时间：2023-05-06 15:41:52
序论：在您撰写盐岩隧道微台阶微创爆破设计研究时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的1篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
摘要：地处中老边境的友谊隧道穿越盐岩地层约1.7km，掌子面岩盐量最高达80%以上，隧底盐层深度超百米。本文重点对友谊隧道在该地层中微台阶爆破设计和施工技术进行研究，为类似地下工程提供可参考和借鉴的工程范例。
0引言
中老铁路是首条以中方为主投资建设，与中国铁路网直接连通的国际铁路，全线采用中国标准。中老铁路的建设是践行“一带一路”倡议的里程碑，是区域互联互通的典范工程，实现了老挝从“陆锁国”到“陆联国”转变的梦想，全面推进了中老经济走廊建设，泛亚铁路中线和中南半岛经济圈也初具雏形。友谊隧道是中老铁路的重点工程和标志性工程，是连通中国与老挝两国之间的铁路门户通道，隧道建设面临穿越巨厚盐岩地层这一世界性难题，盐岩具有易溶解、强腐蚀、蠕变等特性，目前国内外在盐岩地层中修建隧道较为少见。学者针对支护体系及施工工法的研究，取得了一定成果，分析了含盐地层隧道侵蚀性及膨胀性的产生原因、作用机理，阐述了地下水与侵蚀性及膨胀性的特殊关系，总结了含盐地层隧道的设计施工关键要点，并初步提出系统解决方案[1]。为确保友谊隧道安全、快速施工，本文对友谊隧道在盐岩地层的微台阶法爆破施工技术进行研究。
1工程概况
友谊隧道位于昆万铁路中老边境，为单线隧道，全长9675m，设计速度160km/h，最大埋深230m。隧道特殊岩土主要有盐岩和石膏，第三系（E1m）、（E1-2）地层含有岩盐和石膏，白垩系上统（K2）、下统（K1）地层夹石膏。岩盐和石膏具有溶蚀、腐蚀、膨胀等特性，该地层对混凝土、钢筋具强侵蚀性。盐岩含石膏地层地下水对混凝土结构具硫酸盐侵蚀（H2）、氯盐侵蚀（L3）及盐类结晶破坏侵蚀（Y3）[2]。友谊隧道盐岩进行室内试验，单轴抗压强度19.76MPa，弹性模量5.62GPa，泊松比0.44；三轴弹性模量5.56GPa，黏聚力15.58MPa，内摩擦角27.05°[3]。
2传统微台阶法爆破开挖存在的主要问题及原因
传统微台阶法爆破开挖[4]不能够形成较为稳定的台阶，台阶前缘破坏严重，甚至发展到掌子面，威胁到掌子面的稳定。主要原因是爆破参数不合理，控制工艺差，比如大孔网参数、药量过大形成抛掷，网络逐排起爆、钻孔偏差大等。传统微台阶法爆破开挖的上台阶拱架锁脚质量无法保障，产生背后脱空现象。主要原因是上台阶掌子面底板爆破受传统过量装药利于翻碴思想的束缚，引起爆破产生过大振动，导致围岩严重松驰，并在微台阶爆破时（甚至不实施光面爆破）又进一步发展所致。
3上台阶底板微创爆破技术
3.1上台阶炮孔分区示意及底板孔技术要求隧道上台阶爆破开挖设计通常将炮孔划分为四个区域，即掏扩槽区、掘进区、光爆区、底板区。在四个区域中，底板区的最下一排炮孔（底板孔）的爆破作用对下台阶自由面（下台阶平面）影响最大。因此，要确保下台阶有效几何尺寸，首先必须要求爆破底板孔时不对下台阶平面造成过度损伤，同时又要求底板孔爆破后，岩石松动度能够满足挖掘机较轻松地作业，避免挖掘机过度用力作业反而损伤下台阶平面。其次，上台阶底板区底角三角区域，由于夹制作用，常规爆破作业为避免拱脚欠挖，在此区域炸药量较多和孔距过密，造成超挖严重，拱架底部悬空，影响隧道稳定性。对于上台阶底板区底角三角区域，应避免欠挖，更要控制超挖。
3.2上台阶底板孔关键爆破技术参数底板孔排距D（距离上排炮孔距离）：取50～70cm，Ⅳ级围岩取大值，Ⅴ级围岩取小值。底板孔眼距：中间孔按均匀分配，眼距ad=100～120cm；底角孔与邻近两孔（竖向邻近孔、水平向邻近孔）眼距取一致，aj=50～60cm；上述眼距Ⅳ级围岩取大值，Ⅴ级围岩取小值。底板孔外插值Δ=10～15cm。底角孔采取导爆索药串结构，水平向邻近孔采取空气间隔装药结构，竖向邻近孔按常规光爆孔设计，中间孔采用连续装药结构。底板孔起爆顺序：自中间依次顺序起爆，且必须保障滞后上排孔一个段位。
4下台阶微创爆破技术
4.1下台阶微创的定义下台阶爆破不得有抛掷现象存在，但又必须让爆破后的岩块有效脱离并适当松动为度，形成20～30cm的轻微隆起现象，以便挖掘机能顺利实现清砟作业。爆破开挖后的台阶实际长度（台阶前缘与掌子面最小距离）与台阶理论设计长度的比值控制在85%及以上，定义为爆破开挖时对微台阶的创伤程度轻微。
4.2下台阶微创爆破技术原理沿隧道中线对称按“W”型起爆，让最先起爆的炮孔向微台阶中线两侧“分散”，有效避免在微台阶中心区产生斜面或凹坑。严格控制前后排以及邻近孔起爆时差，既保障邻近孔最大波峰振动不叠加，而前后排振动又有一定搭接，同时按掘进孔高度不同，确定掘进孔深度和精准装药量，从而达到既不过度破坏围岩，又能实现围岩松动、破碎便于出渣。
4.1下台阶微创的定义下台阶爆破不得有抛掷现象存在，但又必须让爆破后的岩块有效脱离并适当松动为度，形成20～30cm的轻微隆起现象，以便挖掘机能顺利实现清砟作业。爆破开挖后的台阶实际长度（台阶前缘与掌子面最小距离）与台阶理论设计长度的比值控制在85%及以上，定义为爆破开挖时对微台阶的创伤程度轻微。
4.2下台阶微创爆破技术原理沿隧道中线对称按“W”型起爆，让最先起爆的炮孔向微台阶中线两侧“分散”，有效避免在微台阶中心区产生斜面或凹坑。严格控制前后排以及邻近孔起爆时差，既保障邻近孔最大波峰振动不叠加，而前后排振动又有一定搭接，同时按掘进孔高度不同，确定掘进孔深度和精准装药量，从而达到既不过度破坏围岩，又能实现围岩松动、破碎便于出渣。
4.1下台阶微创的定义下台阶爆破不得有抛掷现象存在，但又必须让爆破后的岩块有效脱离并适当松动为度，形成20～30cm的轻微隆起现象，以便挖掘机能顺利实现清砟作业。爆破开挖后的台阶实际长度（台阶前缘与掌子面最小距离）与台阶理论设计长度的比值控制在85%及以上，定义为爆破开挖时对微台阶的创伤程度轻微。
4.2下台阶微创爆破技术原理沿隧道中线对称按“W”型起爆，让最先起爆的炮孔向微台阶中线两侧“分散”，有效避免在微台阶中心区产生斜面或凹坑。严格控制前后排以及邻近孔起爆时差，既保障邻近孔最大波峰振动不叠加，而前后排振动又有一定搭接，同时按掘进孔高度不同，确定掘进孔深度和精准装药量，从而达到既不过度破坏围岩，又能实现围岩松动、破碎便于出渣。
4.3下台阶掘进区关键爆破技术参数
4.3.1“W”型分散对称起爆网络下台阶掘进区以隧道中线为对称轴，将掘进区均分为左右两部分。每排炮孔最先起爆的2个孔（Oi1，i表示炮孔排数）分散到对称轴的两侧，布置于掘进区左右部分的中部附近。每排炮孔最先起爆孔在同一列，并以此列孔为基线，依次向两侧对称设计网络，形成“W”型起爆网络，为后续各孔创造出“W”型临空面。该临空面破裂角大、临空面表面积大，有利于改善爆破效果，特别是中线上的孔为双临空面条件，在同孔网参数条件下，它的炸药单耗相对于常规“一”字型、“V”字型、“梯形”等网络设计相比有所降低，大大减小爆破对台阶中部前缘损伤，改善台阶稳定性。
4.3.2“W”型分散对称起爆网络关键孔网参数“W”型分散对称起爆网络关键孔网参数是指炮孔布置形式，首排孔抵抗线，炮孔眼距、排距。根据研究确定关键参数如下：（1）每排炮孔数应一致，炮孔数量为奇数，网络设计最优；当断面宽度不满足布置奇数的要求，需布置成偶数时，隧道中线两侧最近炮孔起爆段位宜相差1个段位。（2）首排孔最小抵抗线：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微差接力精确起爆时差控制（1）后排炮孔最先起爆炮孔较前排最先起爆炮孔至少间隔两个段位，但又不大于前排最后起爆孔一个段位。如：第i排首先起爆的孔(Oi1)接力（滞后）第i−1排中首先起爆的（O(i−1)1）至少间隔两个序号（两个段位）但不大于i−1排中最后起爆孔的序号加1（一个段位），既实现孔间微差、又实现了排间接力微差，且保障了相邻排间孔间应力波主峰错开不叠加，削弱了排间破坏效应，维护台阶的稳定。（2）相邻炮孔起爆按微差起爆设计，间隔至少一个段位，实现孔间微差。
4.3.4台阶炮孔深度设置由台阶爆破机理可知：自上而下，炮孔爆破的难度加大，而下台阶前两排由于上台阶爆破形成的松弛圈和松散层存在，更加剧了上下排炮孔爆破区别。因此，为保障台阶有效几何尺寸，对下台阶前三排爆破孔孔深与下部孔区别设计。同时微台阶法需上台阶和下台阶同步掘进，而上台阶爆破利用率低于下台阶，因此，下台阶爆破深度应小于上台阶爆破深度，在以上研究分析基础上，确定下台阶各排炮孔深度。下台阶掘进区炮孔纵断面示意，见关键参数：（1）以下台阶第三排孔孔深为标准孔深（L下）：L下=L上−ΔL，单位cm。L上为上台阶掘进孔孔深；ΔL=10cm。（2）下台阶第一排爆破孔深（L下1）：L下1=L下−10，单位cm。（3）下台阶第二排炮孔孔深（L下2）：L下2=L下−5，单位cm。（4）下台阶其余排炮孔深度等于标准孔深L下。
4.3.5台阶炮孔精确装药量充分考虑临空面、爆破破裂角等影响因素，对不同部位炮孔装药量进行精细设计，关键原则如下：（1）将掘进区炮孔分为三类。中心孔：单排炮孔数量为奇数时，隧道中线部位为炮孔中间孔。边孔：靠近两侧光爆孔的两列炮孔。普通孔：除中心孔、边孔以外的炮孔。（2）爆破装药原则。以普通孔单孔装药量为标准装药量Q，按体积法计算药量，装药单耗取0.35～0.5kg/m3进行设计计算，Ⅴ级偏小取值，Ⅳ级偏大取值。中心孔为双临空面，单孔装药量取标准装药量的50%，即Q中=0.5×Q。边孔破单孔爆破体积与中心孔基本相当，但破裂角较小，单孔装药量取中心孔药量的120%，即Q边=1.2×0.5×Q。（3）台阶炮孔装药结构。中心孔、边孔采取空气间隔装药结构；普通孔为连续装药结构。
5微台阶法钻爆设计
盐岩洞段采用圆形多重结构设计，开挖轮廓宽度11.70m，高度11.40m，断面积约120m2，相当于由单线隧道变为双线隧道。根据盐岩力学性能分析和掌子面稳定性评估，盐岩段采用台阶法施工[5-6]。为提高施工进度，应用微台阶法，上台阶、下台阶、仰拱开挖高度分别为5.85、3.60、2.90m；上下台阶同时开挖，循环进尺1.60m；仰拱滞后掌子面约35.00～40.00m，循环进尺3.00m。盐岩段上台阶、下台阶、仰拱控制爆破设计装药参数，分别见表1～表3。上、下台阶、仰拱控制爆破设计炮孔布置，分别见图7、图8、图9。盐岩为非脆性岩，爆破存在吸能现象，炸药单耗高于常规Ⅳ、Ⅴ级围岩，上台阶开挖可达到1.1～1.2kg/m3，周边易产生欠挖。通过现场监测数据和掌子面稳定性判断，盐岩段虽强度较低，但整体性较好，可尝试采用全断面（不含仰拱）开挖。
6结语
针对盐岩段圆形大断面开挖，采用微台阶法施工，上下台阶同时爆破、出渣，较常规台阶法有效提升施工进度，达到平均月进度60m，较常规V级围岩台阶法开挖45～50m/月，提高20%～30%。同时应用微创爆破技术，有效保证了台阶成型质量，确保了施工安全，并减小了围岩损伤，降低了盐岩裂隙透水风险。
参考文献:
［1］李朗聆.海外铁路工程进度风险管控分析:以中老铁路为例[D].天津:天津大学,2019.
［2］唐国荣.浅谈铁路隧道的腐蚀及其防治[J].中国建筑防水材料,1995（4）:39−40.
［3］王志杰,李金宜,邓宇航,等.盐岩隧道施工病害揭示及致灾因子研究[J].现代隧道技术,2021,58（5）
［4］杨家松.单线铁路隧道新微台阶带仰拱一次爆破开挖施工技术研究[J].隧道建设(中英文),2020,40（1）
［5］焦瑞虎,李建华.特殊性岩土:膏溶角砾岩隧道施工技术[J].隧道建设,2007,27（增刊1）
［6］李锋刚.友谊隧道穿越盐岩地层修建关键技术[J].工程建设与设计,2022（14）:156−159.
作者:杨了 单位:中铁二局第二工程有限公司
