序論：在您撰寫鹽巖隧道微臺階微創(chuàng)爆破設(shè)計(jì)研究時(shí)，參考他人的優(yōu)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(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)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(dá)80%以上，隧底鹽層深度超百米。本文重點(diǎn)對友誼隧道在該地層中微臺階爆破設(shè)計(jì)和施工技術(shù)進(jìn)行研究，為類似地下工程提供可參考和借鑒的工程范例。

關(guān)鍵詞：非脆性；鹽巖地層；微臺階；微創(chuàng)爆破；友誼隧道

0引言

中老鐵路是首條以中方為主投資建設(shè)，與中國鐵路網(wǎng)直接連通的國際鐵路，全線采用中國標(biāo)準(zhǔn)。中老鐵路的建設(shè)是踐行“一帶一路”倡議的里程碑，是區(qū)域互聯(lián)互通的典范工程，實(shí)現(xiàn)了老撾從“陸鎖國”到“陸聯(lián)國”轉(zhuǎn)變的夢想，全面推進(jìn)了中老經(jīng)濟(jì)走廊建設(shè)，泛亞鐵路中線和中南半島經(jīng)濟(jì)圈也初具雛形。友誼隧道是中老鐵路的重點(diǎn)工程和標(biāo)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(shè)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(qiáng)腐蝕、蠕變等特性，目前國內(nèi)外在鹽巖地層中修建隧道較為少見。學(xué)者針對支護(hù)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(chǎn)生原因、作用機(jī)理，闡述了地下水與侵蝕性及膨脹性的特殊關(guān)系，總結(jié)了含鹽地層隧道的設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵要點(diǎn)，并初步提出系統(tǒng)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(shù)進(jìn)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(shè)計(jì)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(tǒng)（K2）、下統(tǒng)（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(qiáng)侵蝕性。鹽巖含石膏地層地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽侵蝕（H2）、氯鹽侵蝕（L3）及鹽類結(jié)晶破壞侵蝕（Y3）[2]。友誼隧道鹽巖進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，單軸抗壓強(qiáng)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(nèi)摩擦角27.05°[3]。

2傳統(tǒng)微臺階法爆破開挖存在的主要問題及原因

傳統(tǒng)微臺階法爆破開挖[4]不能夠形成較為穩(wěn)定的臺階，臺階前緣破壞嚴(yán)重，甚至發(fā)展到掌子面，威脅到掌子面的穩(wěn)定。主要原因是爆破參數(shù)不合理，控制工藝差，比如大孔網(wǎng)參數(shù)、藥量過大形成拋擲，網(wǎng)絡(luò)逐排起爆、鉆孔偏差大等。傳統(tǒng)微臺階法爆破開挖的上臺階拱架鎖腳質(zhì)量無法保障，產(chǎn)生背后脫空現(xiàn)象。主要原因是上臺階掌子面底板爆破受傳統(tǒng)過量裝藥利于翻碴思想的束縛，引起爆破產(chǎn)生過大振動(dòng)，導(dǎo)致圍巖嚴(yán)重松馳，并在微臺階爆破時(shí)（甚至不實(shí)施光面爆破）又進(jìn)一步發(fā)展所致。

3上臺階底板微創(chuàng)爆破技術(shù)

3.1上臺階炮孔分區(qū)示意及底板孔技術(shù)要求隧道上臺階爆破開挖設(shè)計(jì)通常將炮孔劃分為四個(gè)區(qū)域，即掏擴(kuò)槽區(qū)、掘進(jìn)區(qū)、光爆區(qū)、底板區(qū)。在四個(gè)區(qū)域中，底板區(qū)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(shí)不對下臺階平面造成過度損傷，同時(shí)又要求底板孔爆破后，巖石松動(dòng)度能夠滿足挖掘機(jī)較輕松地作業(yè)，避免挖掘機(jī)過度用力作業(yè)反而損傷下臺階平面。其次，上臺階底板區(qū)底角三角區(qū)域，由于夾制作用，常規(guī)爆破作業(yè)為避免拱腳欠挖，在此區(qū)域炸藥量較多和孔距過密，造成超挖嚴(yán)重，拱架底部懸空，影響隧道穩(wěn)定性。對于上臺階底板區(qū)底角三角區(qū)域，應(yīng)避免欠挖，更要控制超挖。
3.2上臺階底板孔關(guān)鍵爆破技術(shù)參數(shù)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(dǎo)爆索藥串結(jié)構(gòu)，水平向鄰近孔采取空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，豎向鄰近孔按常規(guī)光爆孔設(shè)計(jì)，中間孔采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。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(gè)段位。

4下臺階微創(chuàng)爆破技術(shù)

4.1下臺階微創(chuàng)的定義下臺階爆破不得有拋擲現(xiàn)象存在，但又必須讓爆破后的巖塊有效脫離并適當(dāng)松動(dòng)為度，形成20～30cm的輕微隆起現(xiàn)象，以便挖掘機(jī)能順利實(shí)現(xiàn)清砟作業(yè)。爆破開挖后的臺階實(shí)際長度（臺階前緣與掌子面最小距離）與臺階理論設(shè)計(jì)長度的比值控制在85%及以上，定義為爆破開挖時(shí)對微臺階的創(chuàng)傷程度輕微。

4.2下臺階微創(chuàng)爆破技術(shù)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(cè)“分散”，有效避免在微臺階中心區(qū)產(chǎn)生斜面或凹坑。嚴(yán)格控制前后排以及鄰近孔起爆時(shí)差，既保障鄰近孔最大波峰振動(dòng)不疊加，而前后排振動(dòng)又有一定搭接，同時(shí)按掘進(jìn)孔高度不同，確定掘進(jìn)孔深度和精準(zhǔn)裝藥量，從而達(dá)到既不過度破壞圍巖，又能實(shí)現(xiàn)圍巖松動(dòng)、破碎便于出渣。

4.1下臺階微創(chuàng)的定義下臺階爆破不得有拋擲現(xiàn)象存在，但又必須讓爆破后的巖塊有效脫離并適當(dāng)松動(dòng)為度，形成20～30cm的輕微隆起現(xiàn)象，以便挖掘機(jī)能順利實(shí)現(xiàn)清砟作業(yè)。爆破開挖后的臺階實(shí)際長度（臺階前緣與掌子面最小距離）與臺階理論設(shè)計(jì)長度的比值控制在85%及以上，定義為爆破開挖時(shí)對微臺階的創(chuàng)傷程度輕微。

4.2下臺階微創(chuàng)爆破技術(shù)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(cè)“分散”，有效避免在微臺階中心區(qū)產(chǎn)生斜面或凹坑。嚴(yán)格控制前后排以及鄰近孔起爆時(shí)差，既保障鄰近孔最大波峰振動(dòng)不疊加，而前后排振動(dòng)又有一定搭接，同時(shí)按掘進(jìn)孔高度不同，確定掘進(jìn)孔深度和精準(zhǔn)裝藥量，從而達(dá)到既不過度破壞圍巖，又能實(shí)現(xiàn)圍巖松動(dòng)、破碎便于出渣。

4.1下臺階微創(chuàng)的定義下臺階爆破不得有拋擲現(xiàn)象存在，但又必須讓爆破后的巖塊有效脫離并適當(dāng)松動(dòng)為度，形成20～30cm的輕微隆起現(xiàn)象，以便挖掘機(jī)能順利實(shí)現(xiàn)清砟作業(yè)。爆破開挖后的臺階實(shí)際長度（臺階前緣與掌子面最小距離）與臺階理論設(shè)計(jì)長度的比值控制在85%及以上，定義為爆破開挖時(shí)對微臺階的創(chuàng)傷程度輕微。

4.2下臺階微創(chuàng)爆破技術(shù)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(cè)“分散”，有效避免在微臺階中心區(qū)產(chǎn)生斜面或凹坑。嚴(yán)格控制前后排以及鄰近孔起爆時(shí)差，既保障鄰近孔最大波峰振動(dòng)不疊加，而前后排振動(dòng)又有一定搭接，同時(shí)按掘進(jìn)孔高度不同，確定掘進(jìn)孔深度和精準(zhǔn)裝藥量，從而達(dá)到既不過度破壞圍巖，又能實(shí)現(xiàn)圍巖松動(dòng)、破碎便于出渣。

4.3下臺階掘進(jìn)區(qū)關(guān)鍵爆破技術(shù)參數(shù)

4.3.1“W”型分散對稱起爆網(wǎng)絡(luò)下臺階掘進(jìn)區(qū)以隧道中線為對稱軸，將掘進(jìn)區(qū)均分為左右兩部分。每排炮孔最先起爆的2個(gè)孔（Oi1，i表示炮孔排數(shù)）分散到對稱軸的兩側(cè)，布置于掘進(jìn)區(qū)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(cè)對稱設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)，形成“W”型起爆網(wǎng)絡(luò)，為后續(xù)各孔創(chuàng)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(wǎng)參數(shù)條件下，它的炸藥單耗相對于常規(guī)“一”字型、“V”字型、“梯形”等網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(wěn)定性。

4.3.2“W”型分散對稱起爆網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵孔網(wǎng)參數(shù)“W”型分散對稱起爆網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵孔網(wǎng)參數(shù)是指炮孔布置形式，首排孔抵抗線，炮孔眼距、排距。根據(jù)研究確定關(guān)鍵參數(shù)如下：（1）每排炮孔數(shù)應(yīng)一致，炮孔數(shù)量為奇數(shù)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)最優(yōu)；當(dāng)斷面寬度不滿足布置奇數(shù)的要求，需布置成偶數(shù)時(shí)，隧道中線兩側(cè)最近炮孔起爆段位宜相差1個(gè)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(shí)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(gè)段位，但又不大于前排最后起爆孔一個(gè)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(gè)序號（兩個(gè)段位）但不大于i?1排中最后起爆孔的序號加1（一個(gè)段位），既實(shí)現(xiàn)孔間微差、又實(shí)現(xiàn)了排間接力微差，且保障了相鄰排間孔間應(yīng)力波主峰錯(cuò)開不疊加，削弱了排間破壞效應(yīng)，維護(hù)臺階的穩(wěn)定。（2）相鄰炮孔起爆按微差起爆設(shè)計(jì)，間隔至少一個(gè)段位，實(shí)現(xiàn)孔間微差。

4.3.4臺階炮孔深度設(shè)置由臺階爆破機(jī)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(qū)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(qū)別設(shè)計(jì)。同時(shí)微臺階法需上臺階和下臺階同步掘進(jìn)，而上臺階爆破利用率低于下臺階，因此，下臺階爆破深度應(yīng)小于上臺階爆破深度，在以上研究分析基礎(chǔ)上，確定下臺階各排炮孔深度。下臺階掘進(jìn)區(qū)炮孔縱斷面示意，見關(guān)鍵參數(shù)：（1）以下臺階第三排孔孔深為標(biāo)準(zhǔn)孔深（L下）：L下=L上?ΔL，單位cm。L上為上臺階掘進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行精細(xì)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵原則如下：（1）將掘進(jìn)區(qū)炮孔分為三類。中心孔：單排炮孔數(shù)量為奇數(shù)時(shí)，隧道中線部位為炮孔中間孔。邊孔：靠近兩側(cè)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(biāo)準(zhǔn)裝藥量Q，按體積法計(jì)算藥量，裝藥單耗取0.35～0.5kg/m3進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)，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(jié)構(gòu)。中心孔、邊孔采取空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)；普通孔為連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。

5微臺階法鉆爆設(shè)計(jì)

鹽巖洞段采用圓形多重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開挖輪廓寬度11.70m，高度11.40m，斷面積約120m2，相當(dāng)于由單線隧道變?yōu)殡p線隧道。根據(jù)鹽巖力學(xué)性能分析和掌子面穩(wěn)定性評估，鹽巖段采用臺階法施工[5-6]。為提高施工進(jìn)度，應(yīng)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(shí)開挖，循環(huán)進(jìn)尺1.60m；仰拱滯后掌子面約35.00～40.00m，循環(huán)進(jìn)尺3.00m。鹽巖段上臺階、下臺階、仰拱控制爆破設(shè)計(jì)裝藥參數(shù)，分別見表1～表3。上、下臺階、仰拱控制爆破設(shè)計(jì)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(xiàn)象，炸藥單耗高于常規(guī)Ⅳ、Ⅴ級圍巖，上臺階開挖可達(dá)到1.1～1.2kg/m3，周邊易產(chǎn)生欠挖。通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和掌子面穩(wěn)定性判斷，鹽巖段雖強(qiáng)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(jié)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(shí)爆破、出渣，較常規(guī)臺階法有效提升施工進(jìn)度，達(dá)到平均月進(jìn)度60m，較常規(guī)V級圍巖臺階法開挖45～50m/月，提高20%～30%。同時(shí)應(yīng)用微創(chuàng)爆破技術(shù)，有效保證了臺階成型質(zhì)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(fēng)險(xiǎn)。

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作者:楊了 單位:中鐵二局第二工程有限公司