二氧化碳致裂器爆破技术在建筑基底石方爆破中的应用

二氧化碳致裂器爆破技术在建筑基底石方爆破中的应用

发表时间：2019-01-11T10:33:29.377Z 来源：《防护工程》2018年第30期作者：周禄项玲芳任宪冰[导读] 城市市区建筑物毗邻较近，周边市政道路、管线等环境复杂，拟建建筑基底石方爆破不允许使用炸药爆破

周禄项玲芳任宪冰

中国建筑第八工程局有限公司青岛分公司山东省青岛 266061 摘要：城市市区建筑物毗邻较近，周边市政道路、管线等环境复杂，拟建建筑基底石方爆破不允许使用炸药爆破。二氧化碳致裂器(以下简称“致裂器”)作为一种安全可靠、操作简单且比较经济的爆破方法应运而生并得到了广泛的推广应用。但在施工操作过程中如因操作不当、防护不到位，同样会产生一定的危险。本文对致裂器使用的施工工艺、操作要点等进行了阐述，希望对此类工程有一定的指导意义。

关键词：二氧化碳；致裂器；石方爆破

前言

随着我国建设事业的飞速发展，城市建筑密度越来越大，建筑高度越来越高，基底深度越来越深。当拟建建筑物基底位于岩层以下时，如何拆除岩层是面临的一大难题。近几年来，随着我国经济建设的不断发展，城市控制爆破技术在城市建设和改造中，已发挥出越来越大的作用，但是控制爆破产生的振动、冲击、飞石等对周围造成的影响并没有完全消除。然而致裂器的发明很好地解决了这个长期困扰我们的问题。致裂器爆破成本低廉、快速高效但由于操作不当等原因极易造成质量缺陷及安全隐患，蒙受经济损失。为提高爆破质量，保证安全生产，需要正视致裂器爆破的安全技术交底、施工操作要点等。

一.工程概况

青岛某商业工程位于青岛黄岛区双珠路与易通路交汇处西南，西海岸路以北。本工程基底存在岩层，主要为黄褐色～青灰色中等风化花岗岩，块状构造，主要矿物为长石、石英，岩石坚硬程度等级为较硬岩，需破除。因基坑支护结构、周边建筑物及市政道路管网等影响，普通炸药爆破难以满足施工需求，故采用致裂器爆破。

二.致裂器爆破基本原理

二氧化碳在一定的高压和环境下可转变为液态，通过充装机将液态的二氧化碳压缩至圆柱容器内，装入高压释能和热源管，拧紧充液孔即完成了致裂前的准备工作。然后将致裂器和启裂器及电源线带到致裂现场，把致裂器插入钻孔中固定好，链接启裂器电源。当微电流通过高导热棒时，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态二氧化碳汽化，急剧膨胀产生高压致裂泄压阀自动打开，被致裂物品或堆积物受几何级当量冲击波向外迅速猛烈推进。从致裂到结束的整个过程只需要20毫秒，而且是低温下运行，高温、高热、高湿、高寒不相融合，不产生任何有害气体，不产生电火花等。致裂过程是一种气体膨胀的过程，保证安全，是一种很好的致裂方式。二氧化碳致裂设备威力巨大，可以有效的对各类岩石进行爆破，改变了过去原始的致裂方式，极大的提高施工工效，安全可靠。

三.试验段钻孔布置及破裂效果

利用致裂器进行岩石爆破，首先进行试验段施工，利用液压行走式潜孔钻和空压机进行钻孔，钻孔深度为2.5m(可根据破裂深度确定，受限于致裂器需人工安装，一般深度不超过4m)。试验段破裂钻孔布置根据经验做法确定，采用纵横双向梅花桩型布置，横向间距@2000mm，纵向间距@1800m。由于距临空面第一排个别钻孔岩石破裂较差导致第二排钻孔岩石没有临空面，第二排所处岩石破裂效果不佳，而且对第一排钻孔内的二氧化碳主管造成了损坏。后经研究决定改为纵向单排破裂，纵向间距@900m，破裂后效果良好。

四.工艺流程及操作要点

1.工艺流程

施工准备→钻孔→装管→填塞→击发网路连接→击发→致裂后检查→提管→将石方进行二次破碎→清渣外运。

2.操作要点

(1)施工准备

1)覆盖层清除按照先剥离、后开挖的原则，根据施工区域的特点，安排机械进行表土清除，风化层剥离，为致裂施工创造条件。

2)施工道路布置主要考虑服务于钻机就位和道路运输。布置钻机就位的道路施工时，要尽量兼顾随后的运输的需要。运输道路布置尽可能利用已有的道路，以便缩短工期。

(2)钻孔

1)无论是一次性致裂，还是台阶式致裂，均应为钻机修建作业平台。平台的宽度不应小于6～8米，平台要平整，便于钻机行走和作业。对于分层台阶式开挖应根据设计需要的致裂台阶，从上到下逐层修建，上层致裂为下层平台的修建创造了条件，上一层的下平台是下一层的上平台。

2)条件允许时，尽量采用垂直孔。垂直孔致裂的优点是钻孔操作较容易，便于装管；缺点是致裂器泄能器沿台阶高度分布不均匀，影响能量的合理作用。斜孔致裂的优点是能量分布较为合理，延伸孔长度的最小抵抗线相等或近于相等，有利于消除根底和获得均匀的能量释放；缺点是钻孔工艺复杂，钻孔方向不易控制，装填速度低，废孔率高，尤其是在硬度低的岩石中钻孔。

3)开口时对于完整的岩面，给小风不加压，应先吹净浮渣，慢慢冲击岩面，钻出空窝后，旋转钻具下钻开孔。当钻头进孔后，逐渐加大风量至全风全压快速凿岩状态。对于硬岩，应选用高质量高强度的钻头，送全风全压，但转速不能过高，防止损坏钻头，对于软岩，应送全风加半压，每进尺1.0-1.5提钻吹孔一次，防止孔低积渣过多而卡孔。对于孔口岩石不稳定状态，应在钻孔过程中，采用泥浆护壁即在致裂孔钻凿进2-3m时,在孔口堆放一定量的含水粘黄泥，用钻杆上下移动，将黄泥带入孔内并侵入破碎岩缝内。

4)当不考虑对边坡的影响且边孔无侧向临空时，为了克服岩体的夹制作用，边孔距离凌空面尺寸应缩短0.5-0.8米。

5)致裂孔验收要检查致裂孔深度与孔网参数，复核抵抗线，孔中有水时不能施工，在验收过程中发现堵孔、深度不够，应及时补钻；致裂孔要及时保护，每个致裂孔钻完后立即将孔口用塑料袋或编织袋等材料堵塞好，防止雨水或其他杂物进入致裂孔。孔口的岩石清理干净，防止掉入孔内。一个致裂区钻孔完成后尽快实施致裂。

(3)装管

根据致裂孔深度将致裂器一节一节的装入孔内。根据凌空面高度H及孔深L调整致裂器节数，致裂器最上方连接提升杆。

(4)填塞

1)填塞材料一般采用钻屑、干燥细石粉，并将其堆放在致裂孔周围。将填塞材料慢慢放入致裂孔内，同时敲击外露提升杆部位，便于填塞材料下沉压实。亦可采用手持振动棒振动，提高填塞效率。

2)填塞材料中不得含有碎石块或潮湿石屑。致裂孔内有水时，在填塞过程中容易形成泥浆或悬空，使致裂器周围无法填塞密实导致致裂效果不好，甚至造成致裂器从孔中飞出。填塞过程中要防止导线砸破。

3)填塞完毕后，将每组至，将每组致裂器的提升管用钢丝绳连接起来，控制个别致裂器飞散或滑落。填塞后，提升杆外露长度A需满足0.3≤A≤0.5m。

(5)连接网路

导电网路的连接是一个关键工序，若一次致裂孔数较多，必须合理分区连接，以减少整个导电网路的电阻值，分区时要注意各个支路的电阻平衡，保证每个致裂器获得相同的电流值。在网路连接过程中，应利用电工用万用表检测网路电阻，网路连接完毕后，必须对网络所测电阻值与计算值进行比较，如果差别较大，应查明原因，排除故障，重新连接，网路连接的接头应用高质量绝缘胶布缠紧，保证连接可靠。

(6)击发

采用高能击发器击发。击发前，首先检查击发器是否完好正常，击发器应及时充电，保证提供足够电能，并能快速充到爆破需求的电压值；在连接主线前必须对网路电阻值进行检测，当警戒完成后，再次测量网路电阻值，确定正常后，才能将主线与击发器连接，然后等待击发命令。击发后，及时切断电源，将主线与击发器分离。

(7)致裂后检查

致裂后5分钟由工程技术人员先对致裂现场进行检查，只有在检查完毕确认安全后，才能发出解除警戒信号和允许其他人员进入施工现场。致裂后检查内容主要有致裂后石堆是否稳定，有无危坡、危石；有无危险边坡、不稳定爆堆、滚石和超范围塌陷；最敏感、最重要的保护对象是否安全。

(8)提管

提管过程中，提拉方向应与提升杆方向一致。严禁暴力操作，若提升杆不能提出，需对岩石进行二次破碎。将致裂器管收回，进行二次填充使用。

(9)二次破碎

1)在致裂过程中，不可避免的会产生一定数量的大块岩石，而这些大块岩石超过了生产要求规格或挖装机械的铲斗容量时，必须对这些大块岩石进行二次破碎。

2)采用机械破碎法，利用液压冲击锤(俗称破碎锤)对大块岩石进行二次破碎。破碎锤是一种非常重要的高效作业的新型破碎工具，安全性能好，基本无飞石，是岩石块二次破碎的理想的方法。

五.结语

致裂器爆破解决了在某些特殊情况及特殊环境下不允许使用常规炸药爆破来拆除建筑物、岩石等这个长期困扰我们的难题。这种新的爆破方法在某些特殊情况下与常规炸药爆破相比更具有优越性，它既保证了安全要求，又缩短了施工工期，极大地降低了工程施工成本。当然致裂器爆破也有它的局限性，这就要求我们施工技术人员在施工中针对不同的爆破对象，不同的环境、安全、工期要求，选用最适宜的爆破方法和爆破方案完成施工任务。致裂器爆破是一种新型的爆破方法，它是常规的炸药爆破的一种发展、延伸，前景十分光明。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准《爆破安全技术规程》(GB6722-2014)

[2]中华人民共和国行业标准《建筑拆除工程安全技术规范》(JGJ147- 2016)

[3]刘强.论地铁车站基坑灰岩CO2预裂的施工工法.《建筑学研究前沿》，2017年1月下