淺談地鐵施工中二氧化碳破碎施工技術(shù)應(yīng)用

1、淺談地鐵施工中二氧化碳破碎施工技術(shù)應(yīng)用王群善張建國武辰摘要長沙地鐵4號(hào)線某地鐵站是地下三層車站，基坑長度150m標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)炮、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，文章就該施工技術(shù)進(jìn)行了全面的介紹，并在施工中需要的注意事項(xiàng)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(hào)線某地鐵站是地下三層車站，基坑長度150m標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)風(fēng)

2、化砂礫巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)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(chǎng)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(shè)備的選擇由于基坑周圍環(huán)境比較復(fù)雜，不宜采用爆破法進(jìn)行巖石爆破，擬采用“三小一少（振動(dòng)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(chǔ)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(chǔ)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(xiàng)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(chǎng)實(shí)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?xì)怏w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?jí)嚎s至圓柱體容器（致裂破碎筒）內(nèi)，裝入安全膜、破

4、裂片、導(dǎo)熱棒和密封圈，擰緊合金帽即完成了致裂破碎前的準(zhǔn)備工作。將致裂破碎筒和點(diǎn)火器及電源線攜至致裂破碎現(xiàn)場(chǎng)，把致裂破碎筒插入鉆孔中固定好，連接點(diǎn)火器電源。當(dāng)微電流通過高導(dǎo)熱棒時(shí)，產(chǎn)生8001000C高溫，擊穿安全膜，瞬間將液態(tài)二氧化碳?xì)饣眲∨蛎洰a(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(dòng)打開，被致裂破碎物品或堆積物受幾何級(jí)當(dāng)量沖擊波向外迅猛推進(jìn)，從點(diǎn)火至結(jié)束整個(gè)過程只需0。4毫秒，瞬間釋放高壓氣體斷裂和松動(dòng)巖石。由于是低溫下運(yùn)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(shí)對(duì)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(xué)反應(yīng)2。3二氧化碳致裂破碎特點(diǎn)（1）具有本質(zhì)的安全特性。從儲(chǔ)存、運(yùn)輸、攜帶、使用、回收等方面均十分安全。主機(jī)與致裂破碎器材分離，從灌裝至致裂破碎結(jié)束時(shí)間較短.液態(tài)二氧化碳灌注僅需13分鐘，點(diǎn)火至Z束僅需4毫秒.實(shí)施過程無啞炮，無需驗(yàn)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(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)施過程中無破壞性振動(dòng)和短波，對(duì)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?；罚瑹o需火工庫，管理簡便，操作易學(xué)，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(fù)雜的礦井還是易自燃礦井均可應(yīng)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(bào)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(huì)自爆，即使有電壓或遇強(qiáng)高溫，在有空氣中引爆也不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)，就像放個(gè)鞭炮響一下，對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生破壞，非常安全。(7)為獲得較大當(dāng)量的威力，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，把

7、致裂破碎筒并聯(lián)使用，或者改進(jìn)孔徑和增進(jìn)二氧化碳質(zhì)量.可靈活控制。(8)在應(yīng)急搶險(xiǎn)救援中，可將全部設(shè)施托運(yùn)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(shì)?？晒?jié)約大量救援時(shí)間。(9)由于炸藥雷管等的對(duì)社會(huì)對(duì)環(huán)境破壞性，必將控制更加嚴(yán)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(shí)進(jìn)行致裂破碎作業(yè)，滿足工程建設(shè)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(diǎn)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(shè)臨空面用機(jī)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(lǐng)

8、操作手應(yīng)掌握鉆機(jī)的操作要領(lǐng)，熟悉和掌握設(shè)備的性能、構(gòu)造原理及使用注意事項(xiàng)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(duì)于完整的巖面，開孔鉆進(jìn)時(shí)，稍控制風(fēng)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(dāng)鉆頭進(jìn)孔后，逐漸加大風(fēng)量至全風(fēng)壓快速鑿巖狀態(tài)。對(duì)于硬巖，應(yīng)選用高質(zhì)量高硬度的鉆頭，送全風(fēng)壓，但轉(zhuǎn)速不能過高，防止損壞鉆頭，對(duì)于軟巖，應(yīng)送全風(fēng)加半壓，每進(jìn)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(hù)壁方法對(duì)于孔口巖石不穩(wěn)固狀態(tài)，應(yīng)在鉆孔過程中，采用泥漿護(hù)壁.泥漿護(hù)壁的操作程序?yàn)橹铝芽足@鑿23m,在孔口堆放一定量

9、的含水粘黃泥，用鉆桿上下移動(dòng)，將黃泥代入孔內(nèi)并浸入破碎巖縫內(nèi)。當(dāng)不考慮對(duì)邊坡的影響、且邊孔無側(cè)向臨空時(shí),為了克服巖體的夾制作用，邊孔距離凌空面尺寸應(yīng)縮短0。50.8m.3。2.2.4致裂孔驗(yàn)收與保護(hù)(1)致裂孔驗(yàn)收檢查致裂孔深度與孔網(wǎng)參數(shù)；復(fù)核抵抗線；孔中有水時(shí)不能施工.在驗(yàn)收過程中發(fā)現(xiàn)堵孔、深度不夠，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)鉆.(2)致裂孔保護(hù)每個(gè)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(jìn)入致裂孔。孔口的巖石清理干凈,防止掉入孔內(nèi)。一個(gè)致裂區(qū)鉆孔完成后盡快實(shí)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(xì)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(shí)敲擊外露提升桿部位，便于填塞材料下沉壓實(shí).亦可采用手持振動(dòng)棒振動(dòng)提高填塞效率。3。2。4。3填塞作業(yè)注意事項(xiàng)(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(shí)，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(shí)。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(dǎo)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(gè)別致裂器飛散或滑落。5連接網(wǎng)路導(dǎo)

11、電網(wǎng)路連接是一個(gè)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(gè)導(dǎo)電網(wǎng)路的電阻值，分區(qū)時(shí)要注意各個(gè)支路電阻平衡，保證每個(gè)致裂器獲得相同電流值.在網(wǎng)路連接過程中，應(yīng)利用專用電阻表檢測(cè)網(wǎng)路電阻，網(wǎng)路連接完畢后，必須對(duì)網(wǎng)絡(luò)所測(cè)電阻值與計(jì)算值進(jìn)行比較，如果差別較大，應(yīng)查明原因，排除故障，重新連接，網(wǎng)路連接的接頭應(yīng)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(diǎn)火采用高能起爆器點(diǎn)火.點(diǎn)火前，首先檢查起爆器是否完好正常，起爆器應(yīng)及時(shí)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(duì)網(wǎng)路電阻進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)警戒完成后，再次測(cè)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(diǎn)火命令。巖石致裂破碎后，及時(shí)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查，只有在檢查完畢確認(rèn)安全后，才能發(fā)出解除警戒信號(hào)和允許其他人員進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng).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(xiǎn)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(hù)對(duì)象是否安全；(4)施工區(qū)附近地下采礦場(chǎng)時(shí)，應(yīng)對(duì)這些部位進(jìn)行有害氣體檢測(cè)。3。2。8提管(1)提管過程中，提拉方向應(yīng)與提升桿方向一致。(2)嚴(yán)禁暴力操作，若提升桿不能提出，需對(duì)巖石進(jìn)行二次破碎后再取出。(3)將致裂

13、管收回，進(jìn)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(huì)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(jī)械白鏟斗容量時(shí)，必須對(duì)這些大塊巖石進(jìn)行二次破碎.破碎大塊巖石采用機(jī)械破碎法，利用液壓沖擊錘(俗稱炮機(jī))對(duì)大塊巖石進(jìn)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(chǎng)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(dòng)力源、工作介質(zhì)及能量轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)才能運(yùn)動(dòng)工作的.這里動(dòng)力源是液壓泵，工作介質(zhì)就是常用的液壓油。運(yùn)動(dòng)過程中把液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械沖擊能，即以液體壓力驅(qū)動(dòng)液壓缸中的活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)對(duì)外做功，并對(duì)外輸出能量束進(jìn)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(hù)二氧化碳致裂器致裂破碎巖石時(shí)會(huì)有個(gè)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(hù)示意圖。圖4基坑空中隔離防護(hù)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(hù)材料使用，爆破時(shí)采用人工將加工后的竹架板鋪設(shè)在基坑的橫梁上，有基坑邊向基坑中心鋪設(shè)，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(shè)一層地毯，防止細(xì)小的飛石飛出基坑.5危險(xiǎn)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(yīng)及時(shí)

15、將邊坡、臺(tái)階上方邊緣的浮石清理掉。(2)當(dāng)人員在邊坡下方作業(yè)時(shí)，應(yīng)先檢查邊坡，看是否有浮石和邊坡開裂等情況，應(yīng)先將浮石和邊坡開裂清理干凈，再開始作業(yè).(3)當(dāng)邊坡上方有人作業(yè)時(shí)，上方作業(yè)人員的正下方不得有人作業(yè)。(4)當(dāng)人員在邊坡面上作業(yè)時(shí)，應(yīng)將安全繩移動(dòng)范圍內(nèi)的浮石清理干凈。(5)作業(yè)人員應(yīng)戴安全帽、穿工作鞋與制式服裝。5.2機(jī)械傷害控制措施各種機(jī)械設(shè)備的操作人員,都必須經(jīng)過專業(yè)與安全技術(shù)培訓(xùn)，經(jīng)有關(guān)部門考核合格方準(zhǔn)上崗,嚴(yán)禁無證人員操作。種機(jī)械操作人員，必須懂得所操作機(jī)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(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng).工作時(shí)，操作人員必須穿戴好防護(hù)用品，集中思想、服從

16、指揮、謹(jǐn)慎操作，不得擅離職守或?qū)C(jī)械隨意交給他人操作.交付現(xiàn)場(chǎng)使用的機(jī)械設(shè)備,必須性能良好，防護(hù)裝置齊全,生產(chǎn)及安全所需備用品配套，并經(jīng)設(shè)備部門和現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人驗(yàn)收認(rèn)可后，方能使用。機(jī)動(dòng)車行駛與停止時(shí)，必須與基坑、輸電線保持規(guī)定的安全距離。（6）機(jī)械設(shè)備進(jìn)入作業(yè)點(diǎn),單位工程負(fù)責(zé)人應(yīng)向操作人員進(jìn)行作業(yè)任務(wù)和安全技術(shù)措施的詳細(xì)交底.6振動(dòng)檢測(cè)實(shí)施二氧化碳致裂巖石時(shí)有輕微振動(dòng),對(duì)振動(dòng)比較敏感部位需進(jìn)行檢測(cè)。振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)一般包括三級(jí),即傳感器、中間適配放大器和記錄存儲(chǔ)分析理儀器設(shè)備。傳感器將原始振動(dòng)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(hào)進(jìn)行濾波阻抗變換處理并放大后輸入到記錄設(shè)備。

17、2振動(dòng)測(cè)試若干技術(shù)問題。1測(cè)點(diǎn)布置（1）為深入研究振動(dòng)效應(yīng)和確定建筑物安全的范圍或劃定區(qū)域，就需在振動(dòng)效應(yīng)較大的區(qū)域內(nèi)布置較密的測(cè)點(diǎn)，以便測(cè)定振動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域以及地面振動(dòng)強(qiáng)度隨爆心變化規(guī)律。（2）為研究爆破振動(dòng)效應(yīng)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(cè)定爆破地震波的傳播規(guī)律。測(cè)點(diǎn)數(shù)目要足夠多，一般測(cè)線上測(cè)點(diǎn)不少于2個(gè)。（3）為避免試驗(yàn)數(shù)據(jù)密集在某一區(qū)域內(nèi),相鄰兩側(cè)點(diǎn)距離呈對(duì)數(shù)規(guī)律。（4）為研究爆破時(shí)建筑物的動(dòng)力效應(yīng),應(yīng)在建筑物附近地面和建筑物地面布置測(cè)點(diǎn),并在建筑物上具有代表性布置測(cè)點(diǎn)，具體位置在該建筑中間位置布設(shè)2個(gè)測(cè)點(diǎn)。6。2。2測(cè)試儀器的正確使用（1）儀器的頻率響應(yīng)任何一種

18、儀器都有一定的頻率響應(yīng)范圍，由不同儀器組成的測(cè)量系統(tǒng)也應(yīng)有一定頻率響應(yīng)范圍.所謂頻率響應(yīng)范圍,是指在此范圍內(nèi),系統(tǒng)測(cè)試的靈敏度相等或在一個(gè)允許誤差的范圍內(nèi).因而在爆破振動(dòng)測(cè)試中應(yīng)特別注意測(cè)試系統(tǒng)頻率響應(yīng)是否滿足要求，針對(duì)性地選用合適的儀器.（2）儀器動(dòng)態(tài)量程范圍應(yīng)特別注意儀器的量程問題,根據(jù)具體情況采用合適的測(cè)量儀器。2.3傳感器的安裝及防護(hù)6.2。3。1傳感器的安裝為了可靠地得到爆破振動(dòng)或結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的記錄，拾振器必須與測(cè)點(diǎn)的表面牢固的結(jié)合在一起,否則在爆破振動(dòng)時(shí)往往會(huì)導(dǎo)致傳感器松動(dòng)、滑動(dòng)，使得信號(hào)完全失真。若測(cè)點(diǎn)表面為堅(jiān)硬巖石，可直接在巖石表面修正一平臺(tái);巖石風(fēng)化，則可將風(fēng)化巖石層清除，再澆注一混凝土墩;測(cè)點(diǎn)表面為土質(zhì)時(shí)，一般將表面松土夯實(shí),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(qiáng)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(shí)，先預(yù)埋固定螺栓,然后用壓板將傳感器底板與預(yù)埋螺栓緊固相連。3）對(duì)于帶螺栓傳感器在沙土介質(zhì)中的安裝，應(yīng)將傳感器上的長螺桿全部插入被測(cè)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(hù)在野外測(cè)試時(shí)，應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行必要的安全防護(hù)。