二氧化碳爆破技术在高速公路施工中的应用

薛飞

【摘 要】本文通过潮惠高速公路一工程案例，主要阐述了针对大面积的软石、次坚石及坚石板岩采用二氧化碳爆破技术进行破碎解石的施工。并对二氧化碳爆破的爆破技术、功效、成本与膨胀剂解石、破碎锤解石及人工解石进行了比较分析。验证了二氧化碳爆破技术是目前国内在处理同类型情况的首选施工方案。

【关键词】二氧化碳 坚石 解石

在高速公路路基石方施工过程中，为最大限度的减小对周围环境的影响和扰动，特别是周围房屋的扰动，就要求选择功效高，并且经济可行的施工方法进行石方破碎，如二氧化碳爆破。二氧化碳爆破技术是美国朗艾尔·道克斯八十年代新兴发展起来的爆破技术，发明初期主要针对的煤矿中的瓦斯气体、沼气附近的爆破工程。近几年，该项技术已推广至岩石、混凝土和其它物质的快速安全爆破，被广泛采用于钢铁和水泥行业，在高速公路石方破碎中应用较少。

1 二氧化碳爆破在国内爆破施工中的应用情况

目前，二氧化碳爆破技术在国内主要应用在煤矿中，且使用广泛，尽管在高速公路施工中应用较少，2011年在广东省广乐高速石方施工过程中，小区域的采用了该爆破工艺，针对母岩强度各异的岩石进行了爆破试验，并成功的应用于现场实践中，取得了极佳的效果，确保了该高速的顺利通车。

2 二氧化碳爆破原理

2.1 爆破前的准备工作

首先，在工地准备一个密闭的不锈钢质的二氧化碳专用储存罐，体积3方左右适可，可在附近气站灌注二氧化碳气体，并存放于施工现场阴凉处，不得暴晒；其次，需要针对爆破的岩石采用挖掘机进行现场作业面的清理，挖除周围土方或软石以提供最佳临空面并修筑履带式潜孔钻作业平台，因为好的临空面是提高爆破施工功效的前提；在临空面清理完毕后，采用履带式潜孔钻机在岩石上方进行打孔作业，可根据岩石硬度高低、体积大小，钻设直径及深度不同的钻孔，要求钻孔尽量垂直钻入，孔径可应控制在60mm—120mm孔径钻孔，孔径不易超过120mm，孔深不宜超过6m，以免影响爆破效果。

2.2 爆破过程中的施工控制

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（爆破筒）内，装入安全膜、破裂片、导热棒和密封圈，拧紧合金帽即可完成爆破前的启动工作。将爆破筒和起爆器及电源线携至爆破现场，把爆破筒插入钻孔中固定好，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。无震动、无粉尘。二氧化碳属于惰性气体，非易燃易爆物质，爆破过程就是体积膨胀的过程，物理做功而非化学反应。

3 爆破施工在平宝山段路基中的应用

广东省潮州至惠州高速公路TJ03合同段地处广东潮州、揭阳、普宁三区，村庄密集。其中平宝山段路基（K48+780—K49+315）共计535米，地处丘陵区，山体起伏，植被发育。山体残坡积粉质粘土及花岗岩全～强风化层厚度较大，未测得岩层产状，表面大量花岗岩孤石，大小不等。从现场采用的多种静态爆破施工工艺实践证明，膨胀剂裂石、破碎锤解石及人工解石等施工工艺，从功效上比较来看，均不满足不了施工工期要求的功效，且成本较高，因此该段落路基石方破碎最终决定采取对二氧化碳爆破技术为主、破碎锤辅助解石为辅的方式进行石方开挖。

4 二氧化碳爆破与其他静态爆破功效及成本分析

4.1 人工解石

所谓人工解石主要是采用以空压机为主导，施工人员配合采用手持式手风钻打设直径3cm孔，成孔后将钢楔一端楔入孔口，利用大锤敲击钢楔尾部，从而将大块岩石解小至50cm左右的过程。施工过程中无震动、噪音小，受天气影响小，按3m孔深计算，每孔钻设需要22min，人均每天破碎量1～2m3，但效率极低，成本极高约300元/方。

4.2 破碎锤解石

目前，国内在高速公路建设施工过程中，破碎锤解石在施工现场较为常见，且应用比较广泛，该工艺对棱角分明、且、体积在1m3左右或有明显裂隙发育的孤石效果更佳，但采用该工艺对表面光滑的孤石或整体板岩施工时，因破碎锤锤尖与孤石接触时易滑脱或岩石母岩强度较高，破碎锤解石的缺点便报漏无疑。平宝山段路基石方便以表面光滑孤石和板岩为主，经过现场实际施工进行的功效及成本测算，1台400型破碎锤针对花岗岩这样的强度高、表面圆滑的孤石破碎不足100m3，功效低、成本较高约150元/方，受天气影响小。

4.3 膨胀剂解石

膨胀剂裂石与人工解石和破碎锤解石有相似之处，也是采用以空压机为主导，施工人员配合采用手持式手风钻打设直径2.5cm孔，间距为25cm*80cm，孔深按照岩石情况具体而定。钻孔结束后，由施工人员把固态膨胀剂与水按照4：6比例在容器中搅拌均匀，灌注至钻设好的孔中，让其通过物理反应自然开裂，开裂时间约12小时，开裂后采用破碎锤解石工艺进行施工。经过现场实际施工进行的功效及成本测算，按3m孔深计算，人均每天解石约15m3每孔钻设需要22min，功效较低，成本较高约120元/方，但受天气影响较大，一旦遇到雨天钻设好的孔将会报废。

4.4 二氧化碳爆破解石优势

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。主机与爆破器材分离，从灌装至爆破结束时间较短。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。爆破筒回收方便，可连续使用。即可定向爆破又可延时控制，特别是在特殊環境下，如居民区，施工过程中无破坏性震动和短波，对周围环境无破坏性影响。无需火工库，管理简便，操作易学，操作人员少。为获得较大当量的威力，可根据现场情况，把爆破筒并联使用。

5 结语

综上所述，二氧化碳爆破在施工过程中，操作可控、既安全又可靠，产生振动小、噪音弱，对周边环境影响甚微，与其他常规静态爆破相比较功效更高，成本较低，对岩石的母岩强度要求小。因此，二氧化碳爆破将会成为今后国内基础建施工，特别是高速公路建设施工中普遍利用的石方解石工艺，充分解决因施工对既有线、附近居民房屋开裂等造成的施工困扰，为基建施工奠定了坚实的基础。