城市地铁隧道光面爆破周边眼钻孔精度控制施工工法
1.前言
地铁1号线土建一标段永兴区间，沿兴华路向东北方向拐入重庆中路西侧，沿重庆中路向北进入兴国路站，左线全长m，右线全长.5m，区间共分为9个断面支护形式，其中Ⅲa为单洞单线断面采用全断面法开挖，Ⅲb～Ⅵf断面为单洞双线断面采用CRD法开挖。标准断面衬砌形式如图1-1、图1-2。
图1-1矿山法区间标准单线断面
图1-2矿山法区间标准双线断面
2.工法特点
永兴区间暗挖隧道所处围岩为微风化花岗岩，岩体完整性较好，初期支护未设置格栅钢架，宜采用光面爆破，但如果周边眼精度控制不到位会造成光爆效果不佳及超欠挖，通过预制塑料模具进行快速周边眼放样，严格控制周边眼间距、深度、角度及外插角，综合改善光面爆破效果。
3.适用范围
此工法适用于城市地铁区间Ⅱ、Ⅲ级围岩(围岩整体性较好的部分Ⅳ级围岩也适用)开挖施工，以及其他类似的条件下矿山法隧道施工也可作为参考。
4.工法原理
通过采用预制塑料模具进行快速放样，解决周边眼间距不均匀问题和全站仪逐个放设周边眼位置耗时长的问题，掌子面后方初支面分别在拱顶、拱腰处标记三条隧道走向线，炮工钻孔时依据走向线确定钻孔方向，风钻钻入岩体后，利用坡度尺进行外插角检查，确认无误后继续钻进，每次进行下一循环钻孔时，提前根据现场掌子面平整情况，标记钻杆，钻至标记深度后及时停钻，并复核炮眼深度，从而保证光面爆破周边眼钻孔精度。
5.施工工艺
5.1工艺流程
5.1.1工艺流程图：放线定位→模具安装→钻杆标记→炮孔标记→钻孔施工→角度控制→孔距、孔深、角度复核。
5.1.2快速精准放样
使用快速放样模具后，测量时间由1.0小时缩短到20分钟左右。模具采用轻质塑料材质分三段制作（每段长度约为2米）。模具宽度设置为50mm，厚度为20mm。施工放样时只需对模具两端头进行放样，共计放样7个点大大减少工作量。
图5-1塑料模具大样图
图5-2全站仪现场放样模具控制点图5-3使用模具快速定位
5.1.3确定钻孔方向
使用全站仪在掌子面后方初支面分别在拱顶、拱腰处标记三条隧道走向线。钻工施工时依据。三条参考线施工拱顶第一个炮眼；待第一孔施工完成后在孔内插入PVC管作为后续钻孔参照线。
图5-4标记隧道走向线图5-5炮孔内插入PVC管作为参照线
5.1.4控制外插角度
光面爆破施工中外插角直接影响到光面爆破效果。为了控制外插角，由技术员根据现场钻杆长度计算出钻杆端头与喷射混凝土面距离进行控制，钻进过程中利用坡度尺复核炮孔角度。
图5-6钻杆角度控制示意图（单位mm）
图5-7利用坡度尺进行复核
5.1.5控制钻孔深度
针对掌子面不平整情况，根据掌子面情况现场使用钻杆进行标记及时调整钻孔深度。
图5-8根据掌子面情况调整钻孔深度
5.1.6控制要点
(1)放线定位要求准确无误。
(2)定位模具应固定牢固，防止喷漆定位时模具错位。
(3)钻杆深度标记要结合掌子面凹凸情况适时调整。
(4)钻进过程中，每钻进50cm复核钻进角度，确定无误后再进行钻进。
(5)钻孔结束后复核孔位、孔深及角度，并填写记录表供后期参数调整分析。
5.2设备、辅具、材料和人员配置
总工1人、副经理1人、安全总监1人、工程部长1人、技术主管2人，技术员2人，测量2人，安全员2人，领工员2人，安装固定2人，全站仪1台，定制模具1套。
5.3检验方法及标准
使用卷尺、坡度尺对钻孔精度进行检查，钻孔精度允许偏差如下：钻孔间距允许偏差：±20mm。
钻孔方向允许偏差：±1°。
爆破错台允许偏差：＜10cm。
5.4注意事项
(1)定制模具应采用轻质硬塑料制作，开孔精度控制在±2mm，并便于拆卸、安装。为保证喷漆位置准确，模具采用膨胀螺栓固定。
(2)钻孔方向控制时要实时观察参考线确保方向沿隧道走向钻设。
(3)控制钻孔外插角量取钻杆与网喷面距离时使用靠尺进行精准定位。
(4)深度控制在一定程度上取决于施工人员的施工经验，需具有一定经验的炮工进行周边眼钻孔施工。
6.质量控制
6.1结合施工图及技术规范，做好施工前技术准备工作，使所有参加施工的人员掌握各自工序的施工要点、施工标准及施工方法。
6.2钻孔标准：达到准、平、直、齐。
准：钻孔采用风动钻机钻孔按设计布眼钻孔，当受节理、裂隙影响时稍稍移动孔位，但顶眼只能左右移动，帮眼只能上下移动，周边眼轮廓的放线误差控制在±1cm，眼口开眼误差：Ⅳ级围岩可从轮廓线偏内3cm，周边眼外插角的角度以0.03的斜度外插，方向与轮廓线法线方向一致。
直：直线段上，炮眼先钻上方标准孔，插上炮杆，使边墙孔在同一条垂线上。
平：周边炮眼要相互平行。
齐：各炮眼底落在垂直隧道轴线的同一平面上，掏槽眼加深10～20cm，钻孔深度根据掌子面的起伏“凸”加，“凹”减。
6.3钻爆效果检验：每次掘进爆破通风排烟后，值班技术和质检员即进入对钻爆效果进行检查记录。检查记录光爆效果，炮孔利用率，平均掘进长度，渣体破碎程度，抛掷距离，围岩的损坏程度等，作为不断优化钻爆设计的依据。
6.4控制超欠挖措施：根据不同地段情况，选择合理的钻爆参数：采用一炮一分析制度，每次钻爆循环后，根据爆破震动速度，炮痕保存率、装药量、残眼深度及数量、抛渣距离、堆渣高度、岩渣块度等多方面的测量和数据对比分析，选择合理的钻爆参数，不断优化钻爆设计。
7.安全措施
7.1安全管理方针：“安全第一，预防为主”。
7.2在打眼装药过程中，风筒距工作面距离：压入式不宜大于15m，吸入式不宜大于5m。放炮后通风量要满足在15分钟内吹散炮烟，并有帷幕洒水降尘。。
7.3爆破防护：隧道内爆破施工时，在靠近横通道的洞口位置挂设门帘以阻挡冲击波。
7.4将可移动设备撤出飞石影响区域。
7.5为了确保施工所产生的振动不影响周围环境，施工期间尤其是钻爆初期，每炮进行爆破震动监测，及时调整钻爆参数减轻振动、确保结构的安全稳定。
7.6严格按设计进行布孔，钻孔并对成孔进行验收，装药前检查孔位、深度、倾角是否符合设计要求，孔内有无堵塞，孔壁是否有掉块以及孔内有无积水，积水深度如何，放线孔位和深度不符合设计要求时及时进行处理，进行补孔和透孔。
7.7对炮孔周围要认真、仔细检查，如发现不良地质或软弱夹层，抵抗线发生变化时，根据现场情况调整药量、防止冲孔。
8.文明施工及环保措施
8.1爆破作业单位应于施工前3天发布公告，并在作业地点张贴，施工公告内容应包括：爆破作业项目名称、委托单位、设计施工单位、安全评估单位、安全监理单位、爆破作业时限等。
8.2噪音与振动控制：现场噪音排放不得超过国家标准《建筑施工场界噪声限值》（GB-）的规定；使用低噪音、低振动的机具，采取隔音与隔振措施，避免或减少施工噪音和振动；运输材料的车辆进人施工现场，严禁鸣笛，装卸材料应做到轻拿轻放。
8.3建立文明施工管理组织，制定文明施工管理制度，对施工人员进行文明施工教育，建立健全岗位责任制，签订文明施工责任书，把文明施工责任落到实处，提高全体施工人员文明施工自觉性，增强文明施工意识，树立企业文明施工形象。
8.4施工所用机械设备、材料存放严格限定在施工用地限界以内，且不影响交通。封闭道路施工作业在规定时间内完成，施工完毕对作业项目及道路进行检查，符合要求后通知交通或管理部门开通放行。施工期间自觉维护与施工相干扰路段的交通秩序。
8.5施工遵循“以人为本”的原则，以最大限度地减少施工活动给群众造成的不利影响，同时注意保护城市资源和文化遗产。借鉴环境管理体系ISO系列标准的先进思想和科学方法，编制与现行地铁施工运行程序相吻合，满足环境主管部门要求，便于施工单位实施和环境保护规则，采取一切措施，对噪声、振动、废水、废气和固体废弃物进行全面控制。
9.效益分析
9.1成本分析
以永兴区间光面爆破施工工艺为例，成本分析具体如下：
表9-1成本分析表
序号
项目
型号
单位
单价(元)
数量
价格(元)
1
塑料模具
50mm*20mm
m
25
6.7
2
PVC管
φ40mm
m
10
15
图9-1周边眼精度控制前开挖轮廓断面
图9-2周边眼精度控制后开挖轮廓断面
9.2应用效果
运用本工法整个施工过程的本次活动主要节约了区间隧道超挖回填支护费用、欠挖补爆人、料、机费用，同时提高2倍的放样速度，加上光爆效果的保证，减少超欠挖的处理时间和费用，有利于施工组织，开挖循环次数也增加1.25倍，节约了管理成本，左、右线区间开挖总共节约费用约46.9万元。
9.3社会效益
运用本工法进行地铁区间开挖施工，保证了光爆效果和施工质量，也保证了工程自身施工安全，获得建设、设计、监理及质量监督部门的一致好评，地铁隧道光面爆破周边眼钻孔精度控制施工工艺已被评为青岛市地铁标准化工艺，社会效益显著，在国内类似施工项目中推广前景广阔。
10.应用实例
本工法成功应用于地铁1号线土建一标段，在运用过程中主要解决了以下问题：开挖周边眼精度控制不到位造成光爆效果和初支喷砼质量不佳，超欠挖的处理返工大幅度降低施工效率，同时解决了炮工责任心不强引起外插角控制的难题，以及钻孔深度未按掌子面平整情况实时调整的问题。比采用传统光面爆破工艺质量好、效率高，经济和社会效率显著，得到建设单位、监理单位及同行兄弟单位的一致好评。
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