淺談二氧化碳氣爆技術在路基控制爆破中的應用

【摘要】利用密閉容器內液態(tài)二氧化碳經加熱迅速氣化后瞬間釋放巨大膨脹力可以對擬爆體進行劈裂破碎原理研發(fā)出二氧化碳氣體膨脹爆破技術（簡稱氣爆技術），并將這一技術運用到路基石方控制爆破中，滿足了特殊環(huán)境下對爆破震動的要求，同時也達到了安全環(huán)保的施工效果。

【關鍵詞】二氧化碳；路基；爆破

在路基爆破開挖施工過程中，當線路周邊遇有敏感性建筑或重要管線經過時，為避免路基石方開挖爆破對鄰近建筑設施的震動破壞影響，需要在距建造設施一定距離范圍內采取控制爆破措施，施工時常規(guī)的做法是采用機械開挖或使用膨脹劑進行預裂破碎。上述方法存在施工成本高和施工效率低等缺點，不適合大規(guī)模路基開挖。近年來隨著施工技術的進步，二氧化碳氣體膨脹致裂爆破技術逐步引入路基控制爆破中，該技術具有安全環(huán)保、爆破震動小，施工成本低、有特殊條件限制時工作效率相對較高等優(yōu)點，現(xiàn)已逐步發(fā)展成熟。本文主要結合深圳外環(huán)高速公路某標段路基石方開挖采用二氧化碳氣爆技術進行靜力破碎取得的施工經驗，并參考相關文獻，簡要論述二氧化碳氣爆的原理以及施工方法。

1、項目簡介

深圳外環(huán)高速公路某標段路基最高邊坡開挖高度為64.5m，山體主要為強風化巖，設計為6級邊坡，邊坡防護形式為錨索框架梁和錨桿格梁；路基右側有中石化LNG高壓燃氣管線和中石油輸油管線平行經過，距路基邊坡開挖線最近距離為5m，施工受影響長度為200m，影響開挖方量約為3萬m3。設計方案要求管線環(huán)向距離50m范圍采用靜力破碎開挖方式，震動波速最大不超過2m/s，并要求對管道位移進行實時監(jiān)測。按照設計方案要求顯然不能使用傳統(tǒng)炸藥爆破施工，施工單位選擇膨脹劑劈裂破碎和二氧化碳氣體膨脹爆破兩種方案進行對比分析，考慮到開挖工程量大、工期緊等特點，決定采用二氧化碳氣體膨脹爆破技術進行爆破。

2、工作原理

二氧化碳氣爆系統(tǒng)是由多根強度高可周轉利用的膨脹管、加熱裝置、泄能裝置、充氣裝置、電路連接組件，以及其他輔助組件構成。高純度的工業(yè)二氧化碳氣體在低溫高壓條件下轉變?yōu)橐簯B(tài)，通過高壓泵將液態(tài)二氧化碳壓縮至膨脹管內，膨脹管內裝入安全膜、破裂片、加熱管和密封圈，擰緊合金帽即完成爆破系統(tǒng)。在作業(yè)現(xiàn)場，把膨脹管逐根插入孔中填塞固定，連接導線并接通起爆器電源。當弱電流通過加熱管，產生高溫擊穿安全膜，瞬間將液態(tài)二氧化碳氣化，氣體急劇膨脹，釋放壓力高達300Mpa，可致泄壓閥自動打開，被膨脹體受劇烈高壓向外迅猛推進使其開裂，以此實現(xiàn)控制爆破目的。

3、施工方案

3.1施工流程

施工準備→鉆孔→裝管→填塞→起爆網絡連接→起爆→提管

3.2施工方法

①施工準備

和常規(guī)爆破相同，首先要為二氧化碳爆破創(chuàng)造臨空面。施工現(xiàn)場常用破碎錘沿開挖坡面開鑿成條形臺階，臺階高度一般控制在2m以內，寬度隨現(xiàn)場實際地形而定，為加大一次爆破量可同時開挖成多級臺階。

②鉆孔

每個開挖臺階炮孔一般采用單排布置方式，炮孔間距1.5m～2.0m，炮孔深度為2.0m，炮孔直徑為10cm，采用潛孔鉆機進行鉆孔，鉆孔角度盡可能垂直于原地面。鉆孔完成后對炮孔進行臨時封堵，避免雜物和雨水落入孔內，待所有炮孔鉆完后集中安裝膨脹管。

③裝管

炮孔鉆完后，先向炮孔內回填深度約20cm小米石，如孔內有積水，需先將積水清除，然后用專業(yè)工具依次放入膨脹管和提拉裝置。安裝時需對膨脹管電器元件采取必要的保護措施。

④炮孔回填

膨脹管安裝完成后，用粒徑為5mm～10mm小米石和石屑分層回填爆孔，為回填密實可配合震動器借助膨脹管進行振搗，回填過程中盡量控制膨脹管位于炮孔中心位置。

⑤爆破網絡連接

膨脹管爆破網絡采用導線連接和電啟動方式，網絡布置應根據(jù)爆破臺階設置方式合理布置。通常的布置方式是同一排的炮孔采用串聯(lián)方式，各排之間采用并聯(lián)方式，爆破時同時起爆。

⑥起爆

正式起爆前，應先檢查起爆器功能是否正常，確保電量能達到起爆要求的電壓值；在連接主導線前必須由專業(yè)技術人員對爆破網絡電阻值進行檢測，確定無誤后，才能將起爆導線與起爆器連接，然后等待起爆指令。

⑦膨脹管回收

爆破排險完成后，即可對膨脹管進行回收。提出的膨脹管由專業(yè)技術人員進行檢查，確保完好后集中存放以備下次裝氣循環(huán)利用。

4、安全措施

采用二氧化碳氣體膨脹爆破技術，安全防護工作主要是控制飛石和飛管。只要施工前清除工作面浮石，適當加大炮孔間距，減小巖石破碎程度，再配合使用防爆毯，嚴格按照爆破設計方案進行布孔、裝管和填塞作業(yè)，采取嚴密的安全防護措施，基本可以避免產生飛管、飛石現(xiàn)象。具體措施如下：

（1）經過計算確定合理的爆破參數(shù)，最外層炮孔最小抵抗線宜大于2.0m， 炮孔內膨脹管埋深宜控制1.5m～2.0m之間，適當加大埋置深度能更有效的控制膨脹爆破作業(yè)的噪音。

（2）炮孔填塞材料選用宜選用干濕的石粉碴或瓜米石回填炮孔；填塞時逐層填實，炮孔最上部分填塞材料應反復振搗填實。

（3）在炮孔區(qū)域覆蓋兩層防爆毯，可有效抑制破碎飛散物及揚塵。

（4）將全部提拉管頂端用鋼絲繩進行串聯(lián)并集中鎖定于巖體。

5、安全評估

根據(jù)現(xiàn)場爆破震動監(jiān)測結果，在氣爆施工過程中，二氧化碳高壓氣體膨脹爆破系統(tǒng)爆破時所引起炮孔周圍介質的震動波速約為5mm/s，僅為炸藥爆破的1/10乃至更低，遠低于行業(yè)規(guī)定的爆破震動的安全臨界值。因此，二氧化碳氣爆施工產生的震動能夠滿足對擬爆體保護的特殊要求，同時現(xiàn)場無有毒有害物質殘留。

結語：

將二氧化碳氣體膨脹致裂爆破技術應用到有特殊環(huán)境要求的路基控制爆破中，具有振動小、衰減快、無公害、無殘留等優(yōu)點，但也存在生產效率低、需要機械二次破碎和施工工藝相對復雜等缺點，在后期推廣使用過程中還需逐步完善改進。

參考文獻：

[1]趙海洋.二氧化碳爆破技術在高速公路施工中的應用[J].交通世界，2016.（4）.

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