二氧化碳相变致裂破岩专项方案 - 图文

5 )土建及安装施工第Ⅰ标段 二氧化碳相变致韶关市乳源瑶族自治县南水水库供水工程(原水管道部分

裂破岩专项方案

图2.2-5周边环境图

2.3工程地质

工程地质根据提供的资料显示需要破碎的对象为原水管道外包混凝土砼、支墩混凝土砼、阀门井等混凝土砼，上山便道部分岩石层。

2.4施工要求与技术保证条件

（1）作业实施前，应设置安全防护措施，避免高处滚石及坠物伤害过往行人及周边建筑物。

（2）正式进行开挖作业前应进行试验，收集试验数据，根据收集数据优化开挖。

3、施工技术设计

3.1施工方案比择

现在开挖破碎固体介质（岩体、混凝土等）主要手段有：爆破、膨胀剂静态破碎、液压锤机械破碎以及二氧化碳相变致裂等。

爆破法是最传统、最主流的方法，具有快速、经济等优点，但同时爆破易产生飞石、振动、粉尘、噪音等，爆破飞石、噪音可通过控制单耗以及加强防护等措施控制，爆破振动可通过采用数码电子雷管控制单孔单段药量进行控制，爆破粉尘可采用喷雾进行控制，这些措

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裂破岩专项方案

施的采用将使爆破成本增加。最主要的是目前爆破器材管理严格，单次爆破炸药的运输成本至少2000元，且器材供应时间不可控，对于小规模爆破已不具备经济、快速等优点。

膨胀剂静态破碎，具有无声、无振动等特点，然而施工效率低、施工条件恶劣、施工成本高，不利于大规模作业，特别是在岩土中，膨胀剂将沿孔壁裂缝流入岩体，导致保护区的破裂，仅适合振动、飞石、粉尘控制要求极严的部位开挖。

液压锤机械破碎，具有作业人员劳动强度低、基本无飞石等特点，但持续噪声及粉尘对环境污染大，对工作面有一定要求，不适合小洞子等狭窄地段施工。

二氧化碳相变致裂破岩是近年引入国内并推广使用的破岩技术。该技术具有快速、安全等特点，由于二氧化碳相变在孔内产生的气体压力远低于炸药爆炸在孔内产生的压力，因此，破岩过程中产生的飞石、粉尘及振动远低于爆破所产生的飞石、粉尘及振动，且不产生有毒有害气体。适合环境复杂，对振动、飞石、噪声及粉尘控制要求严格的区域施工。

本项目周边环境复杂，对施工质量要求高，为确保施工安全，且工期要求紧。如采用钻爆方式需先到当地公安局申请备案，整个流程走下来不少于1个月，且钻爆所产生的噪音、震动、飞石、粉尘较大，会直接影响到电厂内建筑物及职工的日常生活、办公。根据类似工程经验拟采用二氧化碳相变致裂破岩技术对待拆除的混凝土、岩石进行施工。

3.2液态二氧化碳相变致裂技术简介

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储液管内，装入剪切片、加热棒和密封圈，拧紧合金帽即完成了爆破前的准备工作。将爆破管和起爆器及电源线携至爆破现场，把爆破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定压剪切片自动打开，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。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的过程，物理做功而非化学反应。

二氧化碳相变致裂破岩技术是一种高压气体爆破技术，是利用液态二氧化碳吸热气化时体积急剧膨胀产生高压，致使岩体破碎或开裂。实践证明，采用二氧化碳相变致裂器爆破振速较低，夜间可正常施工，不影响居民正常生活。

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3.3二氧化碳膨胀破岩关键参数设计

目前国内的几个大型二氧化碳致裂器制造厂家，包括北京中煤集团、北京巧立科技集团。均没有相关技术能保证二氧化碳相变致裂器在爆破过程中达到分段延时起爆的效果，所有致裂器在爆破工作面均同时起爆，与传统的炸药爆破存在一定区间，要达到区间隧道周边岩体定向致裂和中间岩体的减震爆破，需重点控制以下几个方面：

（1）二氧化碳致裂器安装对钻孔垂直度精度要求较高，若出现偏孔，则可能导致致裂器无法安装，所以在打孔过程不易过快，以稳为主。

（2）根据岩石强度选择合适的致裂器，对于C25混凝土强度在50Mpa以内可选择MZL300-53/1200型二氧化碳致裂器。因二氧化碳相变致裂破岩靠气体膨胀压力来破碎岩体，钻孔孔径太大容易漏气，影响爆破效果。对于混凝土，成孔效果好，可配备φ65mm合金钻头进行打孔。

（3）二氧化碳相变致裂破岩设计原理类似炸药预裂爆破，其周边眼布置最为重要，为保证爆破效果，达到定向爆破的目的，根据类似工程经验，要达到较好的周边爆破效果，一般需在周边致裂孔中间打设致裂导向孔，导向孔为空孔，不装致裂管，一般导向空孔深度小于致裂装管孔200m~300mm，主要目的是减少二氧化碳致裂过程中的膨胀气体从导向孔中泄漏。

（4）目前国内市场上的二氧化碳致裂器泄能孔一般为双孔形式，通过调整周边眼和辅助周边眼中致裂器的泄能孔方向，可保证周边眼及辅助周边眼的爆破效果，其中周边眼内的二氧化碳致裂器泄能孔方向为平行周边轮廓线方向；周边辅助眼内的二氧化碳致裂器泄能孔方向为垂直周边轮廓线方向，详细布置方向见爆破参数设计图。

（5）隧洞掌子面的二氧化碳辅助致裂孔均可打设为直孔，周边孔可控制3～5°的外插角。具体二氧化碳致裂参数详见爆破参数设计图。

3.4参数试验

试验部位选择在桩号0+120.00部位，试验时测试后冲向的振动，振动测点布置在孔底2m、5m、10m、20m位置（建设单位委托有水利行业计量认证资质的单位承担）。具体试验内容如下： （1）首先选择方案见图4.1-2堵头段二氧化碳膨胀破岩孔布置图进行试验，如果破碎效果达到预期要求，则按此开始全断面开挖。

（2）首次试验每个断面分三次进行钻孔致裂，首先紧邻中导洞临空面的内圈孔，其次为扩挖孔，最后进行周边轮廓孔；如果致裂效果满足要求，再进行内圈孔及扩挖孔部位同时施工，后进行外圈孔施工；依据前2次的试验效果，决定是否进行一次全断面一次性钻孔施工。

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值得说明的是，如果二氧化碳相变致裂设备供应商能够提供微差分段点火装置，则只进行全断面依据方案的试验效果进行调整孔网参数，直至满足开挖要求。

（3）如果试验时飞石距离能控制在10m以内，则洞外斜坡上混凝土也可采用二氧化碳膨胀破岩开挖，孔间排距增大100%～50%。

4、实施方案及进度安排

二氧化碳膨胀破岩使用主要分为五个工作步骤。第一步骤地面操作间的装管。第二步爆破工作面的打眼。第三步将装好气的致裂管运输到工作面。第四步把二氧化碳致裂管放炮眼里面，并且封孔，放炮。第五步回收。

4.1堵头段拆除施工

4.1.1钢管预拆除

洞内堵头段为满包混凝土钢管，空间较窄，钻机不好停位，受钢管的限制，需先把钢管拆除后才能进行混凝土拆除。具体步骤如下：

（1）用钻车贴着钢管外壁四周用ф90钻头钻孔，间距20cm,深度3m。

（2）用氧割机从管内顺着管外孔位纵向割不少于8道缝，长度2m,后环向割断。 （3）利用小型挖掘机先把钢管掏出，然后再进行二氧化碳膨胀破岩。

图4.1-1 堵头段剖面图

4.1.2堵头段混凝土拆除

堵头段混凝土拆除采用二氧化碳膨胀破岩，为洞内开挖，开挖区下游侧有古滑坡体，不宜选择大直径的致裂器，初步确定选择φ51mm二氧化碳致裂器。因二氧化碳致裂靠气体膨胀压力来破碎固体介质，钻孔孔径太大容易漏气，影响致裂效果。若介质均匀，成孔效果好，可配备φ65mm合金钻头进行打孔，若介质含碎块及结构面，孔内宜掉碎块，可配备φ65mm合金钻头进行打孔。

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