1、基于青藏鐵路建立的高原凍土爆破試驗(yàn)工程完成時間：19751976年工程地點(diǎn)：青藏線風(fēng)火山和清水河工地完成單位：鐵道部科學(xué)研究院(鐵建所、西北所)；中國人民解放軍(89121部隊(duì)、89207部隊(duì)、89210部隊(duì))工程主持人及參加人員：顧毅成、羅書鎰、楊杰昌、劉舍寧、李保國等撰稿人：顧毅成1試驗(yàn)工程概況 高原凍土爆破技術(shù)，是修建青藏鐵路需要解決的技術(shù)問題之一。早在19741977年間，針對修建青藏鐵路，鐵道部在青藏高原可可西里地區(qū)的風(fēng)火山(海拔4700m)和清水河(海拔4500m)建立了試驗(yàn)工程段，進(jìn)展了高原凍土條件下修筑鐵路的科學(xué)試驗(yàn)。 在1974年8月的蘭州協(xié)作會議上，決定“高原凍土爆破技術(shù)研

2、究專題由鐵道部科學(xué)研究院鐵建所主持，參加專題研究工作的還有鐵道部科學(xué)研究院西北所、中國人民解放軍89121部隊(duì)、89207部隊(duì)、89210部隊(duì)。 1975年及1976年59月，在風(fēng)火山和清水河兩個試驗(yàn)場進(jìn)展了以下內(nèi)容的凍土爆破試驗(yàn)： (1)在凍土中不同鉆孔機(jī)械的鉆孔試驗(yàn)。對其在凍土中的鉆鑿速度及其工作狀況進(jìn)展了考核； (2)對聚-2號漿狀炸藥(以聚丙烯酰胺為膠結(jié)劑的漿狀炸藥)及其他有關(guān)爆破器材(硝銨炸藥、雷管、導(dǎo)爆索等)的防水抗凍性能、爆轟性能、平安性能進(jìn)展了試驗(yàn)，并在現(xiàn)場應(yīng)用；(3)凍土爆破根本參數(shù)試驗(yàn)(圖1)。包括在風(fēng)火山和清水河地質(zhì)條件下的標(biāo)準(zhǔn)爆破漏斗試驗(yàn)(共13個)，爆擴(kuò)藥壺試驗(yàn)(近5

3、00次)，并進(jìn)展了藥包布置形式、鉆孔間距、排距與孔深的關(guān)系，以及爆破破壞半徑、壓縮圈半徑的試驗(yàn)與測量；圖1 高原凍土地區(qū)的爆破試驗(yàn) (4)在風(fēng)火山試驗(yàn)場進(jìn)展了40m長鐵路路塹深孔和深孔藥壺爆破及開挖的試驗(yàn)； (5)在清水河試驗(yàn)場進(jìn)展了兩個橋涵明挖基坑爆破與開挖試驗(yàn)。 該項(xiàng)技術(shù)成果1980年通過鐵道部委托鐵道部科學(xué)研究院進(jìn)展的技術(shù)鑒定。2凍土鉆孔用鉆機(jī)的試驗(yàn)與考核 高原凍土地區(qū)空氣稀薄，氣候嚴(yán)寒。這里海拔4000m以上，大氣氣壓為560600MPa，年平均氣溫-2-7，絕對最低溫度-34-41，多年地溫為-5。在這種惡劣的自然條件下施工，不僅機(jī)械啟動困難，效率降低，在鉆孔爆破施工工藝上，也出現(xiàn)了

4、一系列新問題，如鉆孔的塌孔、回淤、回凍等。 兩年來，對XJ-10-1型地質(zhì)鉆機(jī)和DPP-100型汽車鉆進(jìn)展了屢次鉆孔試驗(yàn)。地質(zhì)鉆機(jī)在含土冰層中，純鉆進(jìn)效率可達(dá)23mh，但遇黏土，土夾石或基巖時，速度很慢，甚至無進(jìn)尺，鉆進(jìn)效率低，不能滿足大規(guī)模施工的需要。它的主要優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，故障少。1976年，在風(fēng)火山還試驗(yàn)考核了DG - 1型電桿工程車(天津工程機(jī)械研究所研制)在高原凍土的鉆孔性能。試驗(yàn)說明，電桿工程車由于其懸臂式構(gòu)造的限制，存在最大鉆孔深度只能到達(dá)4m等缺點(diǎn)，不能滿足施工需要(圖2)。1976年，我們還進(jìn)展了自制螺旋鉆頭在)(J1001型地質(zhì)鉆機(jī)上的改裝和試驗(yàn)。通過上述使用和試驗(yàn)，我們提

5、出：高效率的凍土爆破用施工鉆機(jī)，是凍土爆破施工的薄弱環(huán)節(jié)，亟待解決。圖2高原凍土地區(qū)的鉆孔試驗(yàn) 1975年，我們在現(xiàn)場還進(jìn)展了3種型號10枚聚能彈(內(nèi)裝50黑索金+50梯恩梯混合裝藥，重約10kg)在厚層地下冰中爆破穿孔試驗(yàn)。1977年后，鐵道兵部隊(duì)對聚能彈在凍土地區(qū)的穿孔繼續(xù)開展了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)說明，聚能彈雖然可以鉆成46m的鉆孔，但孔深不易控制，本錢高，對環(huán)境影響大，難以在工程中推廣應(yīng)用。3爆炸材料的防水抗凍問題及聚-2號抗凍漿狀炸藥的試驗(yàn)應(yīng)用 多年凍土地區(qū)夏季鉆孔，由于鉆孔后地下水熱融，地表及地下水發(fā)育，鉆孔積水嚴(yán)重。一般2號巖石炸藥必須采取防水措施。在東大溝爆破試驗(yàn)場，我們曾用小口徑塑

6、料袋(F32mm)裝藥后放在現(xiàn)場鉆孔內(nèi)(地溫-2-4)進(jìn)展凍結(jié)防水試驗(yàn)。試驗(yàn)說明：電雷管在3541天后性能不變，準(zhǔn)爆有效；導(dǎo)爆索在孔內(nèi)局部能正常傳爆，孔口局部由于日曬夜凍，局部變質(zhì)拒爆；炸藥隨防水措施好壞，產(chǎn)生局部拒爆，影響爆破效果。塑料袋在冷凍作用下容易脆裂，不是理想的防水包裝材料。 為了更有效地解決炸藥的防水抗凍問題，1976年在蘭州白銀公司礦冶所的大力支持協(xié)助下，我們在高原凍土地區(qū)試驗(yàn)和使用了27t由該所研制的聚-2號抗凍漿狀炸藥。試驗(yàn)說明，聚-2號抗凍漿狀炸藥經(jīng)歷了汽車長途運(yùn)輸(1500km)的考驗(yàn)，其外觀質(zhì)量、物理性質(zhì)和爆轟性能未受影響；在高原凍土地區(qū)貯存3個月以內(nèi)，其外觀質(zhì)量、物理

7、性質(zhì)和爆轟性能沒有明顯的變化；聚-2號抗凍漿狀炸藥具有良好的抗水抗凍性能。根據(jù)試驗(yàn)情況建議在高原凍土地區(qū)的施工中，允許將該種炸藥提前裝入鉆孔的期限為7天；由于炸藥自身密度大，且具有可塑性能，因而裝藥密度高，爆破效果好，在施工中裝藥方便，特別適于含水炮孔和深孔藥壺的裝藥，在施工現(xiàn)場受到歡送。 在現(xiàn)場還對聚-2號抗凍漿狀炸藥進(jìn)展了標(biāo)準(zhǔn)爆破漏斗、爆轟臨界直徑、起爆方式、槍擊和燃燒等試驗(yàn)，取得了大量數(shù)據(jù)，對聚-2號抗凍漿狀炸藥在高原凍土地區(qū)的貯存和使用有重要的意義。4鐵路路塹深孔和深孔藥壺爆破及開挖的試驗(yàn) 在風(fēng)火山試驗(yàn)場進(jìn)展了40m長鐵路路塹深孔和深孔藥壺爆破及開挖的試驗(yàn)。試驗(yàn)的拉槽路塹挖深57m，地

8、表開挖寬度1520m，邊坡坡度1：，并分別以擋墻或各種保溫材料保護(hù)邊坡，路塹基底以換填當(dāng)?shù)丶?xì)顆粒土處理；爆破有效方量1820m3，總裝藥量1108kg。 現(xiàn)場觀測試驗(yàn)說明，在暖季施工條件下，暴露的基坑迅速熱融，對基底在48h可熱融1618cm深；對爆堆，其熱融程度更為可觀(圖3)。路塹爆破后如不及時清運(yùn)，并抓緊做好隔熱層(圖4)及路基后續(xù)工程的施工，或者施工處理不當(dāng)，路塹極易形成融沉坍滑，給施工作業(yè)帶來很大困難，乃至留下路基病害隱患。圖3 試驗(yàn)路塹因融沉坍滑形成的泥流河圖4 凍土爆堆上鋪設(shè)了臨時保溫材料為了掌握風(fēng)火山和清水河兩地區(qū)典型凍土地質(zhì)條件下的爆破單位耗藥量，在風(fēng)火山和清水河分別進(jìn)展了深

9、孔爆破和深孔藥壺爆破漏斗試驗(yàn)。試驗(yàn)說明，在風(fēng)火山飽冰凍土地區(qū)(59月份)，深孔松動爆破K值為058kgm。；在要求揚(yáng)棄百分?jǐn)?shù)到達(dá)30。40時，K值應(yīng)相應(yīng)提高到m3；深孔藥壺爆破K值為1213kgm3；在清水河凍結(jié)泥灰土地區(qū)(78月份)，深孔藥壺爆破K值為m3。這些地區(qū)的生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)說明，上述數(shù)據(jù)根本可靠。5高原凍土地區(qū)橋涵基坑爆破快速開挖試驗(yàn) 青藏鐵路通過高原凍土地區(qū)的小橋涵，據(jù)1960年定測資料，有460多座。這些小橋涵根底的施工，大多數(shù)將采用明挖根底方案。由于高原凍土的特殊條件，明挖根底應(yīng)采用保持凍結(jié)和快速施工的原那么。因此，探索爆破快速施工開挖基坑的研究，是高原凍土地區(qū)橋基施工方法研究的課題之一。 高原凍土地區(qū)中小橋涵基坑的主要特征是：挖深一般為35m，即基坑已進(jìn)入多年凍土上限以下，形狀一般為長方形或正方形，對涵洞進(jìn)出口根底，基坑形狀一般為“品字形。開挖要求具有較陡的邊坡，一般為1：，全基坑的開挖方量大致在200m3左右。 1975年，在風(fēng)火山試驗(yàn)工地，進(jìn)展了3個基坑的爆破開挖試驗(yàn)；1976年，在清水河試驗(yàn)工地，進(jìn)展了2個基坑的爆破開挖試驗(yàn)，分別為砌筑混凝土預(yù)制塊根底和灌注冷混凝土根底，根底開挖方量為l00m3和140m3。2個明挖基坑一次爆破揚(yáng)棄百分?jǐn)?shù)分別到達(dá)50和30，做到當(dāng)天爆破，當(dāng)天基坑開挖成型(圖5)，迅速在基坑中吊裝混凝土預(yù)制塊(圖6)，初步到達(dá)了基