CO2碳爆破技術在石方開挖中的應用

張東川，王東虎，張棟

（中交第一公路工程局有限公司，北京 100024）

CO2碳爆破技術在石方開挖中的應用

張東川，王東虎，張棟

（中交第一公路工程局有限公司，北京 100024）

重慶永川港橋市政路項目在一居民區附近挖石方路基的施工過程中，先后使用大型液壓破碎錘、靜態爆破、切割機等施工方法，依然不能解決造價高、進度慢、噪音大等問題。CO2爆破技術的應用，極大解決了以上弊病，并在施工過程中顯著減少了爆破飛石和煙塵對安全和環境的影響。

二氧化碳；石方爆破；無飛石；無噪音

1 工程概況

港橋市政路項目主要穿越何埂鎮和朱沱鎮，沿線房屋較多，且多為磚瓦房或土房，多處房屋緊貼擬建道路紅線，路段內挖石方約有13萬方，且多為裸露的孤石。巖質為泥巖及砂巖，呈單斜狀，第四系土層厚度總體較小，下伏基巖連續穩定，裂隙不發育，巖體成整體塊狀，場地附近未見斷層及次級褶皺，地質構造簡單，機械破碎、開挖難度較大。CO2爆破技術是利用液態CO2瞬間氣化膨脹產生巨大壓力作用于巖體，一方面產生新的裂隙；另一方面使巖體內部裂隙得到擴展，從而達到破碎巖石的目的。

2 大型液壓破碎錘、靜態爆破、切割機等施工技術的使用

在進場初，經過前期調查發現多路段巖石風化程度較為嚴重，使用液壓破碎錘即可破解，每臺破碎錘每天大約可破解石方300～500方。隨著后期工作面的開展，越來越多的孤石出現在路基施工范圍內，破碎錘的使用效率也驟然下降，每天破解石方在50～100方左右。項目又陸續使用切割機、靜態爆破等施工方法，但切割機的切割效率更低，且需要水源對刀片進行降溫，先切出一條約深50cm、寬0.7cm的縫隙后，再使用破碎錘破解，每天破解石方量在30～50方；靜態爆破類似于常規的爆破施工，主要區別在于，用靠化學反應的膨脹劑代替平常炸藥。膨脹劑的一般反應時間在12～24h，形成一道1.5cm左右的裂隙，最后同樣需要用破碎錘對巖體進行破解，每天破解石方量大約在100～150方，此方法，需人工及機具較多，成本較高，如圖1～3。

圖1 切割機切割后等待破碎錘破碎

圖2 靜態爆破效果

圖3 液壓破碎錘破解石方

3 CO2技術的應用

3.1 施工工藝流程圖（見圖4）

3.2 施工現場準備工作

3.2.1 各項參數的確定

①炮孔間距a

據經驗公式：a=(7～12)D，式中：D為鉆孔孔徑，取 105mm；a=105×(7～ 12)=735～ 1260mm， 選 用a=80～100cm。

②不偶合系數

根據經驗公式：Dd＝D/d； D/d=2～5。

D為鉆孔直徑，105mm（成孔）；d為爆破筒直徑，選用藥卷直徑為φ64mm；Dd=105/64=1.64。

③鉆孔深度

根據施工圖紙及實際現場安排：鉆孔深度H一般為2～3m。

3.2.2 測量布孔

在鉆孔施工前，由技術人員進行孔位放線，標識出每個炮孔的位置和鉆孔深度。

3.2.3 鉆機就位

采用水平尺對鉆孔角度定位校正，使鉆孔孔位正好在邊坡開挖開口線上且各孔孔向平行并與臨空面一致，保證爆破后邊坡穩定，并達到理想的預裂效果。

圖4 施工工藝流程圖

3.2.4 鉆孔施工

鉆機按照角度就位后，即可開始鉆孔施工。在鉆孔施工中，應注意控制鉆機的孔位。開孔后加強中間過程的深度和角度校核，以便及時糾正偏差，確保路基開挖質量。鉆孔嚴格按照設計鉆爆圖施工，各鉆手分區、分部位來定人、定位施鉆，每排炮由項目技術人員按“平、直、齊”的要求進行檢查。

3.2.5 驗孔檢查

鉆孔完成后，質檢員對孔位、孔深、孔向等進行檢查，對不符合要求的應進行重鉆，重新鉆孔位置根據地形情況離原孔位位置50cm左右。圖5為已安裝好的導爆管及連接桿。

3.3 CO2爆破裝置的后場加工

（1）組裝。①將導爆管放置組裝臺上，用空氣壓縮噴嘴將主管兩端的螺紋清洗干凈，并檢查是否有腐蝕、磨損和嚴重的劃痕等現象。②把破裂片放入主管內孔孔座，破裂片一端較短的導線留在原端頭。另一端導線用輔助工具，經過管腔拉到主管的另一端。③把泄能頭裝至有破裂片的一端，短的導線從泄能頭內孔穿出。另一端導線與活化器上的接線卡相連，把活化器放入內孔座。充氣頭擰在放活化器一端的主管上。④將主管放至自動液壓旋緊機上，將充氣頭、泄能頭擰緊，然后放置組裝臺用歐姆表檢測電路的連接情況。

（2）充氣。①把已組裝好的主管放至計量充氣臺上，充氣頭上的充氣孔與充氣架上的進氣嘴用螺絲固定擰緊。②用六角扳手將充氣頭上的進氣孔閥門頂針松開。③往主管內注入CO2并釋放，反復清洗2～3次。④開啟制冷壓力泵，壓力表調至12MPa，充氣結束后壓力泵會自動停機，停機后馬上關閉各閥門，取下主管。⑤將主管兩端頭分別浸在水中，檢查是否漏氣，合格后統一放在組架臺上。

3.4 現場置放及起爆

（1）用歐姆表檢測主管兩端的導線是否接通，若正常，將錐頭擰放在泄能頭上面并重新檢測。合格后，方可裝車運輸至施工現場。

圖5 已安裝好導爆管及連接桿

（2）根據孔深將第1根管的充氣頭與連接桿（第2根主管的泄能管）相連，放至已鉆好的鉆孔內。

（3）將鉆孔縫隙充填碎石粉或石礫，以防止起爆時主管竄出鉆孔。

（4）將起爆線一端接入連接桿的接線孔內，另一端接至起爆器上進行起爆。圖6為CO2爆破后效果圖。

3.5 導爆管的回收與利用

爆破作業完畢并清理松散的浮石后，應及時將爆破筒及連接桿取出。根據現場實際情況，一般采用潛孔鉆或者液壓破碎錘人工輔助取出，具體方法為將連接桿與潛孔鉆或者液壓破碎錘用鋼絲繩連接在一起，然后操作潛孔鉆或者液壓破碎錘將其大臂提升，從而帶動連接桿向上提升，拔出導爆筒，最后人工用扳手將連接桿與導爆筒分離，并裝車運至加工廠。

3.6 安全保證措施

爆破前30min進行爆破警戒，沿公路上下游均安排安全員進行警戒，爆破作業由取得“安全技術合格證”的爆工擔任。爆破后5～10min經爆破情況檢查后，須清除危石才準許人員進入工作面。排險時要求認真、細致，并由專職安全員現場監督指揮，采用人工配專用排險桿對上部進行遺留小碎塊的清除工作，直到徹底清除干凈為止。排險工作完成后，由專職安全員組織施工作業隊對排險情況進行驗收，施工人員才可進入下一循環工序施工。

4 結語

二氧化碳爆破技術，憑借其噪聲小、無飛石等獨特的優勢，是我項目在市政工程石方開挖過程中成功應用的典型案例。在后期類似條件施工中，給我們提供了寶貴的經驗，值得我們去進一步的學習、借鑒。

[1]趙海洋.二氧化碳爆破技術在高速公路施工中的應用[J].2016年4月，總390期.

TU751.9

：A

：1671-0711（2017）12（下）-0185-02