路基邊坡土石方工程二氧化碳靜態(tài)爆破施工工藝和流程

路基邊坡土石方工程二氧化碳靜態(tài)爆破施工工藝和流程一、前言隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，公路及市政工程項(xiàng)目的數(shù)量也在不斷的增加，大型的公路及市政工程中經(jīng)常碰到路基石方開挖、大體積孤石裂解等石方爆破，傳統(tǒng)的施工方法是使用炸藥爆破，但是當(dāng)施工環(huán)境復(fù)雜，特別是臨近既有構(gòu)造物時(shí)，炸藥爆破難以滿足快速、安全施工的要求。而隨著爆破技術(shù)的發(fā)展，二氧化碳致裂爆破開始進(jìn)入爆破行業(yè)視線，二氧化碳致裂爆破的誕生在很大程度上突破了炸藥爆破的局限性，是人類技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)巨大飛躍。液態(tài)二氧化碳相變致裂技術(shù)是一種理念先進(jìn)、方法安全、效果顯著的爆破技術(shù)，屬于物理爆破技術(shù)，其有爆破過程無火花外露，爆破威力大、無需驗(yàn)炮、操作簡便、不屬于民爆產(chǎn)品，其運(yùn)輸、儲存和使用獲豁免審批等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于采煤、清堵、建筑物拆除。為了使二氧化碳致裂爆破施工工藝規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上經(jīng)過不斷研究、探索，編制了本工藝。二、工藝特點(diǎn)2.1二氧化碳是惰性氣體，從儲存、運(yùn)輸、攜帶、使用、回收等方面均十分安全，爆破振動范圍小，起爆至結(jié)束僅需0.4毫秒，沖擊力一般200~400MPa，遠(yuǎn)低于炸藥爆破的1000-5000MPa，破壞作用小。2.2二氧化碳是非易燃易爆物質(zhì)，非?；罚剖┕し桨讣鞍踩珜ｍ?xiàng)方案審批進(jìn)度快，有利于加快施工進(jìn)度，節(jié)省工期。2.3液態(tài)CO2可以是廢氣利用，爆炸過程不產(chǎn)生新的廢氣污染，無噪音污染，也不會產(chǎn)生飛石及粉塵污染，定向泄能對周圍環(huán)境不產(chǎn)生破壞，不產(chǎn)生一氧化碳及氮氧化物等有害氣體，能較好的改善工作環(huán)境，有益工人身體健康。2.4應(yīng)用范圍較廣，無論是高瓦斯礦井，沖擊地壓礦井、水文地質(zhì)條件較復(fù)雜的礦井還是易自燃礦井均可應(yīng)用2.5既可定向爆破又可延時(shí)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(shí)施過程中無破壞性震動和短波，對周困環(huán)境無破壞性影響。2.6采用無人機(jī)技術(shù)監(jiān)控和大數(shù)據(jù)監(jiān)控相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)每次爆破全程安全監(jiān)控，并及時(shí)收集爆破數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化爆破方案。三、適用范圍本工藝適用于路基石方爆破、邊坡巖石爆破、隧道硬巖爆破、露天采石場、水下爆破等爆破施工，特別是臨近既有構(gòu)造物的石方爆破開挖，二氧化碳致裂爆破更具優(yōu)勢。四、工藝原理二氧化碳在低于31oC或壓力大于7.35MPa時(shí)以液態(tài)存在，而超過31oC時(shí)開始?xì)饣译S溫度的變化壓力也不斷變化。利用這一特點(diǎn)，在致裂器主管內(nèi)充裝液態(tài)二氧化碳，使用發(fā)爆器快速激發(fā)加熱裝置，液態(tài)二氧化碳瞬間氣化膨脹并產(chǎn)生高壓，0.4毫秒內(nèi)氣化膨脹600-800倍，瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大沖擊力對巖石起到裂解破壞作用，通過無人機(jī)和智能云系統(tǒng)平臺的實(shí)時(shí)智能監(jiān)控，保證施工環(huán)境安全，并通過對收集的大數(shù)據(jù)分析處理，不斷調(diào)整爆破參數(shù)達(dá)到最佳的路基土石方爆破效果。五、施工工藝流程與操作要點(diǎn)5.1工藝流程土石方工程二氧化碳靜態(tài)爆破施工工藝流程如圖1所示。圖1工藝流程圖5.2操作要點(diǎn)5.2.1施工準(zhǔn)備（1）建設(shè)地面操作間地面操作間應(yīng)設(shè)置在施工作業(yè)點(diǎn)附近，盡量選擇空曠且交通便利的的地方，面積需要50平方米以上，便于分類、分區(qū)域存放爆破管等。地面操作間內(nèi)的配置如附圖2所示，作用是充裝爆破管、存儲爆破管、發(fā)放爆破管，以及對相關(guān)設(shè)備的維修等。圖2地面操作間配備設(shè)備大樣圖1-儲液罐；2-充裝機(jī)；3-充裝臺；4-拆裝機(jī)；5-陳列架（2）配備作業(yè)設(shè)備液壓履帶鉆機(jī)（ROC-D7）及爆破管：液壓履帶鉆機(jī)是單人操作、柴油發(fā)動機(jī)驅(qū)動的全液壓頂錘式履帶行走鉆機(jī)，能夠適應(yīng)所有巖石，爬坡能力達(dá)到30°，配備標(biāo)準(zhǔn)鉆桿長度3.66米/根，鉆孔直徑64~115mm，自動加桿鉆孔深度可達(dá)29米，一次定位覆蓋工作面17m2，能夠鉆到附近0.3~7.6米范圍的水平孔或各種角度的孔，純鑿巖速度達(dá)到700mm/分；爆破管由致裂器和提升管組成，均采用超強(qiáng)度的合金鋼材并經(jīng)過特殊加工處理而成，具有極高的強(qiáng)度和韌性，可回收循環(huán)使用；示意圖如圖3所示。圖3液壓履帶鉆機(jī)及爆破管示意圖1-充裝頭；2-加熱器；3-儲液管；4-密封圈；5-爆破片；6-釋放頭（3）建立智能云系統(tǒng)平臺智能云安全發(fā)起爆器，是點(diǎn)燃爆破管內(nèi)加熱器的核心設(shè)備，有微差起爆實(shí)現(xiàn)光面爆破功能，并與智能云通訊連接。智能云系統(tǒng)平臺是監(jiān)管監(jiān)控二氧化碳致裂爆破的智能平臺，主要作用體現(xiàn)在收集每一次的致裂爆破數(shù)據(jù)、對致裂爆破作業(yè)實(shí)現(xiàn)安全閉鎖、為改進(jìn)和完善爆破方案提供數(shù)據(jù)依據(jù)。5.2.2清表及爆破設(shè)計(jì)液壓履帶鉆機(jī)作業(yè)前需要清理出工作面，清除端頭碎石、雜草樹木等雜物，將炮孔位置清至基巖，以保證鉆孔排渣。接著測量員進(jìn)場對設(shè)計(jì)路基標(biāo)高放樣并做好標(biāo)高點(diǎn)的標(biāo)記，然后根據(jù)地形地質(zhì)條件和安全要求，結(jié)合工程特點(diǎn)制定爆破線路，確定一次性致裂爆破方量，并嚴(yán)格控制揚(yáng)塵和飛石的方向和距離，確保周邊環(huán)境的環(huán)保和安全。5.2.3鉆炮孔布孔：布孔必須由專門技術(shù)人員按設(shè)計(jì)的孔網(wǎng)參數(shù)現(xiàn)場布設(shè)，布孔形式可分“一字型”、“方格型”和“梅花型”。鉆孔：鉆孔時(shí)必須按設(shè)計(jì)的孔位、設(shè)計(jì)深度和設(shè)計(jì)角度進(jìn)行，保證孔網(wǎng)參數(shù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)要保證孔徑，清理干凈孔內(nèi)殘?jiān)?，并及時(shí)用草或編織袋塞孔防護(hù)。必須做到：“對位準(zhǔn)”、“方向正”、“角度精”的三點(diǎn)要求，以保證達(dá)到良好的致裂爆破效果和安全要求。5.2.4充裝爆破管爆破管充裝過程可以和鉆孔同時(shí)進(jìn)行，可以有效縮短單循環(huán)時(shí)間。充氣之前需要先對致裂器進(jìn)行組裝，然后再進(jìn)行充氣，充氣時(shí)要確?？桌锏臎]有渣土及大量的水，整個(gè)過程必須嚴(yán)格控制裝氣量，嚴(yán)禁多裝或少裝。（1）組裝1.將爆破管致裂器放在陳列架上，將鐵絲插入主管中，用帶鉤的一端從主管刻字的一端伸出，然后用鐵絲勾住加熱裝置的導(dǎo)線使導(dǎo)線從儲液管的另一端伸出。2.將定壓減切片裝上密封墊，并與加熱裝置的導(dǎo)線連接在一起（注意定壓減切片凸起的一端朝里），然后拉出加熱裝置，使定壓減切片完全進(jìn)入儲液管內(nèi)。3.先擰緊釋放管，再擰緊充裝閥，均擰到手無法擰動為止。4.將擰好的爆破管放在拆裝機(jī)鉗口上，并將充裝閥一頭插入拆裝頭里，然后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)急停按鈕，按下啟動按鈕以啟動拆裝機(jī)。5.按住夾緊按鈕壓力上升到10MPa以上后放開，然后按住緊固按鈕當(dāng)壓力上升至10MPa時(shí)，放開緊固按鈕。6.按住松開按鈕，然后將爆破管掉頭。7.重復(fù)步驟58.測量電阻，電阻在1-2歐姆為正常。圖4爆破管組裝示意圖1-加熱裝置；2-充裝閥；3-釋放管；4-定壓減切片；5-DC插頭；6-鐵絲；7-陳列架；8-儲液管；9-刻字“CZ”（2）充氣1.將致裂器放在充裝臺上對好充裝孔，擰緊夾緊桿并用內(nèi)六角扳手打開充裝閥，然后打開爆破管所對應(yīng)的球閥，關(guān)閉沒有爆破管的球閥。2.按下充裝機(jī)上的清零鍵，將稱重儀表清零。3.放氣：每天首次工作前，需要放氣，將整個(gè)管道排空。先打開充裝臺上的進(jìn)口球閥和出口球閥。然后按下放氣按鈕，直到出口球閥噴出連續(xù)不斷的白色氣體后，關(guān)閉出口球閥。4.洗管：按下放氣按鈕后，關(guān)閉進(jìn)口球閥然后打開出口球閥，將致裂器內(nèi)的二氧化碳放出，放出一大部分后關(guān)閉出口球閥，重復(fù)兩到三次即可。5.充裝：關(guān)閉出口球閥后，按下增壓按鈕，待爆破管充滿后機(jī)器會自動停止。機(jī)器停止后，用內(nèi)六角扳手將爆破管的充裝閥關(guān)閉，然后關(guān)閉進(jìn)口球閥，再打開出口球閥將多余氣體放出。6.測試密封性：將充裝完畢的致裂器放入水中，充裝閥和釋放管分別確保沒有冒出大量氣泡即可。（3）安裝爆破管爆破管由長1-1.5m的致裂器和提升管組成，致裂器充裝液態(tài)二氧化碳后質(zhì)量約為12-108kg。致裂器在地面充裝液態(tài)二氧化碳后，提前運(yùn)輸至爆破地點(diǎn)，與沒裝氣的提升管連接牢固，然后用萬用表測量兩端的電阻，電阻應(yīng)該在4歐姆左右，電阻太大或電阻為0都不合格，需要重新檢查組裝。檢查符合要求后，用液壓履帶鉆機(jī)配合將爆破管依次放入各個(gè)提前打好的炮孔內(nèi)即可。5.2.5堵塞及防護(hù)（1）堵塞：堵塞是防止飛石的主要措施之一，堵塞質(zhì)量好壞也直接影響爆破效果，堵塞質(zhì)量的控制包括堵塞材料、堵塞長度和堵塞方法。1.堵塞材料：石灰加半干土拌合物。2.堵塞長度：堵塞長度為L2=2/3L或L2≥2D（L為孔深、D鉆孔直徑）。3.堵塞方法：將堵塞材料分層裝入孔內(nèi)，并用震動棒做到分層震動搗實(shí)，嚴(yán)禁不堵塞直接爆破。（2）防護(hù)：防護(hù)的作用是確保安全。1.覆蓋：選用炮被、爆破專用膠簾、砂袋作為覆蓋材料。堵塞作業(yè)完成后在起爆管周邊覆蓋炮被，用兩層沙袋覆蓋在炮被表面，然后再蓋一層膠簾，并將膠簾用鐵絲連成整體。2.搭設(shè)防護(hù)排架：防護(hù)排架由鋼管、扣件、竹膠板組成，牢固的安裝在既有構(gòu)造物邊界。用φ40、長6m的鋼管作為結(jié)構(gòu)桿件，安裝間距0.5-1m，立桿與橫桿之間用直角扣件連接，排架兩側(cè)用鋼管斜撐固定后安裝竹膠板。5.2.6建立爆破網(wǎng)絡(luò)圖5建立爆破網(wǎng)絡(luò)如圖5所示，爆破網(wǎng)絡(luò)采用串聯(lián)引炮方式，必須使所有氣體爆破管按設(shè)計(jì)的起爆順序、起爆時(shí)間全部安全準(zhǔn)確起爆。用寬6cm厚2cm的尼龍布帶把每個(gè)爆破管的上提拉頭部用串聯(lián)的形式栓起來，兩端綁扎牢固，接著使用智能云安全發(fā)爆器將所有爆破管用導(dǎo)線連接好，起爆工作便準(zhǔn)備就緒。5.2.7智能監(jiān)控起爆按照爆破的順序把爆破母線連接在智能云安全起爆器上，測量起爆網(wǎng)絡(luò)電阻，以一個(gè)爆破管的電阻4歐姆為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算總電阻，并啟動無人機(jī)監(jiān)控，在確認(rèn)總電阻和環(huán)境安全均滿足要求后，按下起爆按鍵進(jìn)行起爆。液態(tài)二氧化碳在突然快速的加熱條件下，0.4毫秒內(nèi)氣化膨脹600-800倍，爆破瞬間強(qiáng)大的沖擊力對巖石產(chǎn)生致裂效果，如圖6所示。起爆完成后，智能云安全起爆器上的數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)街悄茉瓢踩O(jiān)控主機(jī)里面，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和分析處理，為優(yōu)化爆破參數(shù)提供數(shù)據(jù)支撐。爆破完成解除警戒后，把爆破管從石縫中拔出，將爆破管內(nèi)部的殘?jiān)謇砀蓛艋厥罩貜?fù)利用。圖6致裂效果圖5.2.8二次裂解及場地清理二氧化碳致裂爆破裂解的石塊粒徑較大，在現(xiàn)場配備PC450挖機(jī)和175炮頭，把大石塊破解成符合工程施工粒徑要求的小石塊，然后用后八輪運(yùn)至石渣使用、加工或堆放的施工點(diǎn)。然后及時(shí)對場地進(jìn)行清理，測量員進(jìn)場測量放樣，為下一批次的致裂爆破做好準(zhǔn)備。六、質(zhì)量措施6.1質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)6.1.1爆破管質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)爆破管材采用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口合金鋼材加工而成，結(jié)實(shí)耐用，可重復(fù)使用4000次，不同型號爆破管的尺寸和容積量不同，通過數(shù)據(jù)采集得到下表數(shù)據(jù)，充裝過程中將嚴(yán)格按照表中數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，保證爆破質(zhì)量。表4爆破管數(shù)據(jù)采集表爆破管直徑長度充氣量重量炮孔直徑φ51mm1.2m0.7kg12kgφ60mmφ73mm0.93m0.7-0.9kg22kgφ90mmφ83mm1.2m1.4kg37kgφ100mmφ95mm1.2m2.0-2.3kg43kgφ115mmφ98mm1.7m3.7kg47kgφ115mmφ108mm2.3m6.8kg108kgφ125mm6.1.2爆破參數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)一般爆破施工過程中采用梅花形布孔形式（如下圖7），經(jīng)過長期的云數(shù)據(jù)積累和分析得出下列爆破參數(shù)，施工過程中將參照下列設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行爆破作業(yè)控制。圖7梅花形布孔（1）選擇炮孔孔徑：60-125mm。（2）布孔形式：梅花形。（3）鉆孔角度：90°，垂直度偏差值≦5%。（4）爆破臺階高度：H（單位m）。（5）超深h（單位m）。（6）孔深L=H+h（單位m）。（7）孔距a=（0.4~0.6）L（可根據(jù)施工現(xiàn)場情況微調(diào)）（單位m）。（8）排距b=（0.3~0.5）L（可根據(jù)施工現(xiàn)場情況微調(diào)）（單位m）。（9）最小抵抗線w=（a~b）（單位m）。6.2質(zhì)量保證措施6.2.1組織施工作業(yè)人員參加崗前培訓(xùn)，施工前進(jìn)行技術(shù)交底，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。6.2.2液壓履帶鉆機(jī)、充裝機(jī)等機(jī)械設(shè)備進(jìn)場前必須檢查合格證書，施工過程中嚴(yán)格按照操作規(guī)程施工，并定期檢修保證機(jī)械設(shè)備的工作性能指標(biāo)。6.2.3液態(tài)CO2原材料的采購嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行質(zhì)量檢查，質(zhì)量合格方可進(jìn)場使用。6.2.4爆破管充裝完成后檢驗(yàn)充裝量和細(xì)部連接接頭的牢固性、氣密性。6.2.5安裝完爆破管后需檢查爆破管堵塞填料的振搗密實(shí)度，保證爆破質(zhì)量。6.2.6起爆前需檢查爆破網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接質(zhì)量，檢測電阻達(dá)到規(guī)范要求時(shí)方可進(jìn)行起爆作業(yè)，保證起爆率和爆破質(zhì)量。七、安全措施7.1施工中要注意對致裂爆破振動安全允許距離的計(jì)算與校核，依據(jù)《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2014）的規(guī)定，地面建筑物的致裂振動判據(jù)，采用保護(hù)對象所在地基礎(chǔ)質(zhì)點(diǎn)峰值振動速度和主振頻率兩個(gè)指標(biāo)，爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)如表5所示。表5爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)序號保護(hù)對象類型安全允許質(zhì)點(diǎn)振動速度V/(cm/s)f≦10Hz10Hz<f《50Hzf>50Hz1土窯洞、土胚房、毛石房屋0.15~0.450.45~0.90.9~1.52一般民用建筑物1.5~2.02.0~2.52.5~3.03工業(yè)和商業(yè)建筑物2.5~3.53.5~4.54.5~5.04一般古建筑和古跡0.1~0.20.2~0.30.3~0.55運(yùn)行中的水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備0.5~0.60.6~0.70.7~0.96水工隧道7~88~1010~157交通隧道10~1212~1515~208礦山巷道15~1818~2520~309永久性巖石高邊坡5~98~1210~1510新澆大體積混凝土（C20）齡期：初凝~2d齡期：3d~7d齡期：7d~28d1.5~2.03.0~4.07.0~8.02.0~2.54.0~5.08.0~10.02.5~3.05.0~7.010.0~12爆破振動監(jiān)測應(yīng)同時(shí)測定質(zhì)點(diǎn)振動相互垂直的三個(gè)分量。注1：表中質(zhì)點(diǎn)振動速度為三個(gè)分量中的最大值，振動頻率為主振頻率；注2：頻率范圍根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測波形確定或按如下數(shù)據(jù)選??；洞室爆破f小于20Hz，露天深孔爆破f在10Hz~60Hz之間，露天淺孔爆破f在40Hz~100Hz之間；地下深孔爆破f在30Hz~100Hz之間，地下淺孔爆破f在60Hz~300Hz之間。致裂爆破振動安全允許距離計(jì)算公式：R=(K/V)1/a·Q1/3式中：R--爆破振動安全允許距離，mQ--藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大單段藥量，kgV--保護(hù)對象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振速，可查附表，cm/sK,a--與爆破點(diǎn)至保護(hù)對象間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，應(yīng)通過試驗(yàn)確定，無試驗(yàn)數(shù)據(jù)情況下，可參考《爆破安全規(guī)程》表3數(shù)據(jù)選取。通過計(jì)算出致裂爆破振動安全允許距離R值，與《爆破安全規(guī)程》的爆破振動安全允許值比較，便可以確定出準(zhǔn)確的爆破參數(shù)。7.