二氧化碳气体致裂配合机械法进行路基石方施工技术应用研究.docx

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二氧化碳气体致裂配合机械法进行路基石方施工技术应用研究

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李达钦

摘要：采用二氧化碳气体致裂配合机械法施工技术对路基石方进行开挖作业，能够有效地避免对周围特殊设施造成影响，满足对特殊设施的保护要求，且受政策影响的因素更小。文章结合东莞至番禺高速公路桥头至沙田段工程施工第1合同段厚街南互通立交K55+315～K55+855段路基工程石方开挖的施工实例，介绍二氧化碳气体致裂配合机械法进行路基石方施工技术应用，可为类似工程提供借鉴参考。

关键词：二氧化碳;气体致裂;机械法;路基石方

0前言

本文以东莞市莞番高速一期工程东莞至番禺高速公路桥头至沙田段工程施工第1合同段为依托，研究了二氧化碳气体致裂配合机械法进行路基石方施工技术应用。路基石方施工，常规的做法是采用炸药爆破配合机械凿除进行施工，但是如果受施工场地周边环境和属地政策因素的影响，将无法使用炸药爆破施工。莞番高速施工第一合同段厚街南互通立交K55+315～K55+855段为路基工程，位于山地，约有20万方石方挖方。因该路段上方高压电力线路密集，为确保电力设施的安全，供电部门不允许施工单位使用炸药进行爆破施工。但由于该项目工期较紧，且施工单位拟在该段路基施工完成后，建设一座预制梁场，因此该段路基施工工期将严重影响到项目总工期，然而上跨高压线迁改等级高，需要省级部门审批，迁改进度缓慢，等待迁改完成后再进行石方开挖不能满足工期要求，故如何在保证不影响项目工期和高压线安全的前提下，安全顺利快速地完成该段路基石方施工成为了技术难题。

施工单位在根据施工现场周边环境、现有国内施工技术条件和方案比选，采用了在煤矿中使用的二氧化碳无炸药气体致裂法、配合机械凿除的工艺进行施工，最终在保证安全和进度的前提下，圆满顺利地完成了相关施工任务。

1工艺原理

液态二氧化碳相变致裂技术是一种理念先进、方法安全、效果显著的爆破技术，属于物理爆破技术，具有爆破过程无火花外露、威力大、无需验炮、操作简便、不属于民爆产品，其运输、储存和使用获豁免审批等优点，被广泛应用于岩体爆破、采煤、清堵、建筑物拆除等。

二氧化碳致裂器的原理：二氧化碳气体在一定的高压下可转变为液态，通过高压泵将液态的二氧化碳压缩至圆柱体容器（致裂管）内，装入破裂片、导热棒和密封圈，拧紧合金帽即完成了致裂前的准备工作。将致裂管和安全云毫差起爆器及电源线携至致裂现场，把致裂管插入钻孔中固定好，连接起爆器电源。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气化，急剧膨胀产生高压冲击波致泄压阀自动打开，被爆破物品或堆积物受几何级当量冲击波向外迅猛推进，从起爆至结束整个过程只需0.4毫秒，且是低温下运行，与周围环境的液体，气体不相融合，不产生任何有害气体，不产生电弧和电火花，不受高温、高热、高湿、高寒影响，无震荡。二氧化碳属于惰性气体非易燃易爆物质，致裂过程就是体积膨胀的过程，物理做功而非化学反应。

经过二氧化碳气体致裂后，确认无盲炮及其他安全隐患即可解除警戒，继续进行致裂或机械法解小工作。

2工艺优势

二氧化碳气体致裂配合机械法进行施工的优势体现在安全性能、环保效益等方面，主要优势有：

（1）二氧化碳具有本质的安全特性，从储存、运输、携带、使用等方面均十分安全。主机与致裂器材分离，从灌装至致裂结束时间较短;液态二氧化碳灌注仅需1～3分钟，起爆至结束仅需4毫秒;实施过程无哑炮，无需验炮;安全警戒距离短，无安全隐患;致裂管回收方便，可连续使用。

（2）既可定向又可延时控制，特别是在特殊环境下，如居民区、隧道、地铁、高压线下及需特别保护的设施等环境，实施过程中无破坏性震动和短波，对周围环境无破坏性影响。

（3）无需火工库，管理简便，操作易学，操作人员少，无需专业人员值守。

（4）材料来源丰富，可就地取材，化工廠、充气站都有液态二氧化碳。使用二氧化碳致裂技术能增加效益，降低成本，减少繁杂的报批审核程序和管理限制。

（5）定向泄能对周围环境不产生破坏，不产生一氧化碳及氮氧化物等有害气体。

由于本项目路基施工对高压线的保护要求高，采用二氧化碳致裂效果突出。

3二氧化碳气体致裂配合机械法施工在本案中的具体应用

主要流程图如图1所示。

3.1二氧化碳气体致裂配合机械法工艺操作流程

3.1.1施工准备

（1）致裂准备与测量同步，在放线的同时，准备导线，组装致裂器，并对组装好的致裂器进行试验。

（2）致裂器装管采用直径102mm的二氧化碳致裂器，直径120mm潜孔钻头钻致裂器孔，孔深3m，每孔装1根致裂器。致裂器使用前，需严格对其进行外观和结构检查。主要检查内容有：

①有无明显划痕、锈蚀及肉眼可见裂痕;

②泄能器结构应能使储液管内高压二氧化碳在达到泄放压力后充分泄放;

③试验密封性：将组装好的致裂器置于水中，观测2