陈秋

【摘要】在高速公路施工过程中常常会因为路基存在坚硬的岩石层而严重阻碍施工进度。这种情况下一般需要通过爆破的方式对那些坚硬的岩石进行破碎并推进后续施工。传统的炸药爆破模式在一些存在地下天然气管道的路段会产生较大的安全风险。二氧化碳致裂爆破技术主要通过在极短的时间内将液态的二氧化碳转化为气态，体积的快速膨胀产生的巨大压力可以将坚硬的大块岩石层破碎便于清运的小石块。而且这种爆破技术不会产生高温、火花以及严重的环境和水土污染。本文主要结合实际的工程项目案例来分析这种爆破技术的应用方法。

【关键词】二氧化碳致裂爆破技术;高速公路;施工应用

高速公路施工中有时候需要借助爆破的方式对路基上的大块坚硬岩石层进行爆破，静态二氧化碳爆破技术可以在温度较低的情况下通过液态二氧化碳的气化膨胀来爆破岩石层。如果路基施工区域范围内存在地下天然气管道时，就可以通过这种技术来确保天然气管道不会因为爆破产生的振动作用而受到影响。

1、项目背景

本项目主体为山西静兴高速的土建8标段施工，该标段中的8号路基和9号路基分别长299m和637m，原计划采用控制爆破技术来实现石方施工，但后期发现这两个路段和既有的天然气管道非常接近，如果采用控制爆破技术可能会对天然气的安全运营以及施工人员的生命安全产生不可控的风险。后来经过研究决定采用二氧化碳静态爆破技术代替原计划的控制爆破技术。

2、原理分析

液态的二氧化碳气体经过外加压力的释放就会在一瞬间转变成气态的二氧化碳并对周围的物体产生强烈的冲击。将液化的二氧化碳装进圆柱形的爆破筒并通过密封圈、导热棒以及安全膜等形成一个可操作的高压密闭环境，此时那些液态的二样化碳在密封圆柱体的高压作用下继续保持原本的液体相态。在需要开展爆破作业的路段进行钻孔、设置爆破筒、部署引线和起爆器等一系列操作。当操作人员对爆破装置通电后就可以使爆破筒中设置的导热棒发热以及破坏爆破筒中的安全膜，原本的高压密闭环境因为安全膜的破裂而出现压力泄漏以及液态二氧化碳的气化膨胀，进而凭借二氧化碳气体产生的强大压力对待爆破的土石结构产生一定的破碎效果[1]。

3、优势分析

3.1安全性高

本项目的施工难点在于传统的爆破技术会对作业现场旁边的天然气管道产生威胁，火药爆炸会产生比较剧烈的振动作用以及冲击波效应，进而对周边建筑物、地下设施以及工作业人员造成一定的安全风险，而且天然气的大量泄漏也会造成国家资源的浪费以及影响人民群众的正常生活等。而本次施工中采用的静态二氧化碳爆破技术主要利用液态二氧化碳在气化过程中产生的巨大压力来破坏土石方，二氧化碳作为一种良好的阻燃剂自然不可能引发天然气的爆燃。另外，静态二氧化碳爆破技术对地面以及周边环境产生的振动远远小于传统的爆破技术，因而其安全警戒的区域范围也比传统爆破技术更小[2]。

3.2环境影响较小

传统的使用炸药来实现爆破的方案会对地面产生非常强烈的破坏效果且爆破产生的烟尘和噪音也非常显著，同时这种爆破技术产生的炸药残留物也会对周边的植物、水源等产生或多或少的影响。静态爆破技术通过气态二氧化碳产生的强大压力对作业区域的土石方进行有效破坏，因而这种爆破技术产生的冲击波、灰尘量以及噪音等污染都远远小于传统爆破技术。另外，二氧化碳气体释放之后并不会对周边的土壤、空气、水源以及植物等造成污染，因而其环保效应更佳[3]。

3.3成本可控、审批容易

第一，静态爆破技术中使用的二氧化碳气体可以从空气中分离得到，因而其供应量充足且整体成本较小。这种爆破技术中使用的连接线、起爆器等装置在使用过后还可以再次回收利用。各种装置相对简单的运输和组装方式也在一定程度上降低了这种爆破技术的操作成本。传统的通过火药来实现爆破的技术需要先经过国家相关部门对火药以及爆破工程的审批，国家对炸药的严格管制会导致爆破工程的审批流程表现出复杂又耗时的缺点，而静态爆破技术则容易很多[4]。

4、施工方法

4.1准备工作

第一，比较常规的做法是在作业现场设置一个密封良好的用于存储二氧化碳液体的不锈钢罐体，然后在就近的站点将液态二氧化碳气体充填进这一不锈钢金属罐体之内备用。将罐体存放于施工现场时还需要通过设置遮阳网、搭设凉棚等方式来为其进行降温，防止暴晒。需要注意的是这种爆破技术对作业现场的环境温度要求为不得超过31摄氏度，因为这种温度下二氧化碳气体无法保持液相。第二，采用爆破方式对公路路基作业面上的岩石进行破碎时必须先挖掘出良好的临空面，在施工过程中可以通过挖掘机、凿岩机以及破碎机等设备对那些妨碍爆破效果的岩石进行清理。这样当岩石被破碎以后就可以向外飞散并形成良好的工程效应。第三，在开展爆破之前还需要通过专业的钻孔机械设备在岩石上开凿出爆破筒的设置孔。一般可以在岩石上方通过专业的履带式钻孔机来进行垂直打孔且要注意控制孔径大小。

4.2操作控制

第一，施工过程中可以使用专业的高压泵将液态的二氧化碳灌注到爆破施工专用的爆破筒内，二氧化碳必须在31摄氏度的温度之下施加足够的压力才能呈现出稳定的液相，在此之后通过设置安全膜、破裂片等一系列操作使爆破筒达到爆破启动的条件。然后将起爆器、设置好的爆破筒及其他的配套爆破设备运输至公路施工区域内的岩石爆破面，将各种设备设置在对应的位置上。第二，为了确保爆破工作不会对周边的作业人员造成不必要的傷害还需要在作业范围外围设置一定的安全警戒线。第三，完成这些基本的工作之后就可以通过起爆装置对爆破筒内的导热棒施加一定的电流，安全膜在经过导热棒的加热作用后会逐渐被击穿并导致液态二氧化碳气化膨胀，大概只需要不到1毫秒的时间就可以对周围的岩石产生非常强大的冲击作用并达到爆破的目标。与此同时，二氧化碳静态爆破技术产生的振动和冲击波等不会对地下的天然气管道产生影响。

5、实际应用

山西静兴高速土建8标段的8号路基和9号路基在整个施工期之内分别完成21万m3和34.7万m3的石方量。该项目进入施工后期，发现地质条件进入完整性较好的岩石层，并且作业区域内的岩石强度达到了51Mpa左右，这样的强度导致前期使用的凿岩机、劈裂机和挖掘机等施工机械都难以达到高效的施工速度。工程技术人员经过广泛的调研之后决定采用静态二样化碳爆破法对岩石层进行有效的爆破推进。通过这种施工方法将原本几乎已经停滞的施工速度提升到单个作业面每天500m3。与此同时，施工区域下方的天然气管道也通过这种方式获得了良好的保护。

结语：

山西静兴高速的路基施工过程中因为遭遇大块的坚硬岩石而受到严重的阻碍，但施工路基旁边的天然气管道导致传统的炸药爆破方式难以实施。通过静态二氧化碳爆破技术可以避免炸药爆破模式对天然气管道产生的威胁，同时又可以对路基上的大块岩石层形成有效的爆破，进而提高施工效率。

参考文献：

[1]仲甡，毛文，熊雪琴，等.二氧化碳致裂技术在高速公路石质路堑开挖中的应用研究[J].施工技术，2019，v.48（S1）：1234-1236.

[2]李征文，李德杰.二氧化碳致裂爆破技术在高速公路施工中的应用探究[J].中国标准化，2019，540（04）：66-67.

[3]杨维双.浅谈液态CO2致裂技术在高速公路中风化花岗岩的应用[J].建筑工程技术与设计，2017，000（032）：83-83，4.