水压光面爆破在隧道施工的应用技术

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水压光面爆破在隧道施工应用中的改进

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中铁二十局集团三公司襄渝Ⅱ线四标段清水溪隧道水压爆破QC小组 发表人：冀胜利 王平安

二○○七年二月

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目一、工程简介 二、小组概况

录

三、选题理由四、课题目标、可行性分析和质量保证体系 五、活动情况 六、活动效果 七、成果巩固及标准化

八、遗留问题和今后打算 三公司襄渝Ⅱ线四标段清水溪隧道水压爆破QC小组发表人: 冀胜利 王平安 二○○七年二月

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一、工程简介襄渝铁路Ⅱ线四标段清水溪隧道位于四川 省万源市，全长731m,要求按照新奥法理念 施工。围岩以Ⅲ、Ⅳ级为主，较风化紫红色泥 岩、泥岩夹砂岩，泥质胶结，整体性一般，断 面层理较发育。隧道整体埋深较浅，最浅埋深 仅16m,对施工爆破产生的最大震速及主振频 率要求较高，为减少对岩体的扰动，施工需采 用光面控制爆破技术为主要开挖方法，以抑制 围岩过度松弛变形。

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二、小组概况我们公司襄渝铁路Ⅱ线清水溪隧道水压爆 破QC小组，成立于2006年8月15日，成员共 9人，平均年龄34岁，接受TQC教育时间均 在60小时以上，QC小组成员概况见表1。

中铁二十局集团三公司 水压光面爆破在隧道施工应用中的改进 小组名称 三公司襄渝Ⅱ线四标段清水溪隧道水压爆破QC 小组成立时间 2006年8月15日 小组类型 现场技术攻关型

注册时间课题名称

2006年8月25日

QC小组成员概况表 活动时间 2006年9月~2006年12月

水压光面爆破在隧道施工应用中的改进 中铁二十局集团三公司襄渝Ⅱ线四标段清水溪隧道水压爆破QC小组 序号 姓 名 性别 年龄 文化程度 职称 小组职务 接受TQC教育(小时) 组内分工

小组名称

成立时间

2006年8月15日

小组类型80 活动时间

现场技术攻关型

1 注册时间 何广沂 男 2 课题名称 冀胜利 男

68 38

本科 教授级高工 2006 年8月25日 高级顾问 本科

技术指导 2006.9~2006.12 接受TQC技术攻关 教育 组内分工

高工 组长 90 组织协调 水压光面爆破在隧道施工应用中的改进

序号 3 姓 名 男性别 王平安 28 1 2 3 4 5 6 7 8 94 何广沂 孟丽坡 男 男 31 5 孙世科 6 孙国栋 7 戴奇林 8 刘栋栋

年龄 大专 文化程度 工程师 68 本科 38 本科 28 31 25 27 23 41大专 大专 大专

职称 副组长 教授级高工 组员

高级工程师 组员 工程师 工程师 工程师 工程师组员 工程师组员 组员 组员

小组职务 100 高级顾问 80 组长 80 副组长 组员 组员 组员100 组员60 60 95

本科 工程师 本科 工程师 大专 本科 本科 大专 中专 高中工程师 工程师 技师

50 80 100 60 95 95 100 100

质量 技术指导 技术

冀胜利 男 男 25 王平安 男 孟丽坡 孙世科 孙国栋 刘栋栋 郑瑞昌男 男 男

钻爆设计 组织攻关 检查炮眼 检查装药 指导联线 测 工

男 男 男 男 男

27 28 23

安全、质量 技术 测量

9 戴奇林 郑瑞昌 男 男 41

高中 28

技工 大专

85 炮工班长 测量班长 炮工班长

工人 工人

组员 组员

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水压光面爆破在隧道施工应用中的改进本隧道设计采用新奥法设计，施工要点是能 够充分发挥围岩的自承能力，施工爆破尽可 能减少对围岩的扰动，以保全其整体性，采 用光面爆破、预裂爆破等，做到爆破后围岩 面圆顺平整，无粉碎岩石及明显裂隙。

三 、 选 题 理 由

业主及设计 文件的相关 要求

降低工程成 本

通过在城市结构拆除、高边坡路堑石方开挖 等工程推广水压爆破技术，表明该技术较常 规爆破能有效的降低工程成本，创造良好的 隧道内环境和经济效益。

无借鉴 施工经验

在国内外以往隧道施工中从未采用过水压光 面爆破，无可借鉴的施工经验，进行水压光 面爆破攻关，可为今后隧道施工积累宝贵经 验。

鉴于上述理由，我们决定组织开展水压光面爆破QC小组活动，

进行技术攻关，使水压光面爆破技术具体应用到工程实践中，以降低工程成本。

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四、课题目标、可行性分析和质量保证体系总目标 ( 一 ) 课 题 目 标将水压光面爆破技术成功应用于隧道工程

分 解 目

1 、技术标准：炮眼利用率大于 90% ;炮痕保存率 大于85%;爆破后围岩面圆顺平整，无欠挖，拱部 最大超挖值不超过 25cm ,边墙平均线性超挖值不

超过10cm,且围岩面上无粉碎岩石或明显裂隙。

标

2 、降低工程成本：鉴于常规爆破进尺 2.65m (钻眼深 3.0m ),通过应用水压爆破技术，使隧道单 循环进尺不仅要达到 2.8m 以上，而且降低炸药消 耗15﹪以上。 3、激发技术创新理念：通过开展QC活动，激发参 建人员技术创新理念，为企业发展注入活力。

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(二)目标可行性分析经小组对已开挖段的调查，施工采用光面爆破，平均单循环进尺为 (一)课题目标 2.65m,单位岩石炸药消耗量高达1.35Kg/m3,爆破后炮痕保存率达到81%,

开挖断面均无欠挖，但拱顶最大

超挖值33cm,边墙平均线性超挖17cm,合格率79.7%。该结果虽然达到《铁路隧道工程施工质量验收标准》 TB10417-2003要求，但是超挖现象还比较严重，加大了工程成本。为进

一步减少开挖超挖量，取消“导爆索+竹片+捆绑小药卷”的常规光面爆破工艺，减少单位岩石炸药消耗量，增进开挖循环进尺，降低爆破后有害气 体和烟尘的浓度，更有效地降低工程成本，拟在该隧道施工中，借鉴水压

爆破原理，实施隧道水压光面爆破新技术，目标可行性分析见图1。

中铁二十局集团三公司有 利 因 素目前已逐渐开始推广到类似工程。 保了施工工艺，为规范操作提供了设备保障。

水压光面爆破在隧道施工应用中的改进不 利 因 素

图1 目标可行性分析

1、成功实例：工程水压爆破技术经过10多年的不断研究与发展，从初期仅 限于城市结构拆除、高边坡路堑石方、露天深孔(浅孔)爆破等工程，到 2、设备保障：随着“水袋封口机”、“炮泥机”的成功研制，从根本上确 3、领导重视：该目标的实现，能有效降低工程成本，提高施工质量，加快 施工进度，因此得到了领导的重视，从人、财、物方面给予了大力支持。 4、技术力量强：在进行技术攻关时，邀请铁道部水压爆破专家现场指导， 小组成员精选骨干力量，知识结构合理，责任心较强。 5、施工队伍精干：施工人员长期从事隧道施工，经验比较丰富。

1、经验贫乏：水 压爆破属于新技 术，尚处于推广 应用阶段，无可 借鉴的施工经验。 2、疑惑思想：个 别工人对于该项 技术理解不深刻， 存有疑惑思想。

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(三)质量保证体系

为了完成以上目标，实现规范化施工，项目部成立 了TQC攻关小组，指定了现场施工负责人，分解任务， 明确职责，层层落实到一线工人，并且在思想教育、技 术培训、施工管理、经济奖罚等方面制定了具体的管理

制度和措施，形成了一个较完整的质量保证体系，详见图2。

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水压光面爆破在隧道施工应用中的改进水压光面爆破质量保证体系

组织保证

思想保证

技术保证

质量保证

施工保证

领 导 小 组

攻 关 小 组

教 育

形 势 教 育

水 压 爆 破 专 家 指 导 岗 位 责 任 心 教 育

设 计 水 压 爆 破 方 案

现 场 工 前 技 术 交 底 制

制 定 质 量 目 标

检 查 爆 破 效 果

王平安

TQC

制 定 奖 惩 办 法

履 行 验 工 计 价

QC 组 内 分 工 负 责

工 程 负 责 人

一QC 质 量 负 责 人 成 果 汇 编

质 量 第 一 信 誉 第

TQC 新 奥 法 施 工 理 念

技 术 骨 干

施 工 人 员

工 序 控 制

奖 优 罚 劣

技术负责人 冀胜利 何广沂

文 明 施 工

跟 班 检 查 制 度工序负责人

爆 破 质 量 评 定

经 济 兑 现

质量负责人 戴奇林

岗位责任制

奖罚负责人 孙国栋 孙世科

刘栋栋

郑瑞昌

全员参加

提高操作技能

确保工程质量

提高效益

实现目标

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五、活动情况1、计划(P)阶段(1)现状调查 2006年9月25日~10月5日期间，我们通过清水溪隧道ZDK494+510~ +470段长40m,施工采用水压光面爆破，平均单循环进尺为2.75m,炮痕保 存率达到81%,采用激光断面仪检查开挖断面15处共计165个点，开挖断面 均无欠挖，但拱部最大超挖值22cm;边墙平均线性超挖12cm,合格率83.5

%,虽然符合《铁路隧道工程施工质量验收标准》TB10417-2003要求，但是超挖现象仍旧比较严重，单位岩石消耗炸药量达1.3Kg/m3。通过对实施的 水压光面爆破工艺相关数据的收集、分析，主要分析项目及结果详见表3,根 据检查统计结果绘制质量因素排列图见图3。

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水压光面爆破影响因素统计表序号 检查项目 检查点 缺陷点

表3频率(%) 累计频率(%)

1 2

钻孔精度 注水长度

30 30

8 4

42.1 21.1

42.1 63.2

34 5 6

炮泥回填长度周边眼间距 掏槽眼间距 实际装药量 合 计

3030 30 30 180

32 2 0 19

15.810.5 10.5

79.089.5 100 100

缺陷率=[19/180]X100%=10.6%

中铁二十局集团三公司频数 N=19 19 89.5% 16 63.2% 12 8 8 4 4 3 42.1% 79.0%

水压光面爆破在隧道施工应用中的改进累计频率(%)

100 89.5 84.2

73.763.2 52.6 42.1 31.5

2

2

21.1 10.5

0

钻孔精度

注水长度

炮泥回填长度

周边眼间距

掏槽眼间距

图3

质量因素排列图

从排列图可以看出，钻孔精度是影响水压光面爆破的主要问题，注水长度 的多少是影响碴块大小和进尺的次要问题，必须着重解决。

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(2)原因分析我们QC小组于2006年10月7日召开了质量分析会，采用了因果分析图，从 工、机、料、法、环五个方面入手找出各种原因13条，见图4。培训不到位

人 员

机 具4、简易台架不平稳 5、凿岩风枪数量不够 6、风枪与钻杆连接不紧密

环 境

1、操作不熟练，个别存在错误

技术交底不细致

2、缺乏施工经验

7、照明差，空气污蚀 8、施工噪音大

3、风枪手对水压爆破原理理解不深刻

10、没有测量放样 9、钻杆长度不够、质量差 11、钻爆设计不合理 12、检查力度不够 13、司钻手频繁更换

钻 孔 精 度 及 注 水 长 度

材 料

方 法

制图：孙国栋

图4 水压爆破钻孔

精度及注水长度因果图

06年10月8日

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(3)确认要因我们采用打分法进一步确认最主要的原因，详见表4,表中△表示主要原因。 判定数K=1/2×(原因数-1)×参加评分人数=1/2×12×9=54,表中合计得分 大于 54的原因有：操作不熟练、没有测量放样、钻爆设计不合理、司钻手人员 我们 QC小组于 2006年10月7日召开了 频繁更换。 质量分析会，采用了因果分析图，从 小组打分汇总表 工、机、料、法、环五个方面入手找 W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 W8 W9 序号 打分 得分 确认 出各种原因 135 条，见图 1 Y1 7 4。 62 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Y10 Y11 Y12 Y13 3 5 4 7 5 6 4 5 8 7 6 9 6 4 5 6 7 6 7 10 7 10 8 6 4 3 4 4 5 4 7 6 9 7 4 8 5 2 3 4 6 6 3 3 3 6 8 3 7 5 3 4 5 2 6 2 3 5 10 7 2 5 8 3 5 4 3 4 7 5 8 9 8 4 9 7 3 3 6 4 5 6 9 4 9 7 5 8 5 4 5 6 5 4 4 7 6 8 6 4 5 6 5 3 4 4 6 7 6 4 7 7 4 7 54 33 35 42 41 48 45 51 51 73 67 40 64 △ △ △ △

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(4)制订对策针对以上分析出的主要原因(带△符号者),经大家认真讨论分析，应立 即采取措施，否则将对以后水压光面爆破施工工艺带来更大缺陷。为此制定措 施见表5。序 要因 号 操作不 熟练 没有测 2 量放样 3 目标 工人熟悉掌握 技术交底内容 确保操作无误 措施 点 ①对施工人员进行工前技术交底、培 训； ②技术人员跟班作业，指导施工。 会 议 室 现 刘栋栋 场 06.10.30 王平安 孙国栋 06.10.706.12.15 06.10.7地 负责人 完成时间

1

及时测量放样， ①测量班人员分工，明确责任； 服务施工生产 ②加强测量人员责任心教育。

钻爆设 计不合 理司钻手 频繁更 换

优化钻爆设计 ，指导施工。避免因人员的 频繁更换，相 对固定司钻手

①优化设计，调整各部位钻爆参数； ②根据围岩变化情况，及时调整钻爆 参数，正确指导施工。按炮眼名称的不同及所处部位不同， 相对固定有丰富经验的司钻手。

会 议 室现

冀胜利 王平安

06.10.706.12.15 06.10.7-

4

郑瑞昌

场

06.12.15

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2、实施(D)阶段在对策措施制订好后，我们分工负责，狠抓落实 ①现场操作演示，讲解技术交底内容： 由于施工初期，经验相对缺乏，对于个别炮眼发生孔位错误、装药时水袋安 装错误等现象， 2006年10月13日上午9点，在清水溪隧道洞口，由公司总工冀 胜利主持，队总工王平安用2个小时时间对职工进行技术交底，现场讲解水袋机、 炮泥机的操作过程，利用道具对各类炮眼的注水位置长度、炮泥回填长度、炮眼 间隔装药结构进行

演示，并提出了质量目标、进尺目标。后利用一个星期的时间，

每晚2小时时间，以施工小组为单位开展教育，组织讨论，进行技术培训，交流学习体会，促进工艺操作规范化。 在钻爆工序实施工程中，跟班作业，做到自检、互检、交接检。发现问题及 时指出，予以改正，加强现场检查、指导力度。

中铁二十局集团三公司②明确任务及责任 10月15日下午，刘栋栋组织测量班

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召开专题会议，要求测量人员将隧道钻爆设计炮眼布置参数输入全站仪，钻眼前在 掌子面准确绘出开挖轮廓线及隧道中线， 各个眼孔用红油漆做标记，正确标出炮眼

位置，其误差不超过5cm。测量放样完成后，刘栋栋对各个眼孔逐一检查核对，确 保放样精度。

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水压光面爆破在隧道施工应用中的改进③优化钻爆设计 公司总工冀胜利与总公司科研院联系，邀 请总公司爆破专家何广沂莅临指导，王平安收 集施工数据，通过爆破效果的对比研究，优化 确定炮眼中上部注水长度与炮泥回填长度的最

佳比例，确定各类炮眼底部注水长度，适当缩小周边眼的间距，然后进行药量重新分配， QC小组成员集体讨论、论证，确定最终钻爆 设计。 根据隧道掌子面围岩变化情况，当岩面破 碎松散，节理发育多处存有软弱夹层的情况下， 及时提请变更设计建议，及时调整钻爆参数， 重新进行水压内业设计，做到岩变我变、正确 指导、动态施工。

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