淺談地鐵施工中二氧化碳破碎施工技術(shù)應用

1、淺談地鐵施工中二氧化碳破碎施工技術(shù)應用王群善張建國武辰摘要長沙地鐵4號線某地鐵站是地下三層車站，基坑長度150m標準寬度22。9m深度27m,車站采用明挖順作法施工，車站周邊均以商住樓、景觀綠地為主，人口較密集，為考慮安全，采用二氧化碳破碎技術(shù)。二氧化碳破碎技術(shù)屬于物理爆破技術(shù)，具有爆破過程無火花外漏、爆破威力大、無需驗炮、操作簡便等優(yōu)點，文章就該施工技術(shù)進行了全面的介紹，并在施工中需要的注意事項做了詳盡的說明，可供類似工程參考借鑒。關(guān)鍵詞地鐵二氧化碳破碎爆破工程概況長沙地鐵4號線某地鐵站是地下三層車站，基坑長度150m標準寬度22。9n深度27m,車站采用明挖順作法施工，本工程大部分位于強風

2、化砂礫巖、中風化泥質(zhì)粉砂巖、中風化砂礫巖上，主體基坑屬不均勻地基。車站周邊均以商住樓、景觀綠地為主。車站基坑北側(cè)40m處為民用建筑，距基坑邊緣1m處為排水管，排水管直徑為1.2m,埋深為約為1.5m；基坑南側(cè)30m為旭輝國際廣場及高層建筑，距基坑邊緣14m處為電信、電力、軍纜、氣管道、自來水管道，埋深約為3.0m左右。2開挖設備的選擇由于基坑周圍環(huán)境比較復雜，不宜采用爆破法進行巖石爆破，擬采用“三小一少（振動小、飛石距離小、噪聲小與粉塵少）”的二氧化碳致裂器破碎巖石方法，此方法不僅安全，而且符合綠色、環(huán)保和低碳要求.二氧化碳致裂器由卸能器、安全片、儲液管、發(fā)熱裝置、充裝閥組成，如圖1所示。1主

3、要技術(shù)參數(shù)Pi23451.卸能器2.安全片3.儲液罐4.發(fā)熱裝置5.充裝閥圖1二氧化碳致裂器結(jié)構(gòu)圖.氧化碳致裂器主要技術(shù)參數(shù)見表1.表1主要技術(shù)參數(shù)表項目51型73型83型95型致裂器外徑（mm51738395致裂孔徑（mm6090100110致裂器長度（mm1270103011301300二氧化碳充裝量（kg）0。80。81o42.3最大充裝壓力（MPa）9999單套致裂器質(zhì)量（kg）14223243根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本工程采用95型二氧化碳致裂器.2.2二氧化碳致裂破碎基本原理二氧化碳氣體在一定的高壓下可轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，通過高壓泵將液態(tài)的二氧化碳壓縮至圓柱體容器（致裂破碎筒）內(nèi)，裝入安全膜、破

4、裂片、導熱棒和密封圈，擰緊合金帽即完成了致裂破碎前的準備工作。將致裂破碎筒和點火器及電源線攜至致裂破碎現(xiàn)場，把致裂破碎筒插入鉆孔中固定好，連接點火器電源。當微電流通過高導熱棒時，產(chǎn)生8001000C高溫，擊穿安全膜，瞬間將液態(tài)二氧化碳氣化，急劇膨脹產(chǎn)生高壓，液態(tài)的二氧化碳膨脹600倍氣態(tài)二氧化碳，產(chǎn)生300MPa以上的膨脹壓力，沖擊波致泄壓閥自動打開，被致裂破碎物品或堆積物受幾何級當量沖擊波向外迅猛推進，從點火至結(jié)束整個過程只需0。4毫秒，瞬間釋放高壓氣體斷裂和松動巖石。由于是低溫下運行，與周圍環(huán)境的液體，氣體不相融合，不產(chǎn)生任何有害氣體，不產(chǎn)生電弧和電火花，不受高溫、高熱、高濕、高寒影響。在

5、井下致裂破碎時對瓦斯具有稀釋作用，無震蕩，無粉塵.二氧化碳屬于惰性氣體非易燃易爆物質(zhì)，致裂破碎過程就 TOC o 1-5 h z 是體積膨脹的過程，物理做功而非化學反應2。3二氧化碳致裂破碎特點（1）具有本質(zhì)的安全特性。從儲存、運輸、攜帶、使用、回收等方面均十分安全。主機與致裂破碎器材分離，從灌裝至致裂破碎結(jié)束時間較短.液態(tài)二氧化碳灌注僅需13分鐘，點火至Z束僅需4毫秒.實施過程無啞炮，無需驗炮。安全警戒距離短，無安全隱患。致裂破碎筒回收方便，可連續(xù)使用。（2）既可定向致裂破碎又可延時控制，特別是在特殊環(huán)境下，如居民區(qū)、隧道、地鐵、井下等環(huán)境，實施過程中無破壞性振動和短波，對周圍環(huán)境無破壞性影

6、響（3）在石材開采中不破壞紋理結(jié)構(gòu)，成材率和效率較高。（4）無雷管，無火藥，無炸藥，無易燃品，無?；?，無需火工庫，管理簡便，操作易學，操作人員少，無需專業(yè)人員值守。（5）在礦井下使用其，f能更加突出，無論是高瓦斯礦井，沖擊地壓礦井、水文地質(zhì)條件較復雜的礦井還是易自燃礦井均可應用。(6)材料來源豐富，可就地取材。提高功效，增加效益，降低成本.減少繁雜的報批審核程序和管理限制。在灌注二氧化碳之前所有材料皆為非爆品，灌注后沒有高溫，沒有電壓不會自爆，即使有電壓或遇強高溫，在有空氣中引爆也不會產(chǎn)生危險，就像放個鞭炮響一下，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生破壞，非常安全。(7)為獲得較大當量的威力，可根據(jù)現(xiàn)場情況，把

7、致裂破碎筒并聯(lián)使用，或者改進孔徑和增進二氧化碳質(zhì)量.可靈活控制。(8)在應急搶險救援中，可將全部設施托運任何交通工具上。而雷管火藥炸藥等屬管制物品，無此優(yōu)勢?？晒?jié)約大量救援時間。(9)由于炸藥雷管等的對社會對環(huán)境破壞性，必將控制更加嚴格，因此辦理致裂破碎手續(xù)周期較長，而采用致裂器可隨時進行致裂破碎作業(yè)，滿足工程建設的需要。3二氧化碳致裂器施工工藝3。1施工工藝圖二氧化碳致裂器施工工藝一般分為鉆孔、裝致裂管、填塞、連線、安全警戒、點火、檢查、拔管等，如圖2所示.圖2二氧化碳致裂器施工工藝3。2施工步驟開設臨空面用機械在基坑一端或中間開挖一定深度與較為陡峭的臨空面或溝槽。鉆孔3。2。2。1鉆孔要領

8、操作手應掌握鉆機的操作要領，熟悉和掌握設備的性能、構(gòu)造原理及使用注意事項具有熟練操作的操作技術(shù)，并能掌握不同性質(zhì)巖石的鉆鑿規(guī)律。3。2。2.2鉆孔基本方法對于完整的巖面，開孔鉆進時，稍控制風量且不加壓，先吹凈浮渣，慢慢沖擊巖面，鉆出空窩后，旋轉(zhuǎn)鉆具完成開孔。當鉆頭進孔后，逐漸加大風量至全風壓快速鑿巖狀態(tài)。對于硬巖，應選用高質(zhì)量高硬度的鉆頭，送全風壓，但轉(zhuǎn)速不能過高，防止損壞鉆頭，對于軟巖，應送全風加半壓，每進尺1。01.5m提鉆吹孔一次，防止孔底積渣過多而卡孔.3.2。2。3泥漿護壁方法對于孔口巖石不穩(wěn)固狀態(tài)，應在鉆孔過程中，采用泥漿護壁.泥漿護壁的操作程序為致裂孔鉆鑿23m,在孔口堆放一定量

9、的含水粘黃泥，用鉆桿上下移動，將黃泥代入孔內(nèi)并浸入破碎巖縫內(nèi)。當不考慮對邊坡的影響、且邊孔無側(cè)向臨空時,為了克服巖體的夾制作用，邊孔距離凌空面尺寸應縮短0。50.8m.3。2.2.4致裂孔驗收與保護(1)致裂孔驗收檢查致裂孔深度與孔網(wǎng)參數(shù)；復核抵抗線；孔中有水時不能施工.在驗收過程中發(fā)現(xiàn)堵孔、深度不夠，應及時補鉆.(2)致裂孔保護每個致裂孔鉆完后立即將孔口用塑料或編織袋等材料堵塞好，防止雨水或其他雜物進入致裂孔?？卓诘膸r石清理干凈,防止掉入孔內(nèi)。一個致裂區(qū)鉆孔完成后盡快實施致裂。3。2。3裝管根據(jù)致裂孔深度將致裂器分節(jié)裝入孔內(nèi)。根據(jù)臨空面高度H及孔深L調(diào)整致裂器節(jié)數(shù)，最上方連接提升桿.3。2。

10、4填塞3.2.4。1提升桿外露長度填塞后，提升桿外露長度A:0。3三A三0。5m.3。2.4.2填塞方法填塞材料一般采用鉆屑、干燥細石粉,并將其堆放在致裂孔周圍。將填塞材料慢慢放入致裂孔內(nèi)，同時敲擊外露提升桿部位，便于填塞材料下沉壓實.亦可采用手持振動棒振動提高填塞效率。3。2。4。3填塞作業(yè)注意事項(1)填塞材料中不得含有碎石塊或潮濕石屑。(2)致裂孔內(nèi)有水時，在填塞過程中容易形成泥漿或懸空，使致裂器周圍無法填塞密實。致裂效果不好，甚至造成致裂器從空中飛出.(3)填塞過程中要防止導線砸破。(4)加固處理.填塞完畢后，將每組致裂器的提升管用鋼絲繩連接起來,控制個別致裂器飛散或滑落。5連接網(wǎng)路導

11、電網(wǎng)路連接是一個關(guān)鍵工序，若一次致裂孔數(shù)較多，必須合理分區(qū)連接，以減少整個導電網(wǎng)路的電阻值，分區(qū)時要注意各個支路電阻平衡，保證每個致裂器獲得相同電流值.在網(wǎng)路連接過程中，應利用專用電阻表檢測網(wǎng)路電阻，網(wǎng)路連接完畢后，必須對網(wǎng)絡所測電阻值與計算值進行比較，如果差別較大，應查明原因，排除故障，重新連接，網(wǎng)路連接的接頭應用高質(zhì)量絕緣膠布纏緊，保證接頭質(zhì)量。網(wǎng)路連接采用串聯(lián)方法，如圖3所示.3。2.6點火采用高能起爆器點火.點火前，首先檢查起爆器是否完好正常，起爆器應及時充電，保證提供足夠電能，并能快速充到致裂破碎需求的電壓值；在連接主線前必須對網(wǎng)路電阻進行檢測，當警戒完成后，再次測量網(wǎng)路電阻值，確定

12、正常后，才能將主線與起爆器連接，然后等待點火命令。巖石致裂破碎后，及時切斷電源，將主線與起爆器分離。7巖石致裂破碎后檢查致裂破碎后5分鐘后由致裂破碎工程技術(shù)人員對現(xiàn)場進行檢查，只有在檢查完畢確認安全后，才能發(fā)出解除警戒信號和允許其他人員進入施工現(xiàn)場.致裂破碎后檢查內(nèi)容：(1)破碎堆是否穩(wěn)定，有無危坡、危石；(2)有無危險邊坡、不穩(wěn)定破碎堆、滾石和超范圍塌陷；(3)最敏感、最重要的保護對象是否安全；(4)施工區(qū)附近地下采礦場時，應對這些部位進行有害氣體檢測。3。2。8提管(1)提管過程中，提拉方向應與提升桿方向一致。(2)嚴禁暴力操作，若提升桿不能提出，需對巖石進行二次破碎后再取出。(3)將致裂

13、管收回，進行二次充裝使用。3。2。9大塊巖石破碎在致裂過程中，不可避免會產(chǎn)生一定數(shù)量的大塊巖石，而這些大塊巖石超過了生產(chǎn)要求規(guī)格或挖裝機械白鏟斗容量時，必須對這些大塊巖石進行二次破碎.破碎大塊巖石采用機械破碎法，利用液壓沖擊錘(俗稱炮機)對大塊巖石進行二次破碎.液壓破碎錘是一種非常重要的高效作業(yè)的新型的破碎工具，主要用來完成采石場的采石作業(yè)或者巖石的破碎等。液壓破碎錘在工作過程中必須以動力源、工作介質(zhì)及能量轉(zhuǎn)換為基礎才能運動工作的.這里動力源是液壓泵，工作介質(zhì)就是常用的液壓油。運動過程中把液壓能轉(zhuǎn)換為機械沖擊能，即以液體壓力驅(qū)動液壓缸中的活塞往復運動對外做功，并對外輸出能量束進行工作.此種方法

14、效率高，基本無飛石，是破碎二次巖石的最理想的主要方法，一是工作效率高，二是安全性好。4安全防護二氧化碳致裂器致裂破碎巖石時會有個別石塊飛出，因此需用竹夾板、地毯、密目網(wǎng)或鋼絲網(wǎng)覆蓋在基坑上部的冠梁上，防止飛石飛出基坑。見圖4基坑空中隔離防護示意圖。圖4基坑空中隔離防護示意圖具體方法用竹架板排列3m的寬度,2m的長度，然后用兩根鋼管固定，作為一塊整體防護材料使用，爆破時采用人工將加工后的竹架板鋪設在基坑的橫梁上，有基坑邊向基坑中心鋪設，直至把需要爆破區(qū)白上方全部覆蓋，最后在竹架板上方再鋪設一層地毯，防止細小的飛石飛出基坑.5危險源的控制措施5。1物體打擊控制措施(1)每次巖石致裂破碎完畢，應及時

15、將邊坡、臺階上方邊緣的浮石清理掉。(2)當人員在邊坡下方作業(yè)時，應先檢查邊坡，看是否有浮石和邊坡開裂等情況，應先將浮石和邊坡開裂清理干凈，再開始作業(yè).(3)當邊坡上方有人作業(yè)時，上方作業(yè)人員的正下方不得有人作業(yè)。(4)當人員在邊坡面上作業(yè)時，應將安全繩移動范圍內(nèi)的浮石清理干凈。(5)作業(yè)人員應戴安全帽、穿工作鞋與制式服裝。5.2機械傷害控制措施各種機械設備的操作人員,都必須經(jīng)過專業(yè)與安全技術(shù)培訓，經(jīng)有關(guān)部門考核合格方準上崗,嚴禁無證人員操作。種機械操作人員，必須懂得所操作機械的性能、安全裝置.熟悉安全操作規(guī)程，能排除一般故障和進行日常維護保養(yǎng).工作時，操作人員必須穿戴好防護用品，集中思想、服從

16、指揮、謹慎操作，不得擅離職守或?qū)C械隨意交給他人操作.交付現(xiàn)場使用的機械設備,必須性能良好，防護裝置齊全,生產(chǎn)及安全所需備用品配套，并經(jīng)設備部門和現(xiàn)場負責人驗收認可后，方能使用。機動車行駛與停止時，必須與基坑、輸電線保持規(guī)定的安全距離。（6）機械設備進入作業(yè)點,單位工程負責人應向操作人員進行作業(yè)任務和安全技術(shù)措施的詳細交底.6振動檢測實施二氧化碳致裂巖石時有輕微振動,對振動比較敏感部位需進行檢測。振動測試系統(tǒng)振動測試系統(tǒng)一般包括三級,即傳感器、中間適配放大器和記錄存儲分析理儀器設備。傳感器將原始振動信息變換為所需的信息，放大器可將傳感器轉(zhuǎn)換的微弱信號進行濾波阻抗變換處理并放大后輸入到記錄設備。

17、2振動測試若干技術(shù)問題。1測點布置（1）為深入研究振動效應和確定建筑物安全的范圍或劃定區(qū)域，就需在振動效應較大的區(qū)域內(nèi)布置較密的測點，以便測定振動強烈的區(qū)域以及地面振動強度隨爆心變化規(guī)律。（2）為研究爆破振動效應作用特征，就需在一定范圍內(nèi),在特定的地質(zhì)地形條件下，測定爆破地震波的傳播規(guī)律。測點數(shù)目要足夠多，一般測線上測點不少于2個。（3）為避免試驗數(shù)據(jù)密集在某一區(qū)域內(nèi),相鄰兩側(cè)點距離呈對數(shù)規(guī)律。（4）為研究爆破時建筑物的動力效應,應在建筑物附近地面和建筑物地面布置測點,并在建筑物上具有代表性布置測點，具體位置在該建筑中間位置布設2個測點。6。2。2測試儀器的正確使用（1）儀器的頻率響應任何一種

18、儀器都有一定的頻率響應范圍，由不同儀器組成的測量系統(tǒng)也應有一定頻率響應范圍.所謂頻率響應范圍,是指在此范圍內(nèi),系統(tǒng)測試的靈敏度相等或在一個允許誤差的范圍內(nèi).因而在爆破振動測試中應特別注意測試系統(tǒng)頻率響應是否滿足要求，針對性地選用合適的儀器.（2）儀器動態(tài)量程范圍應特別注意儀器的量程問題,根據(jù)具體情況采用合適的測量儀器。2.3傳感器的安裝及防護6.2。3。1傳感器的安裝為了可靠地得到爆破振動或結(jié)構(gòu)動力響應的記錄，拾振器必須與測點的表面牢固的結(jié)合在一起,否則在爆破振動時往往會導致傳感器松動、滑動，使得信號完全失真。若測點表面為堅硬巖石，可直接在巖石表面修正一平臺;巖石風化，則可將風化巖石層清除，再澆注一混凝土墩;測點表面為土質(zhì)時，一般將表面松土夯實,鋪以砂或碎石,再澆注混凝土墩，然后將傳感器固定在其上,固定可采用如下方法：1）采用環(huán)氧砂漿、環(huán)氧樹脂或其他強度粘合劑,在干燥情況下,還可采用石膏、水玻璃等材料。2）在澆筑混凝土墩時，先預埋固定螺栓,然后用壓板將傳感器底板與預埋螺栓緊固相連。3）對于帶螺栓傳感器在沙土介質(zhì)中的安裝，應將傳感器上的長螺桿全部插入被測介質(zhì)內(nèi),使傳感器與介質(zhì)緊密相聯(lián)。6.2。3。2傳感器的防護在野外測試時，應對傳感器進行必要的安全防護。