浅谈地铁施工中二氧化碳破碎施工技术应用发表时间：2018-11-02T17:07:59.510Z 来源：《防护工程》2018年第19期作者：王群善张建国武辰[导读] 文章就该施工技术进行了全面的介绍，并在施工中需要的注意事项做了详尽的说明，可供类似工程参考借鉴。

中国水利水电第十一工程局有限公司河南省郑州市 450000摘要：长沙地铁4号线某地铁站是地下三层车站，基坑长度150m、标准宽度22.9m、深度27m，车站采用明挖顺作法施工，车站周边均以商住楼、景观绿地为主，人口较密集，为考虑安全，采用二氧化碳破碎技术。

二氧化碳破碎技术属于物理爆破技术，具有爆破过程无火花外漏、爆破威力大、无需验炮、操作简便等优点，文章就该施工技术进行了全面的介绍，并在施工中需要的注意事项做了详尽的说明，可供类似工程参考借鉴。

关键词：地铁；二氧化碳破碎；爆破1、工程概况长沙地铁4号线某地铁站是地下三层车站，基坑长度150m、标准宽度22.9m、深度27m，车站采用明挖顺作法施工，本工程大部分位于强风化砂砾岩、中风化泥质粉砂岩、中风化砂砾岩上，主体基坑属不均匀地基。

车站周边均以商住楼、景观绿地为主。

车站基坑北侧40m处为民用建筑，距基坑边缘1m处为排水管，排水管直径为1.2m，埋深为约为1.5m；基坑南侧30m为旭辉国际广场及高层建筑，距基坑边缘1～4m处为电信、电力、军缆、气管道、自来水管道，埋深约为3.0m左右。

2、开挖设备的选择由于基坑周围环境比较复杂，不宜采用爆破法进行岩石爆破，拟采用“三小一少（振动小、飞石距离小、噪声小与粉尘少）”的二氧化碳致裂器破碎基坑岩石方法，此方法不仅安全，而且符合绿色、环保和低碳要求。

二氧化碳致裂器由泄能器、安全片、储液管、发热装置、充装阀组成。

2.1主要技术参数二氧化碳致裂器主要技术参数见表2-1。

表2-1 主要技术参数表根据现场实际情况，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（致裂破碎筒）内，装入安全膜、破裂片、导热棒和密封圈，拧紧合金帽即完成了致裂破碎前的准备工作。

将致裂破碎筒和点火器及电源线携至致裂破碎现场，把致裂破碎筒插入钻孔中固定好，连接点火器电源。

当微电流通过高导热棒时，产生800～1000°C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，液态的二氧化碳膨胀600倍气态二氧化碳，产生300MPa以上的膨胀压力，冲击波致泄压阀自动打开，被致裂破碎物品或堆积物受几何级当量冲击波向外迅猛推进，从点火至结束整个过程只需0.4毫秒，瞬间释放高压气体断裂和松动岩石。

由于是低温下运行，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。

在井下致裂破碎时对瓦斯具有稀释作用，无震荡，无粉尘。

二氧化碳属于惰性气体非易燃易爆物质，致裂破碎过程就是体积膨胀的过程，物理做功而非化学反应。

2.3二氧化碳致裂破碎特点（1）具有本质的安全特性。

从储存、运输、携带、使用、回收等方面均十分安全。

主机与致裂破碎器材分离，从灌装至致裂破碎结束时间较短。

液态二氧化碳灌注仅需1～3分钟，点火至结束仅需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。

致裂破碎筒回收方便，可连续使用。

（2）既可定向致裂破碎又可延时控制，特别是在特殊环境下，如居民区、隧道、地铁、井下等环境，实施过程中无破坏性振动和短波，对周围环境无破坏性影响。

（3）在石材开采中不破坏纹理结构，成材率和效率较高。

（4）无雷管，无火药，无炸药，无易燃品，无危化品，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。

（5）在矿井下使用其性能更加突出，无论是高瓦斯矿井，冲击地压矿井、水文地质条件较复杂的矿井还是易自燃矿井均可应用（6）材料来源丰富，可就地取材。

提高功效，增加效益，降低成本。

减少繁杂的报批审核程序和管理限制。

在灌注二氧化碳之前所有皆非爆品，灌注后没有高温，没有电压不会自爆，即使有电压或遇强高温，在有空气中引爆也不会产生危险，就像放个鞭炮响一下，对周围环境不产生破坏，非常安全。

（7）为获得较大当量的威力，可根据现场情况，把致裂破碎筒并联使用，或者改进孔径和增进二氧化碳质量。

可灵活控制。

（8）在应急抢险救援中，可将全部设施托运任何交通工具上。

而雷管火药炸药等属管制物品，无此优势。

可节约大量救援时间。

（9）由于炸药雷管等的对社会对环境破坏性，必将控制更加严格，因此办理致裂破碎手续周期较长，而采用致裂器可随时进行致裂破碎作业，实时满足工程建设的需要。

3、二氧化碳致裂器施工工艺3.1 施工工艺图二氧化碳致裂器施工工艺一般分为钻孔、装致裂管、填塞、连线、安全警戒、点火、检查、拔管等，如图6-1所示。

图3-1 二氧化碳致裂器施工工艺3.2 施工步骤3.2.1 开设临空面用机械在基坑一端或中间开挖一定深度与较为陡峭的临空面或沟槽。

3.2.2 钻孔3.2.2.1 钻孔要领操作手应掌握钻机的操作要领，熟悉和掌握设备的性能、构造原理及使用注意事项，具有熟练操作的操作技术，并能掌握不同性质岩石的钻凿规律。

3.2.2.2 钻孔基本方法开口时对于完整的岩面，给小风不加压，应先吹净浮渣，慢慢冲击岩面，钻出空窝后，旋转钻具下钻开孔。

当钻头进孔后，逐渐加大风量至全风全压快速凿岩状态。

对于硬岩，应选用高质量高硬度的钻头，送全风全压，但转速不能过高，防止损坏钻头，对于软岩，应送全风加半压，每进尺1.0～1.5m提钻吹孔一次，防止孔底积渣过多而卡孔。

3.2.2.3 泥浆护孔方法对于孔口岩石不稳固状态，应在钻孔过程中，采用泥浆护壁。

泥浆护壁的操作程序为：致裂孔钻凿2～3m，在孔口堆放一定量的含水粘黄泥，用钻杆上下移动，将黄泥代入孔内并浸入破碎岩缝内。

当不考虑对边坡的影响、且边孔无侧向临空时，为了克服岩体的夹制作用，边孔距离凌空面尺寸应缩短0.5～0.8m。

3.2.2.4 致裂孔验收与保护（1）致裂孔验收①检查致裂孔深度与孔网参数；②复核抵抗线；③孔中有水时不能施工。

④在验收过程中发现堵孔、深度不够，应及时补钻。

（2）致裂孔保护①每个致裂孔钻完后立即将孔口用塑料或编织袋等材料堵塞好，防止雨水或其他杂物进入致裂孔。

②孔口的岩石清理干净，防止掉入孔内。

③一个致裂区钻孔完成后尽快实施致裂。

3.2.3 装管根据致裂孔深度将致裂器一节一节的装入孔内。

根据临空面高度H及孔深L调整致裂器节数，最上方连接提升杆。

3.2.4 填塞3.2.4.1 提升杆外露长度填塞后，提升杆外露长度A: 0.3≦A≦0.5m。

3.2.4.2 填塞方法填塞材料一般采用钻屑、干燥细石粉，并将其堆放在致裂孔周围。

将填塞材料慢慢放入致裂孔内，同时敲击外露提升杆部位，便于填塞材料下沉压实。

亦可采用手持振动棒振动，提高填塞效率。

3.2.4.3 填塞作业注意事项（1）填塞材料中不得含有碎石块或潮湿石屑。

（2）致裂孔内有水时，在填塞过程中容易形成泥浆或悬空，使致裂器周围无法填塞密实。

致裂效果不好，甚至造成致裂器从空中飞出。

（3）填塞过程中要防止导线砸破。

（4）加固处理。

填塞完毕后，将每组致裂器的提升管用钢丝绳连接起来，控制个别致裂器飞散或滑落。

3.2.5 连接网路导电网路的连接是一个关键工序，若一次致裂孔数较多，必须合理分区连接，以减少整个导电网路的电阻值，分区时要注意各个支路的电阻平衡，保证每个致裂器获得相同的电流值。

在网路连接过程中，应利用专用电阻表检测网路电阻，网路连接完毕后，必须对网络所测电阻值与计算值进行比较，如果差别较大，应查明原因，排除故障，重新连接，网路连接的接头应用高质量绝缘胶布缠紧，保证接头质量。

网路连接采用串联方法。

3.2.6点火采用高能起爆器点火。

点火前，首先检查起爆器是否完好正常，起爆器应及时充电，保证提供足够电能，并能快速充到致裂破碎需求的电压值；在连接主线前必须对网路电阻进行检测，当警戒完成后，再次测量网路电阻值，确定正常后，才能将主线与起爆器连接，然后等待点火命令。

岩石致裂破碎后，及时切断电源，将主线与起爆器分离。

3.2.7 岩石致裂破碎后检查致裂破碎后5分钟后由致裂破碎工程技术人员对现场进行检查，只有在检查完毕确认安全后，才能发出解除警戒信号和允许其他人员进入施工现场。

致裂破碎后检查内容：（1）破碎堆是否稳定，有无危坡、危石；（2）有无危险边坡、不稳定破碎堆、滚石和超范围塌陷；（3）最敏感、最重要的保护对象是否安全；（4）施工区附近地下采矿场时，应对这些部位进行有害气体检测。

3.2.8 提管（1）提管过程中，提拉方向应与提升杆方向一致。

（2）严禁暴力操作，若提升杆不能提出，需对岩石进行二次破碎后再取出。

（3）将致裂管收回，进行二次充装使用。

3.2.9 大块岩石破碎在致裂过程中，不可避免的会产生一定数量的大块岩石，而这些大块岩石超过了生产要求规格或挖装机械的铲斗容量时，必须对这些大块岩石进行二次破碎。

破碎大块岩石采用机械破碎法，利用液压冲击锤（俗称炮机）对大块岩石进行二次破碎。

液压破碎锤是一种非常重要的高效作业的新型的破碎工具，主要用来完成采石场的采石作业或者岩石的破碎等。

液压破碎锤在工作过程中必须以动力源、工作介质及能量转换为基础才能运动工作的。

这里动力源是液压泵，工作介质就是常用的液压油。

运动过程中把液压能转换为机械冲击能，即以液体压力驱动液压缸中的活塞往复运动对外做功，并对外输出能量束进行工作。

此种方法效率高，基本无飞石，是破碎二次岩石的最理想的主要方法，一是工作效率高，二是安全性好。

4、安全防护二氧化碳致裂器致裂破碎岩石时会有个别石块飞出，因此需用竹夹板、地毯、密目网或钢丝网覆盖在基坑上部的冠梁上，防止飞石飞出基坑。

具体方法用竹架板排列3m的宽度，2m的长度，然后用两根钢管固定，作为一块整体防护材料使用，爆破时采用人工将加工后的竹架板铺设在基坑的横梁上，有基坑边向基坑中心铺设，直至把需要爆破区的上方全部覆盖，最后在竹架板上方再铺设一层地毯，防止细小的飞石飞出基坑。

5、危险源的控制措施 5.1 物体打击控制措施（1）每次岩石致裂破碎完毕，应及时将边坡、台阶上方边缘的浮石清理掉。

（2）当人员在边坡下方作业时，应先检查边坡，看是否有浮石和边坡开裂等情况，应先将浮石和边坡开裂清理干净，再开始作业。

（3）当边坡上方有人作业时，上方作业人员的正下方不得有人作业。

（4）当人员在边坡面上作业时，应将安全绳移动范围内的浮石清理干净。

（5）作业人员应戴安全帽、穿工作鞋与制式服装。

5.2 机械伤害控制措施（1）各种机械设备的操作人员，都必须经过专业与安全技术培训，经有关部门考核合格方准上岗，严禁无证人员操作。