時間：2023-05-06 15:41:52
序論：在您撰寫鹽巖隧道微臺階微創爆破設計研究時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
摘要：地處中老邊境的友誼隧道穿越鹽巖地層約1.7km，掌子面巖鹽量最高達80%以上，隧底鹽層深度超百米。本文重點對友誼隧道在該地層中微臺階爆破設計和施工技術進行研究，為類似地下工程提供可參考和借鑒的工程范例。
0引言
中老鐵路是首條以中方為主投資建設，與中國鐵路網直接連通的國際鐵路，全線采用中國標準。中老鐵路的建設是踐行“一帶一路”倡議的里程碑，是區域互聯互通的典范工程，實現了老撾從“陸鎖國”到“陸聯國”轉變的夢想，全面推進了中老經濟走廊建設，泛亞鐵路中線和中南半島經濟圈也初具雛形。友誼隧道是中老鐵路的重點工程和標志性工程，是連通中國與老撾兩國之間的鐵路門戶通道，隧道建設面臨穿越巨厚鹽巖地層這一世界性難題，鹽巖具有易溶解、強腐蝕、蠕變等特性，目前國內外在鹽巖地層中修建隧道較為少見。學者針對支護體系及施工工法的研究，取得了一定成果，分析了含鹽地層隧道侵蝕性及膨脹性的產生原因、作用機理，闡述了地下水與侵蝕性及膨脹性的特殊關系，總結了含鹽地層隧道的設計施工關鍵要點，并初步提出系統解決方案[1]。為確保友誼隧道安全、快速施工，本文對友誼隧道在鹽巖地層的微臺階法爆破施工技術進行研究。
1工程概況
友誼隧道位于昆萬鐵路中老邊境，為單線隧道，全長9675m，設計速度160km/h，最大埋深230m。隧道特殊巖土主要有鹽巖和石膏，第三系（E1m）、（E1-2）地層含有巖鹽和石膏，白堊系上統（K2）、下統（K1）地層夾石膏。巖鹽和石膏具有溶蝕、腐蝕、膨脹等特性，該地層對混凝土、鋼筋具強侵蝕性。鹽巖含石膏地層地下水對混凝土結構具硫酸鹽侵蝕（H2）、氯鹽侵蝕（L3）及鹽類結晶破壞侵蝕（Y3）[2]。友誼隧道鹽巖進行室內試驗，單軸抗壓強度19.76MPa，彈性模量5.62GPa，泊松比0.44；三軸彈性模量5.56GPa，黏聚力15.58MPa，內摩擦角27.05°[3]。
2傳統微臺階法爆破開挖存在的主要問題及原因
傳統微臺階法爆破開挖[4]不能夠形成較為穩定的臺階，臺階前緣破壞嚴重，甚至發展到掌子面，威脅到掌子面的穩定。主要原因是爆破參數不合理，控制工藝差，比如大孔網參數、藥量過大形成拋擲，網絡逐排起爆、鉆孔偏差大等。傳統微臺階法爆破開挖的上臺階拱架鎖腳質量無法保障，產生背后脫空現象。主要原因是上臺階掌子面底板爆破受傳統過量裝藥利于翻碴思想的束縛，引起爆破產生過大振動，導致圍巖嚴重松馳，并在微臺階爆破時（甚至不實施光面爆破）又進一步發展所致。
3上臺階底板微創爆破技術
3.1上臺階炮孔分區示意及底板孔技術要求隧道上臺階爆破開挖設計通常將炮孔劃分為四個區域，即掏擴槽區、掘進區、光爆區、底板區。在四個區域中，底板區的最下一排炮孔（底板孔）的爆破作用對下臺階自由面（下臺階平面）影響最大。因此，要確保下臺階有效幾何尺寸，首先必須要求爆破底板孔時不對下臺階平面造成過度損傷，同時又要求底板孔爆破后，巖石松動度能夠滿足挖掘機較輕松地作業，避免挖掘機過度用力作業反而損傷下臺階平面。其次，上臺階底板區底角三角區域，由于夾制作用，常規爆破作業為避免拱腳欠挖，在此區域炸藥量較多和孔距過密，造成超挖嚴重，拱架底部懸空，影響隧道穩定性。對于上臺階底板區底角三角區域，應避免欠挖，更要控制超挖。
3.2上臺階底板孔關鍵爆破技術參數底板孔排距D（距離上排炮孔距離）：取50～70cm，Ⅳ級圍巖取大值，Ⅴ級圍巖取小值。底板孔眼距：中間孔按均勻分配，眼距ad=100～120cm；底角孔與鄰近兩孔（豎向鄰近孔、水平向鄰近孔）眼距取一致，aj=50～60cm；上述眼距Ⅳ級圍巖取大值，Ⅴ級圍巖取小值。底板孔外插值Δ=10～15cm。底角孔采取導爆索藥串結構，水平向鄰近孔采取空氣間隔裝藥結構，豎向鄰近孔按常規光爆孔設計，中間孔采用連續裝藥結構。底板孔起爆順序：自中間依次順序起爆，且必須保障滯后上排孔一個段位。
4下臺階微創爆破技術
4.1下臺階微創的定義下臺階爆破不得有拋擲現象存在，但又必須讓爆破后的巖塊有效脫離并適當松動為度，形成20～30cm的輕微隆起現象，以便挖掘機能順利實現清砟作業。爆破開挖后的臺階實際長度（臺階前緣與掌子面最小距離）與臺階理論設計長度的比值控制在85%及以上，定義為爆破開挖時對微臺階的創傷程度輕微。
4.2下臺階微創爆破技術原理沿隧道中線對稱按“W”型起爆，讓最先起爆的炮孔向微臺階中線兩側“分散”，有效避免在微臺階中心區產生斜面或凹坑。嚴格控制前后排以及鄰近孔起爆時差，既保障鄰近孔最大波峰振動不疊加，而前后排振動又有一定搭接，同時按掘進孔高度不同，確定掘進孔深度和精準裝藥量，從而達到既不過度破壞圍巖，又能實現圍巖松動、破碎便于出渣。
4.1下臺階微創的定義下臺階爆破不得有拋擲現象存在，但又必須讓爆破后的巖塊有效脫離并適當松動為度，形成20～30cm的輕微隆起現象，以便挖掘機能順利實現清砟作業。爆破開挖后的臺階實際長度（臺階前緣與掌子面最小距離）與臺階理論設計長度的比值控制在85%及以上，定義為爆破開挖時對微臺階的創傷程度輕微。
4.2下臺階微創爆破技術原理沿隧道中線對稱按“W”型起爆，讓最先起爆的炮孔向微臺階中線兩側“分散”，有效避免在微臺階中心區產生斜面或凹坑。嚴格控制前后排以及鄰近孔起爆時差，既保障鄰近孔最大波峰振動不疊加，而前后排振動又有一定搭接，同時按掘進孔高度不同，確定掘進孔深度和精準裝藥量，從而達到既不過度破壞圍巖，又能實現圍巖松動、破碎便于出渣。
4.1下臺階微創的定義下臺階爆破不得有拋擲現象存在，但又必須讓爆破后的巖塊有效脫離并適當松動為度，形成20～30cm的輕微隆起現象，以便挖掘機能順利實現清砟作業。爆破開挖后的臺階實際長度（臺階前緣與掌子面最小距離）與臺階理論設計長度的比值控制在85%及以上，定義為爆破開挖時對微臺階的創傷程度輕微。
4.2下臺階微創爆破技術原理沿隧道中線對稱按“W”型起爆，讓最先起爆的炮孔向微臺階中線兩側“分散”，有效避免在微臺階中心區產生斜面或凹坑。嚴格控制前后排以及鄰近孔起爆時差，既保障鄰近孔最大波峰振動不疊加，而前后排振動又有一定搭接，同時按掘進孔高度不同，確定掘進孔深度和精準裝藥量，從而達到既不過度破壞圍巖，又能實現圍巖松動、破碎便于出渣。
4.3下臺階掘進區關鍵爆破技術參數
4.3.1“W”型分散對稱起爆網絡下臺階掘進區以隧道中線為對稱軸，將掘進區均分為左右兩部分。每排炮孔最先起爆的2個孔（Oi1，i表示炮孔排數）分散到對稱軸的兩側，布置于掘進區左右部分的中部附近。每排炮孔最先起爆孔在同一列，并以此列孔為基線，依次向兩側對稱設計網絡，形成“W”型起爆網絡，為后續各孔創造出“W”型臨空面。該臨空面破裂角大、臨空面表面積大，有利于改善爆破效果，特別是中線上的孔為雙臨空面條件，在同孔網參數條件下，它的炸藥單耗相對于常規“一”字型、“V”字型、“梯形”等網絡設計相比有所降低，大大減小爆破對臺階中部前緣損傷，改善臺階穩定性。
4.3.2“W”型分散對稱起爆網絡關鍵孔網參數“W”型分散對稱起爆網絡關鍵孔網參數是指炮孔布置形式，首排孔抵抗線，炮孔眼距、排距。根據研究確定關鍵參數如下：（1）每排炮孔數應一致，炮孔數量為奇數，網絡設計最優；當斷面寬度不滿足布置奇數的要求，需布置成偶數時，隧道中線兩側最近炮孔起爆段位宜相差1個段位。（2）首排孔最小抵抗線：W=1.0～1.2m（3）炮孔的眼距：a=W=1.0～1.2m（4）炮孔的排距：b=（0.8～1.0）a4.3.3微差接力精確起爆時差控制（1）后排炮孔最先起爆炮孔較前排最先起爆炮孔至少間隔兩個段位，但又不大于前排最后起爆孔一個段位。如：第i排首先起爆的孔(Oi1)接力（滯后）第i?1排中首先起爆的（O(i?1)1）至少間隔兩個序號（兩個段位）但不大于i?1排中最后起爆孔的序號加1（一個段位），既實現孔間微差、又實現了排間接力微差，且保障了相鄰排間孔間應力波主峰錯開不疊加，削弱了排間破壞效應，維護臺階的穩定。（2）相鄰炮孔起爆按微差起爆設計，間隔至少一個段位，實現孔間微差。
4.3.4臺階炮孔深度設置由臺階爆破機理可知：自上而下，炮孔爆破的難度加大，而下臺階前兩排由于上臺階爆破形成的松弛圈和松散層存在，更加劇了上下排炮孔爆破區別。因此，為保障臺階有效幾何尺寸，對下臺階前三排爆破孔孔深與下部孔區別設計。同時微臺階法需上臺階和下臺階同步掘進，而上臺階爆破利用率低于下臺階，因此，下臺階爆破深度應小于上臺階爆破深度，在以上研究分析基礎上，確定下臺階各排炮孔深度。下臺階掘進區炮孔縱斷面示意，見關鍵參數：（1）以下臺階第三排孔孔深為標準孔深（L下）：L下=L上?ΔL，單位cm。L上為上臺階掘進孔孔深；ΔL=10cm。（2）下臺階第一排爆破孔深（L下1）：L下1=L下?10，單位cm。（3）下臺階第二排炮孔孔深（L下2）：L下2=L下?5，單位cm。（4）下臺階其余排炮孔深度等于標準孔深L下。
4.3.5臺階炮孔精確裝藥量充分考慮臨空面、爆破破裂角等影響因素，對不同部位炮孔裝藥量進行精細設計，關鍵原則如下：（1）將掘進區炮孔分為三類。中心孔：單排炮孔數量為奇數時，隧道中線部位為炮孔中間孔。邊孔：靠近兩側光爆孔的兩列炮孔。普通孔：除中心孔、邊孔以外的炮孔。（2）爆破裝藥原則。以普通孔單孔裝藥量為標準裝藥量Q，按體積法計算藥量，裝藥單耗取0.35～0.5kg/m3進行設計計算，Ⅴ級偏小取值，Ⅳ級偏大取值。中心孔為雙臨空面，單孔裝藥量取標準裝藥量的50%，即Q中=0.5×Q。邊孔破單孔爆破體積與中心孔基本相當，但破裂角較小，單孔裝藥量取中心孔藥量的120%，即Q邊=1.2×0.5×Q。（3）臺階炮孔裝藥結構。中心孔、邊孔采取空氣間隔裝藥結構；普通孔為連續裝藥結構。
5微臺階法鉆爆設計
鹽巖洞段采用圓形多重結構設計，開挖輪廓寬度11.70m，高度11.40m，斷面積約120m2，相當于由單線隧道變為雙線隧道。根據鹽巖力學性能分析和掌子面穩定性評估，鹽巖段采用臺階法施工[5-6]。為提高施工進度，應用微臺階法，上臺階、下臺階、仰拱開挖高度分別為5.85、3.60、2.90m；上下臺階同時開挖，循環進尺1.60m；仰拱滯后掌子面約35.00～40.00m，循環進尺3.00m。鹽巖段上臺階、下臺階、仰拱控制爆破設計裝藥參數，分別見表1～表3。上、下臺階、仰拱控制爆破設計炮孔布置，分別見圖7、圖8、圖9。鹽巖為非脆性巖，爆破存在吸能現象，炸藥單耗高于常規Ⅳ、Ⅴ級圍巖，上臺階開挖可達到1.1～1.2kg/m3，周邊易產生欠挖。通過現場監測數據和掌子面穩定性判斷，鹽巖段雖強度較低，但整體性較好，可嘗試采用全斷面（不含仰拱）開挖。
6結語
針對鹽巖段圓形大斷面開挖，采用微臺階法施工，上下臺階同時爆破、出渣，較常規臺階法有效提升施工進度，達到平均月進度60m，較常規V級圍巖臺階法開挖45～50m/月，提高20%～30%。同時應用微創爆破技術，有效保證了臺階成型質量，確保了施工安全，并減小了圍巖損傷，降低了鹽巖裂隙透水風險。
參考文獻:
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［2］唐國榮.淺談鐵路隧道的腐蝕及其防治[J].中國建筑防水材料,1995（4）:39?40.
［3］王志杰,李金宜,鄧宇航,等.鹽巖隧道施工病害揭示及致災因子研究[J].現代隧道技術,2021,58（5）
［4］楊家松.單線鐵路隧道新微臺階帶仰拱一次爆破開挖施工技術研究[J].隧道建設(中英文),2020,40（1）
［5］焦瑞虎,李建華.特殊性巖土:膏溶角礫巖隧道施工技術[J].隧道建設,2007,27（增刊1）
［6］李鋒剛.友誼隧道穿越鹽巖地層修建關鍵技術[J].工程建設與設計,2022（14）:156?159.
作者:楊了 單位:中鐵二局第二工程有限公司
