,设计年调水量5.50亿m³,总控制灌溉面积1.27万hm²,总干渠工程规模为大(2)型,主要建筑物为Ⅱ等工程,输水线路途经甘肃省卓尼县、渭源县、临洮县、安定区、陇西县、榆中县,会宁县7个县(区),从洮河流域调水至甘肃省中部干旱地区定西市一带,解决该地区城镇及工业用水、农村人畜饮水、生态环境用水和农业灌溉用水问题,为区域经济社会的发展及小康社会建设提供水资源保障。引洮供水一期工程3#隧洞磨沟峡进口段(主洞)横断面型式为马蹄型,断面尺寸4.68m×4.68m(b×h),设计纵坡为1/1500。该隧洞处于西秦岭北大缘断裂带上盘,褶皱挠曲发育,多为紧密线状,形态不规则,局部倒转,褶皱轴呈弧形弯曲,岩体较破碎,层间错动剧烈。高程达2 900余m,最大相对高差700余m,最大埋深约750m。

2隧洞超欠挖的危害

2.1超欠挖量过大将会使隧洞工程施工成本大量增加,从而影响工程质量和进度超欠挖使火工材料用量及费用增大,出渣运输量和费用增加,出渣工序时间延长,生产管理成本大幅上升。底部周边孔一次爆不到底,特别是遇到地下涌水时给装载机装渣运输带来了很大麻烦,严重影响了施工进度,同时给底部欠挖爆破处理工作带来了难度,平均进尺两个循环补爆一次,无形中增加了施工循环时间,延长了工期。根据合同技术条款第五章5.3款之规定,施工图纸中标明的设计开挖线是付款的依据。超出设计开挖线以外的超挖,及其在超挖空间内回填混凝土或其它回填物、喷混凝土等所发生的费用,均应包括在《工程量清单》该项目的单价中,发包人不再另行支付。所有地下开挖应严格按照施工图纸所标明的设计开挖线进行放线,不允许任何型式的欠挖。除监理人另有规定外,伸入设计开挖线以内的欠挖,均应由承包人负责清除,其费用由承包人承担。3#隧洞磨沟峡进口(主洞)段(9+800.0～15+300.0)和杨家大庄斜井工程平均线性超挖值在20～25cm之间,均大于《水工建设物地下开挖工程施工技术规范》(DL/T5099-1999)所规定的允许范围。据估算,该项目由于超挖而消耗的火工材料和混凝土回填的直接费用就高达400多万元。这样施工单位运行成本大量增加,资金周转困难。因此造成年度实际施工进度比计划进度滞后90d的不良后果。

2.2超挖量过大,将会增大洞壁水力糙率,减小隧洞的输水能力,降低工程经济效益引洮供水一期工程总干渠引水隧洞支护形式为全断面喷混凝土支护或部分喷混凝土支护。这些隧洞主要分布在地质条件较好的硬岩石地段,喷混凝土支护除了满足隧洞开挖后加固围岩,维持围岩稳定要求外,还有一个重要因素,就是减小隧洞洞壁凸凹度,降低隧洞的起伏差,使隧洞水力糙率达到设计要求。若隧洞超挖值过大,将会增大过水断面的综合糙率,减小隧洞的过水能力和年输水量,降低工程的经济效益。

3隧洞超欠挖的原因

造成隧洞超欠挖的因素很多,主要有复杂的地质条件,测量布孔和钻孔误差,选择的爆破参数不合理,施工管理不到位等。①复杂的地质构造和不良的围岩变化是造成隧洞超欠挖的客观因素,一般不易控制。但也可以采取短进尺,弱暴破,强支护的措施进行补救。②测量措施没有准确到位,测量布孔精度差。风钻开钻一次性确定位置与测量布孔位置发生偏差。③风钻在钻孔过程中确定的孔轴线与洞轴线不平行,特别是斜支洞钻孔轴线与洞轴线平行的角度不容易掌握,底边孔一次爆不到位,遇到地下涌水掌子面有水时工作环境差,底部成孔的深度难以保证,装药量不到位。④确定光面爆破的各个设计参数时,没有随掌子面岩石情况和围岩的变化对各孔的装药量进行及时调整。⑤钻孔堵塞材料选择不当或堵塞不到位。导爆索出孔口处预留长度不够,部分炮孔出线传爆方向接反。⑥对于爆破后的松散、破碎围岩,没有及时进行加固处理。⑦操作人员的作业水平和施工管理水平较差,对操作人员的及时纠错纠偏不到位,对操作人员没有进行严格的技术交底和操作技术培训,特别是对新来人员没有进行技术培训。操作人员稳定性差,出现超欠挖后,没有及时对操作人员采取严格的奖罚措施进行制度约束。

4控制隧洞超欠挖采取的对策措施

4.1根据不同的围岩地质条件选择合理的爆破参数光面爆破中最主要的参数是周边眼的间距E、最小低抗线W、相对距离E/W和装药集中度q,这些参数可以参照《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》(DL/T5099-1999)、《水利水电工程爆破施工技术规范》(DL/T5135-2001)、《爆破安全规程》(GB6722-2003)等规程规范,并参考相关文献资料来选定。但是根据不同的地质条件进行爆破参数的实验和调整是必要的。

4.2提高测量放线布孔的精度①采用先进的测量仪器和设备测量画线。对钻孔孔位应依据测量定出的中线,腰线及开挖轮廓线确定:周边孔应在断面轮廓线上开孔,沿轮廓线调整的范围和掏槽孔的孔位偏差不应大于5cm。周边眼钻孔时,要保证钻杆平行于隧洞轴线,钻杆外插角不大于30°,确保开挖台阶不大于15cm。掏槽眼严格控制眼间距、深度和角度,严禁炮眼打穿或相交,掏槽眼要比其它眼深10～20cm。②加强对隧洞开挖的施工管理。定期不定期地开展对施工单位内部管理人员和施工队操作人员的质量安全技术工艺技能的教育和培训,使之制度化。特别是加强对新来人员的岗前培训,保持施工队伍稳定,千方百计确保质量安全,加快施工进度,降低生产成本;明确作业现场责任人,完善操作人员奖罚管理制度并及时兑现。

5结语

针对3#隧洞磨沟峡进口(主洞)段(桩号9+800.0～15+300.0)和杨家大庄斜井工程采用钻爆法施工中出现一定程度的超欠挖问题,及时分析原因,制定可行的对策措施,收到了较好的效果。