兰武铁路二线工程火烧沟隧道施工技术总结.docx

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兰武铁路二线工程火烧沟隧道施工技术总结

兰武铁路二线工程

火烧沟隧道施工技术总结

内容提要：

兰武铁路二线工程火烧沟隧道工程是我集团公司承揽的第一条超大断面特长隧道，工程地质复杂、工期紧张、施工条件恶劣，本文对火烧沟隧道的各项施工技术进行全面归纳、整理和总结，给类似工程施工提供了很好的参考依据。

关键词：

特长隧道不良地质施工技术总结

1.工程概况及工程特点

1.1地理位置及工程规模

火烧沟隧道位于古浪县黑松驿乡文家西庄附近，属于火烧叉河河谷附近，河谷阶地发育，地形平坦开阔。

火烧叉河为龙沟河的主要支流，常年流水，河床纵坡较大，两岸阶地发育，火烧叉河河谷村落密布，农业生产发达。

火烧沟隧道洞身起伏较大，最大埋深560m，最小埋深40m，隧道长度3586m。

为双线隧道，洞身位于回头曲线上，纵坡为10.9‰、11.1‰及11.7‰的下坡。

进口里程为DK191+955、出口里程为DK195+541，按集团公司要求施工任务划分，五公司隧道出口端施工长度为1688m，至DK193+853，实际施工里程至DK193+789，隧道施工长度为1752m。

1.2工程地质、水文地质特征

1.2.1工程地质

区内出露地层主要为第四系全新统坡积砂质黄土、上更新统冲、洪积砂质黄土、卵石土及白垩系砂岩夹泥岩，岩性分述如下：

⑴砂质黄土（Q4dl3）:

分布于出口端斜坡表层，厚8.0～15.0m。

浅黄色，土质不均，表层含植物根系较多，粘性差，粉感强，含有碎石角砾较多，硬塑—坚硬，Ⅱ级普通土，σo=120kPa。

具Ⅱ级自重湿陷性，湿陷土层厚9m。

⑵砂质黄土（Q3al3、Q3pl3）:

分布于进、出口端及洞顶斜坡表层，厚12.0～16.0m。

浅黄色，表层含植物根系，黏性差，粉感强，土质不均，含卵、砾石，硬塑—坚硬，Ⅱ级普通土，σo=150kPa。

具Ⅳ级自重湿陷性，湿陷土层厚10m。

⑶卵石土（Q3al7）：

厚1.0～3.0m。

浅灰色，成份以砂岩为主，多呈浑圆状,粒径级配D：

20～40mm约占20%，40～60mm约占30%，60～200mm约占25%，余为圆砾及砂土充填，潮湿，稍密，Ⅲ级硬土，σo=650kPa。

⑷砂岩夹泥岩（K1Ss+Ms）:

浅棕红色—褐红色，以砂岩为主，成岩较差，岩质较软，泥质胶结为主，砂岩含量约占80%，泥岩含量约占20%，层状结构，块状构造，层理较发育，受构造影响节理及裂隙发育，岩体较完整-较破碎，岩层产状N75～80W/60S，表层全风化—强风化，风化层厚2～5m。

弱风化-未风化岩层：

Ⅳ级软石-Ⅴ级次坚石，其中Ⅴ级次坚石，占60%，σo=800kPa；Ⅳ级软石，占40%，σo=500kPa；风化层：

Ⅳ级软石，σo=300kPa。

泥岩以薄层-中厚层为主，夹于砂岩层中，泥岩层中砂粒含量较高，多呈砂泥质结构，本隧道通过段泥岩仅呈薄层状夹于砂岩层中，剖面上占20%左右。

1.2.2地质构造

对该隧道有影响的构造为黄羊川断层（F8）：

断层西起邻区双龙沟脑，向东经黄泥沟、十八里堡南进入黄羊川，然后延伸到大敖包梁，全长86km。

断层分东西两段，东段走向270°～280°，倾向南，倾角60°～70°，西段走向约80°，倾向北，倾角50°～80°，断层前期为逆断层，后期表现为左旋逆走滑断层。

其北侧下盘地层为奥陶系中统的变质砂岩、片岩，南侧上盘地层为白垩系下统泥岩。

该断层第四纪晚期以来，左旋走滑活动强烈，沿线切断了一系列山脊、水线，形成陡坎、沟槽、台地、断塞塘等，在1927年古浪8级大地震时，局部地段有破裂，东段全新世以来的水平滑移速率为4.1±0.3mm/a，探槽揭示有7次古地震事件，古地震复发周期为3318±942年。

断层破碎带宽60～260m，为碎裂结构的片岩及断层泥砾。

与火烧沟隧道洞身段相关段为该断层的西段，断层距线路最近约200ｍ，断层倾向北，倾角约80°，断层破碎带宽约50m，主要由灰白、灰褐及棕红色断层泥砾组成。

该断层为全新世活动断层，受其影响隧道岩层产状变化大，陡倾，局部节理发育，对工程有一定影响。

1.2.3.水文地质

区内地表水和地下水均不发育，隧道进、出口均位于走向近东西的火烧沟北岸岸坡上，火烧沟常年流水，雨季有洪流，但对隧道进、出口不构成影响，隧道洞身通过的火烧沟左侧支沟火烧叉沟及柴家沟，具季节性流水，水质良好，为当地老乡饮用之水。

洞身部分地段可能受基岩裂隙水的影响。

按大气入渗法估算全隧道涌水量为499.22m3/d。

1.2.4.特殊岩土

隧道工程区分布的特殊岩土有：

湿陷性黄土及膨胀岩。

⑴湿陷性黄土：

据试坑取土试验，做出的区域性湿陷性评价为Q4dl3砂质黄土Ⅱ级自重湿陷性，湿陷土层厚9m；Q3al3、Q3Pl3砂质黄土具Ⅳ级自重湿陷性，湿陷土层厚10m。

⑵膨胀岩：

根据土工试验报告，该隧道泥岩的自由膨胀率Fs=34%～60%，蒙脱石含量M=3.86%～7.14%，综合分析判定该泥岩具膨胀性，考虑工程的安全性，建议设计按膨胀岩考虑。

1.2.5.隧道工程地质条件评价及围岩分级

施工段围岩级别及里程分布情况表1

围岩级别

里程桩号

加宽值W

长度（m）

比例

V

DK195+541～DK195+478

80

63

71

4.2%

DK194+478～DK195+470

40

8

IV

DK195+470～DK195+389

40

81

340

20.1%

DK195+389～DK195+130

0

259

III

DK195+130～DK194+809

0

321

840

49.8%

DK194+809～DK194+715

50

94

DK194+715～DK194+290

100

425

IV

DK194+290～DK193+853

100

437

437

25.9%

1.3出口端施工段衬砌支护设计情况

（1）全隧道采用曲墙带仰拱衬砌，其中出口端DK195+470～+541段V级围岩，考虑抗震设防采用钢筋混凝土模筑衬砌，锚喷施工支护，并配以3榀／2m型钢钢架加强，拱部采用小导管超前支护，预注浆加固地层，（ф42mm1—4.0m，@0.4m），以保证施工安全。

（2）DK193+700～DK194+～+300DK195+130～+470段Ⅳ围岩，采用复合式衬砌，并且初期支护设1榀／m格栅钢架。

（3）DK194+300～DK195+130段Ⅲ级围岩，采用复合式衬砌，初期支护采用锚喷、网支护。

详见表2。

施工图支护参数表表2

衬砌类型

围岩级别

喷层

cm

拱墙φ22锚杆

钢筋网

钢架

超前支护

衬砌cm

长度m

间距m

间距cm

榀/m

模筑

Ⅴ

20

3.5

0.8

25

3/2I16

Φ42@40cm

60

Ⅳ

15

3.0

1.0

25

1/1I16

Φ42@40cm

50

复合

Ⅲ

10

2.5

1.2

25

35

Ⅳ

15

3

1

25

1/1格栅

35

1.4防排水设计情况

（1）全隧道洞内设双侧及中心水沟排水，其中出口端400m为双侧盖板保温水沟，与出口端洞外保温暗管连接。

（2）全隧道拱、墙设防水板，环向设ф50mm透水盲沟并与两侧墙脚纵向ф100mm透水盲沟用三通连接，环向盲沟间距采用10m，施工缝采用YHB型止水条。

1.5工程特点

隧道工程系我集团公司承揽的第一条超大断面、特长隧道，可借鉴经验比较少，而且作为兰局管辖范围内的铁路二线工程里是最长的隧道，工期异常紧张，隧道净空按通行双线双层集装箱标准设计，开挖断面大，隧道围岩复杂多变，我们对施工完毕的围岩状况统计如下：

已调整的围岩长度为：

1890m，占隧道总长度的52.7%。

其中，Ⅲ级围岩调整为Ⅳ级围岩的长度为：

1130m；Ⅳ级围岩调为Ⅴ级围岩的长度为600m；Ⅲ级围岩调整为Ⅴ级围岩的长度为：

160m。

其围岩变化范围和状况可见一斑。

2.工程管理及主要施工方法

2.1工程管理模式

该工程为铁道第一勘察设计院设计，兰州铁路局下属兰武二线工程建设管理中心对工程进行全面管理，工程监理甘肃陇辉建设监理事务所下属兰武二线监理总站对工程的进度、工期、安全、质量、投资以及设计变更等各方面进行现场管理，监理即对业主负责，又对承包商负责。

承包商中铁十三局集团有限公司，现场设工程指挥部，二公司、五公司设项目部分别负责火烧沟隧道进、出口的施工。

五公司项目部施工队配置如表3如示。

施工队伍配置情况表表3

序号

施工队伍

任务划分或下属工班

人数

合计

说明

1

施工十一队

开挖工班

37

161

水泥、钢材由项目部统一采购；砂石料等地材，由施工十一队自行采购、过磅计量。

2

支护工班

25

3

喷砼工班

25

4

仰拱工班

12

5

防水板工班

8

6

衬砌工班

36

7

风水电保障工班

8

8

杂工班

10

9

出碴工班

出碴

18

18

10

混凝土工班

混凝土拌和

11

17

11

钢加工工班

拱架加工

6

2.2工程管理内容

2.2.1合同管理

在集团公司与业主签定承包合同的基础上，集团公司同有限公司、有限公司同施工队（工班）签定劳务分包合同，提取相应管理费用，并对工程质量、工期、安全及其它方面提出具体合同条款要求。

火烧沟隧道出口工程承包的特点是近似劳务分包，施工过程中较难控制的项目，如砼施工配合比、出碴设备控制、钢料加工等由内部队伍（工班）进行承包，便于质量控制和施工管理，取得较大成绩，在管理模式和管理水平上提高了档次。

2.2.2工程质量和技术管理

该工程质量管理在总体上实行监理制度，监理工程师采取旁站、抽检、转序签证等手段，对工程质量实施控制。

施工单位内部通过建立健全质量自检体系，对质量实行逐级控制。

（1）制定创优规化

开工前制定创优规化，确保创目标（省部级优质工程）和制定相应的质量保证措施。

（2）成立工程质量管理组织：

成立以总工程师为组长，以技术负责人为副组长，以各部长、质检工程师、各施工队长及技术室主任为组员的工程质量领导小组，使质量管理工作层层有人抓、有人管，切实做到全员管理。

（3）制定工程质量管理和奖罚办法。

（4）建立质量自检体系：

建立由指挥部、项目部、队、工班四级质量自检体系，项目部设专职质检工程师一名，队由技术室主任兼任质检工程师，工班由工班长兼任质检员。

采取工序质量控制办法，每道工序开工前由质检员填写工程检查证（工序交接卡）上报，逐级检查合格后，会同监理工程师签字同意后方可开工，以工序质量控制整体质量。

（5）推行标准化作业

开工前根据技术规范和设计要求，编制了喷锚支护、光面爆破、防水板施工、衬砌施工、围岩量测等重点工序的标准化作业指导书，对各工序施工制定了操作标准，使质量管理有的放矢。

（6）实行技术交底制度

各分项工程开工前，由技术部门对施工方法、工艺技术方案、作业程序等提出具体要求，以技术交底的形式下发施工队或工班，以此指导其施工生产。

（7）开展QC科技术攻关活动

针对本工程施工过程中，出现的质量和工艺技术难题，广泛开展了QC活动和科技攻关活动，先后总结出了各项QC成果和科技成果，并获得了国家和局、处的各级奖励，取得了较好的成绩，为公司争取了荣誉。

（8）编制实施性施工组织设计并进行优化

根据工期要求、工程任务、队伍素质和投入的机械设备，编制了实施性施工组织计，对工程任务从宏观上进行了科学合理的计划安排，同时作到月有月计划，旬有旬计划。

①开挖方案的调整：

火烧沟隧道出口于2003年7月24日上断面停止掘进，集中开挖下断面。

8月20日展开全断面开挖。

初期支护紧跟开挖。

②出碴方案的调整：

集团公司和兰武指挥部领导研究决定由原定有轨运输出碴方案改为无轨运输出碴方案，具体采用ITC312H挖装机（1台）和ZLC50C装载机（1台）配合同时装碴，斯太尔自卸车（8-10台）运输，并且备用一台侧翻装载机（2004年8月以后改为两台侧翻同时作业）。

③通风方案的调整：

为保证工程的顺利进行，施工通风采用混合式通风，配备1台2*75ＫＷ压入式通风机和2台2*35ＫＷ吸出式通风机，压入式风管采用直径1200mm的软管，吸出式风管采用直径800mm的软管。

④施工用电方案的调整：

洞外配备一台630KVA与500KVA变压器各一台，因隧道较长，考虑洞内用电功率较大，在洞内安装一台315KVA变压器；同时配备200KW发电机一台、120KW发电机两台，以满足洞内施工需要。

2.3工期控制管理

工程前期由于各种主客观原因（围岩与设计差别大，关系不顺），初期进行较慢，为实现工程目标，把所欠施工任务赶回来，采取一些必要的措施，加强深层次的管理：

（1）增加施工人数和机械设备投入，各工班定员、定编。

每天有专人检查计划的落实情况，发现问题及时修正方案，调整计划。

施工过程中，不断优化施工组织设计和工序施工方案，抓住关键工序，展开交叉、平行、流水作业。

（2）对于特长隧道的施工进度由于受工作面和地质状况等客观条件的限制，因此工期计划的落实主要从各工序的衔接标准抓起，坚持工序值班制度，落实进度奖罚措施，做到一环紧扣一环。

各队之间横向联系,密切配合,各工班之间衔接紧促,不脱节、不留余地。

时间抓得紧、卡的住,每个工序有专人盯，上道工序未结束时提前通知下道工序施工人员进洞等候。

（3）采取超常施工补助，对于进行洞施工的每名人员，给予每天5-30元补助（工序不同衬助金额不同）。

（4）实行紧盯工序制度，技术干部每人盯一道工序，发现问题及时解决，狠抓工序衔接。

（5）狠抓质量，避免返工采取有效的管理办法及奖惩制度，针对各施工队每月的施工计划，进行考核，以调动各单位完成任务的积极性。

并开展各种形式的劳动竞赛，造成大干气氛，掀起大干高潮。

（6）保证现场的施工生产资金的使用，按时进行验工计价，确保工程价款的及时拨付。

对于农民工工资问题，项目部月初统一发放，直接发到工人手里，解决工人后顾之忧。

2.4主要施工机械设备（见表4）

火烧沟隧道出口主要施工机械配备表表4

序号

设备名称

型号

功率

数量

用途

说明

1

侧翻装载机

ZLC50C

158Kw

2

出碴

2

推土机

T170

170Kw

1

平整弃渣场地

3

挖掘装载机

ITC312H

90Kw

1

出碴

电动

4

装载机

ZL50

154.5Kw

1

砼上料

5

自卸车

206Kw

4～8

出碴

随开挖增加车辆

6

自卸车

115Kw

2

运输喷射砼料

7

砼运输车

6m3

180Kw

3

运输砼

8

电动空压机

20M3/n

135Kw

5

钻孔供风

9

内燃空压机

12M3/h

18Kw

1

钻孔供风

10

变压器

630KvA

10Kv

1

供电设备

11

变压器

500KvA

10Kv

1

供电设备

12

变压器

315KvA

10Kv

1

供电设备

移动变压器

13

挖掘机

CAT300

144Kw

1

清理作业面

14

钢筋切断机

GQ40-1

3Kw

钢筋加工

15

钢筋弯曲机

GW40

3Kw

钢筋加工

16

柴油发电机

200Kw

200Kw

2

备用发电

17

搅拌机

JS750

140Kw

2

生产砼

18

搅拌机

JS500

49.5Kw

2

生产砼

喷射混凝土用

19

砼输送泵

HBT60

75Kw

2

泵送砼

20

破碎锤

开挖仰拱

21

压入式风机

SFD（C）N012.5

75Kw*2

1

主供风

22

吸出式风机

YDF-N0.76

70Kw

1

辅助通风

辅助通风

23

射流风机

NSL-100U-41

22Kw

2

24

水泵

DA1-125*4

37.5Kw

1

供水

扬程90m

25

湿喷机

KSP-III

5.5Kw

2

喷浆

26

干喷机

PZ-5

5.5Kw

4

喷浆

27

风枪

YT28

30

钻孔

28

风镐

6

处理欠挖

29

蒸气锅炉

LSG0.5t/h

3Kw

冬防

30

蒸气锅炉

LSG0.3t

3Kw

冬防

31

简易台车

自制

5

支护、防水板

32

衬砌台车

可变截面

>80t

2

衬砌

2.5施工方法综述

根据隧道长度、地质条件、工期要求等因素，本标段隧道采取单口相向同时掘进，但钻爆作业、衬砌作业相互错开，既保证两隧道齐头并进，又保证劳动力、机械设备等资源合理配置、利用。

现场环境仅能保证在火烧沟沟谷处设一个通风竖井，满足隧道进口通风需要。

根据隧道石质情况，Ⅴ级围岩、Ⅳ级偏软围岩地段，采用短台阶开挖，围岩情况较好的Ⅲ级围岩采用全断面开挖，Ⅳ级偏硬围岩地段采用大半断面开挖。

开挖采用人工和掘进台车打眼，光面爆破，初期喷锚支护，喷射的砼采用潮喷工艺，并采用围岩变形量测监控整个施工过程。

采取24小时不停顿倒班循环作业，以保证工程质量及工期。

隧道洞内出碴采用无轨运输，2台侧翻装载机配合自卸车完成。

防水板采用暗钉吊环法铺设，热熔粘接。

洞身二次衬砌采用整体衬砌台车泵送砼灌注，避车洞衬砌采用组合钢模板，洞内砼采用拌合站集中拌合，砼搅拌运输车运输。

隧道通风采取混合式通风，在施工困难时，增加辅助通风。

两端洞口及浅埋地段，采用短进尺、弱爆破、快衬砌，并严格按设计要求做好超前支护措施，确保了施工安全。

洞身复合衬砌地段严格按《铁路隧道锚喷构筑法技术规范》做好监控量测，掌握围岩变形情况，据以调整初期支护参数，及时施做二次衬砌。

3.开挖

3.1人员配置

针对火烧沟隧道的特点：

隧道长、双线双层集装箱、断面大、地质条件差、循环时间短，工人劳动强度大的特点。

开挖工班采用2班轮流作业，全断面开挖要求每班不少于30人，其中，22个主风枪手，另外8人帮助扶钻杆或主副换班。

总人数不少于56人，确保掌子面每循环有22台风枪同时工作。

3.2设备配置

火烧沟隧道是双线、双层集装箱超大断面，III级围岩最大断面面积达110m2，开始风枪配备18台，从钻孔到响炮要用4.5-5小时，后增至22台，钻孔到响炮2.5～3.5m只用了3.5h,3.5-4.5m只用4～4.5h。

由于开挖台车是保证钻孔作业顺利进行的设备，我们通过参观学习，取长补短，自行设计一套开挖台车，（如图1所示）它的优点主要有简单轻便，用装载机或挖掘机拖拉，容易到位；翼缘可折叠，承力台用直径不同的钢管套接，可伸缩，克服了拖拉台车时翼缘刮洞身两侧边墙的弱点；风水管接头直接安装到台车上使之成为一个整体，使用时不至于管线混乱，工序衔接更为密切。

轮式行走较为轻便。

图1全断面简易式开挖台车立面图

根据台车各层平台对应掌子面的面积大小及钻爆设计要求，合理分配风枪，其分配从上到下依次为3台、4台、5台、4台、6台。

这种情况下，22台风枪同时钻孔的情况下，基本上能够同时结束。

台车必须根据风枪班的需要提前修复及改进，台车上必须备用两台以上风枪，保证及时调换，待钻孔完毕后，拿出洞外修理，不耽误正常的钻孔作业。

3.3光面爆破

光面爆破是隧道新奥法施工的三大支柱之一，光面爆破效果好，可以使围岩周遍轮廓圆顺，减少应力集中，防止局部坍塌；有效的控制超欠挖，提高经济效益；减少初期支护难度。

3.3.1Ⅲ级围岩全断面光爆参数的确定

周边眼间距E：

E=50-60

周边眼抵抗线W：

W=0.6-0.8

周边眼装药集中度q：

q=0.1kg／m（拱顶）q=0.15kg／m（边墙）

周边眼装药结构采用不偶合间隔装药，利用传爆线传爆。

掏槽形式：

掏槽采用楔形掏槽，掏槽眼范围高4.2米,宽4.5米,缺点掏槽面积大,后增加四个中空眼。

起爆方法：

采用非电毫秒雷管微差起爆法，连接雷管使用1段，火雷管引爆。

图2全断面钻爆设计图

药量分配表表6

序号

雷管段

炮眼

名称

眼深

m

眼个数

每孔

管数

每孔重量

（kg）

药量

（kg）

备注

Ⅰ

1

掏槽眼

4.5

10

14

2.8

28.0

根据围岩软硬逐步调整钻爆参数，但此单位用药量0.56kg左右,主要是围岩差。

Ⅱ

5

辅助眼

4

21

12

2.4

50.4

Ⅲ

7

辅助眼

4

16

11

2.2

35.2

Ⅳ

9

辅助眼

4

19

9

1.8

34.2

Ⅴ

11

二周眼

4

23

6

1.2

27.6

Ⅵ

15

周边眼

4

54

2

0.4

21.6

Ⅵ

15

底眼

4.2

14

13

2.6

36.4

合计

152

233.4

3.3.2Ⅴ级围岩上导光爆参数的确定

周边眼间距E：

E=40-50

周边眼抵抗线W：

W=0.6-0.7m

周边眼装药集中度q：

q=0.1kg／m（拱顶）

周边眼装药结构采用不偶合间隔装药，利用传爆线传爆。

掏槽形式：

掏槽采用楔形掏槽，掏槽眼范围高3米,宽2米,角度10-15度。

另加两个辅助眼。

起爆方法：

采用非电毫秒雷管微差起爆法，毫秒雷管跳段使用。

连接雷管使用1段，火雷管引爆洞口段Ⅴ级围岩开挖采用品字行开挖方法，先开挖上导，钻爆设计见图3。

药量分配表表6

序号

雷管段

炮眼

名称

眼深

m

眼个

数

每孔

管数

每孔重量

（kg）

药量

（kg）

备注

Ⅰ

5

掏槽眼

1.6

4

5

1.0

4.0

根据围岩软硬逐步调整钻爆参数，但此单位用药量0.48kg左右,主要是围岩差。

Ⅱ

7

辅助眼

4

2

4

0.8

1.6

Ⅲ

9

辅助眼

4

7

4

0.8

5.6

Ⅳ

11

辅助眼

4

10

3

0.6

6.0

Ⅴ

13

二周眼

4

19

3

0.6

11.4

Ⅵ

15

周边眼

4

30

1.5

0.3

3.0

Ⅶ

17

底眼

4.2

17

5

1.0

17.0

合计

88

48.6

上导开挖完成后，然后再开挖两侧边墙，左右交叉，边墙处留1米支撑上导拱架，之后采用马口开挖，支立边墙拱架，开挖之后仰拱填充紧跟，确保上导施工安全。

3.3.3钻爆施工工艺：

放样布眼：

用红铅油准确绘出开挖断面的中心线和轮廓线，标出炮眼位置，其误差不得超过5cm。

定位钻孔：

按炮眼位置钻孔，周边眼和掏槽眼，误差要控制在3--5cm以内。

周边眼开钻时，钻杆保持与隧道轴线外插3°角，与外轮廓线偏差不大于5cm，开挖台阶在15cm范围内。

掏槽眼钻孔精度要高，误差在3cm之内，控制炮眼间距、深度和角度，严禁炮眼打穿、相交。

掘进眼均匀分布，为便于排水，钻孔可稍微向上，但倾斜不大于1°，孔眼间保持互相平行，底板眼向下倾斜，最大不超过轮廓线10cm。

装药：

装药前，用高压风吹扫炮孔，药串和起爆药卷按要求加工好，盘好脚线，分段号存放在箱内，确保装药作业有序地进行；装药