薛飛

【摘 要】本文通過潮惠高速公路一工程案例，主要闡述了針對大面積的軟石、次堅石及堅石板巖采用二氧化碳爆破技術(shù)進行破碎解石的施工。并對二氧化碳爆破的爆破技術(shù)、功效、成本與膨脹劑解石、破碎錘解石及人工解石進行了比較分析。驗證了二氧化碳爆破技術(shù)是目前國內(nèi)在處理同類型情況的首選施工方案。

【關(guān)鍵詞】二氧化碳 堅石 解石

在高速公路路基石方施工過程中，為最大限度的減小對周圍環(huán)境的影響和擾動，特別是周圍房屋的擾動，就要求選擇功效高，并且經(jīng)濟可行的施工方法進行石方破碎，如二氧化碳爆破。二氧化碳爆破技術(shù)是美國朗艾爾·道克斯八十年代新興發(fā)展起來的爆破技術(shù)，發(fā)明初期主要針對的煤礦中的瓦斯氣體、沼氣附近的爆破工程。近幾年，該項技術(shù)已推廣至巖石、混凝土和其它物質(zhì)的快速安全爆破，被廣泛采用于鋼鐵和水泥行業(yè)，在高速公路石方破碎中應(yīng)用較少。

1 二氧化碳爆破在國內(nèi)爆破施工中的應(yīng)用情況

目前，二氧化碳爆破技術(shù)在國內(nèi)主要應(yīng)用在煤礦中，且使用廣泛，盡管在高速公路施工中應(yīng)用較少，2011年在廣東省廣樂高速石方施工過程中，小區(qū)域的采用了該爆破工藝，針對母巖強度各異的巖石進行了爆破試驗，并成功的應(yīng)用于現(xiàn)場實踐中，取得了極佳的效果，確保了該高速的順利通車。

2 二氧化碳爆破原理

2.1 爆破前的準備工作

首先，在工地準備一個密閉的不銹鋼質(zhì)的二氧化碳專用儲存罐，體積3方左右適可，可在附近氣站灌注二氧化碳氣體，并存放于施工現(xiàn)場陰涼處，不得暴曬；其次，需要針對爆破的巖石采用挖掘機進行現(xiàn)場作業(yè)面的清理，挖除周圍土方或軟石以提供最佳臨空面并修筑履帶式潛孔鉆作業(yè)平臺，因為好的臨空面是提高爆破施工功效的前提；在臨空面清理完畢后，采用履帶式潛孔鉆機在巖石上方進行打孔作業(yè)，可根據(jù)巖石硬度高低、體積大小，鉆設(shè)直徑及深度不同的鉆孔，要求鉆孔盡量垂直鉆入，孔徑可應(yīng)控制在60mm—120mm孔徑鉆孔，孔徑不易超過120mm，孔深不宜超過6m，以免影響爆破效果。

2.2 爆破過程中的施工控制

二氧化碳氣體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)的二氧化碳壓縮至圓柱體容器（爆破筒）內(nèi)，裝入安全膜、破裂片、導(dǎo)熱棒和密封圈，擰緊合金帽即可完成爆破前的啟動工作。將爆破筒和起爆器及電源線攜至爆破現(xiàn)場，把爆破筒插入鉆孔中固定好，連接起爆器電源。當微電流通過高導(dǎo)熱棒時，產(chǎn)生高溫擊穿安全膜，瞬間將液態(tài)二氧化碳氣化，急劇膨脹產(chǎn)生高壓沖擊波致泄壓閥自動打開，被爆破物品或堆積物受幾何級當量沖擊波向外迅猛推進，從起爆至結(jié)束整個過程只需0.4毫秒，且是低溫下運行，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。無震動、無粉塵。二氧化碳屬于惰性氣體，非易燃易爆物質(zhì)，爆破過程就是體積膨脹的過程，物理做功而非化學(xué)反應(yīng)。

3 爆破施工在平寶山段路基中的應(yīng)用

廣東省潮州至惠州高速公路TJ03合同段地處廣東潮州、揭陽、普寧三區(qū)，村莊密集。其中平寶山段路基（K48+780—K49+315）共計535米，地處丘陵區(qū)，山體起伏，植被發(fā)育。山體殘坡積粉質(zhì)粘土及花崗巖全～強風化層厚度較大，未測得巖層產(chǎn)狀，表面大量花崗巖孤石，大小不等。從現(xiàn)場采用的多種靜態(tài)爆破施工工藝實踐證明，膨脹劑裂石、破碎錘解石及人工解石等施工工藝，從功效上比較來看，均不滿足不了施工工期要求的功效，且成本較高，因此該段落路基石方破碎最終決定采取對二氧化碳爆破技術(shù)為主、破碎錘輔助解石為輔的方式進行石方開挖。

4 二氧化碳爆破與其他靜態(tài)爆破功效及成本分析

4.1 人工解石

所謂人工解石主要是采用以空壓機為主導(dǎo)，施工人員配合采用手持式手風鉆打設(shè)直徑3cm孔，成孔后將鋼楔一端楔入孔口，利用大錘敲擊鋼楔尾部，從而將大塊巖石解小至50cm左右的過程。施工過程中無震動、噪音小，受天氣影響小，按3m孔深計算，每孔鉆設(shè)需要22min，人均每天破碎量1～2m3，但效率極低，成本極高約300元/方。

4.2 破碎錘解石

目前，國內(nèi)在高速公路建設(shè)施工過程中，破碎錘解石在施工現(xiàn)場較為常見，且應(yīng)用比較廣泛，該工藝對棱角分明、且、體積在1m3左右或有明顯裂隙發(fā)育的孤石效果更佳，但采用該工藝對表面光滑的孤石或整體板巖施工時，因破碎錘錘尖與孤石接觸時易滑脫或巖石母巖強度較高，破碎錘解石的缺點便報漏無疑。平寶山段路基石方便以表面光滑孤石和板巖為主，經(jīng)過現(xiàn)場實際施工進行的功效及成本測算，1臺400型破碎錘針對花崗巖這樣的強度高、表面圓滑的孤石破碎不足100m3，功效低、成本較高約150元/方，受天氣影響小。

4.3 膨脹劑解石

膨脹劑裂石與人工解石和破碎錘解石有相似之處，也是采用以空壓機為主導(dǎo)，施工人員配合采用手持式手風鉆打設(shè)直徑2.5cm孔，間距為25cm*80cm，孔深按照巖石情況具體而定。鉆孔結(jié)束后，由施工人員把固態(tài)膨脹劑與水按照4：6比例在容器中攪拌均勻，灌注至鉆設(shè)好的孔中，讓其通過物理反應(yīng)自然開裂，開裂時間約12小時，開裂后采用破碎錘解石工藝進行施工。經(jīng)過現(xiàn)場實際施工進行的功效及成本測算，按3m孔深計算，人均每天解石約15m3每孔鉆設(shè)需要22min，功效較低，成本較高約120元/方，但受天氣影響較大，一旦遇到雨天鉆設(shè)好的孔將會報廢。

4.4 二氧化碳爆破解石優(yōu)勢

具有本質(zhì)的安全特性，從儲存、運輸、攜帶、使用、回收等方面均十分安全。主機與爆破器材分離，從灌裝至爆破結(jié)束時間較短。液態(tài)二氧化碳灌注僅需1-3分鐘，起爆至結(jié)束僅需4毫秒。實施過程無啞炮，無需驗炮。安全警戒距離短，無安全隱患。爆破筒回收方便，可連續(xù)使用。即可定向爆破又可延時控制，特別是在特殊環(huán)境下，如居民區(qū)，施工過程中無破壞性震動和短波，對周圍環(huán)境無破壞性影響。無需火工庫，管理簡便，操作易學(xué)，操作人員少。為獲得較大當量的威力，可根據(jù)現(xiàn)場情況，把爆破筒并聯(lián)使用。

5 結(jié)語

綜上所述，二氧化碳爆破在施工過程中，操作可控、既安全又可靠，產(chǎn)生振動小、噪音弱，對周邊環(huán)境影響甚微，與其他常規(guī)靜態(tài)爆破相比較功效更高，成本較低，對巖石的母巖強度要求小。因此，二氧化碳爆破將會成為今后國內(nèi)基礎(chǔ)建施工，特別是高速公路建設(shè)施工中普遍利用的石方解石工藝，充分解決因施工對既有線、附近居民房屋開裂等造成的施工困擾，為基建施工奠定了堅實的基礎(chǔ)。