中铁十二局集团第二工程有限公司 山西太原 030032
摘要：随着我国城市交通建设的快速发展，地铁成为一个城市重要的交通工具，其具有载客量大、快速以及耗能较少的特点。浅埋暗挖法具有灵活多变、对地表建筑、交通及地下管线影响较小等特点，近几年多用于城市地下通道建设中，本文着重阐述了在高强度岩石中暗挖隧道爆破开挖施工方法，同时分析了爆破施工的主要技术。
关键词：爆破；二氧化碳；施工
一、工程概况
1.1工程简介
深圳市坂雪岗通道敷设在龙岗区内，该通道全长882.7米，分区段采用顶管法、暗挖法和明挖法施工。其中冲之大道暗挖段为东西走向，与冲之大道（双向6车道）正交，通道全长74.1m，隧道顶部覆土9.308～10.155m。隧道开挖面范围内主要地质情况为：洞身上半断面为强风化花岗岩、洞身下半断面为中分化花岗岩与微风化花岗岩，岩石平均强度100MPa；隧道顶部至地面主要地质情况为为：回填土、残积土、强分化花岗岩。冲之大道暗挖段西侧下穿1.4m×1.2m的雨水箱涵，遂顶距箱涵最近位置3.5m，箱涵顶距地面3.5m。
1.2隧道支护设计
隧道二衬外轮廓尺寸10.2m×6.73m，开挖面尺寸10.92m×7.45m，隧道内路面横坡均为0.5%的单向坡，暗挖隧道采用“台阶法”开挖，并设置临时竖撑。隧道支护设计情况主要为：
（1）超前支护
大管棚：φ180mm（t=10mm）无缝钢管；管内填充M30水泥浆。
小导管：φ42mm（t=3.5mm）无缝钢花管；注浆加固材料为水泥水玻璃双液浆。
（2）初期支护：C25湿喷早强混凝土，厚度360mm；钢筋格栅，间距500mm。
二、拟采用爆破施工技术
由于本工程工期紧任务重，炸药爆破施工办理手续时间长，跟总体工期不匹配，故计划采用液态二氧化碳相变致裂技术进行爆破施工。液态二氧化碳相变致裂技术属于物理爆破技术，具有爆破过程无火花外露、爆破威力大、无需验炮、操作简便、不属于民爆产品，可减少繁杂的报批审核程序和管理限制，其运输、储存和使用获豁免审批等优点。
此爆破技术通过化学加热液态二氧化碳，使其压力剧增至20MPa～60MPa，高压液态二氧化碳冲破定压剪切片迅速转化为气态，体积膨胀600多倍，瞬间释放的气体膨胀能使钻孔周边岩石致裂；液态二氧化碳相变致裂采用低压启动（9v），比传统致裂更安全，且不需要验炮，致裂后即可进人，实现连续工作，液态二氧化碳相变致裂装备结构2.1所示。
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图2.1液态二氧化碳相变致裂装备结构如图
二氧化碳致裂器的原理：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（致裂管）内，装入破裂片、导热棒和密封圈，拧紧合金帽即完成了致裂前的准备工作。将致裂管和安全云毫差起爆器及电源线携至致裂现场，把致裂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泄压阀自动打开，被致裂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，致裂过程就是体积膨的过程，物理做功而非化学反应。
三、施工工艺流程
3.1工艺流程
液态二氧化碳相变致裂技术工艺流程：潜孔钻打孔→安装爆破筒（加热器、密封圈、充气管，导线）埋入孔内→高强快凝水泥砂浆封孔→串联导线通电起爆→回收。
3.2潜孔钻成孔
距离临空面2m位置处开始打孔，孔距2m，宜打设1-2排，排距2m，若需要大面积爆破，需打设多排时，应设置延迟起爆器，每2排爆破一次，孔深大于设计孔深50-100cm，防止底部爆破不到位，方向垂直向下也可稍微倾斜，根据现场地形情况调整，孔径为90mm，稍大于起爆管直径（76mm）便于插入孔中，一次起爆数量不宜超过8-10根。
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图3.1梅花形布孔方式示意图
3.3安装爆破筒
3.3.1准备工作
①需要给充装机、拆装机供应380V交流电。
②储液罐有足够的液态二氧化碳。
③致裂器和相应的耗材（加热棒、致裂片、垫片）。
④万用表、钳子、扳手、内六角等工具。
3.3.2致裂器组装
①将致裂器储液管放在陈列架上，将铁丝插入主管中，并使带钩的一端从主管刻字的一端伸出，然后把用铁丝勾住加热装置的导线并拉动铁丝使导线从储液管的另一端伸出。
②将定压剪切片装上密封垫，并与加热装置的导线连接在一起（注意定压减切片凸起的一端朝里），然后拉出加热装置，使定压减切片完全进入储液管内。
③先拧紧释放管，再拧紧充装阀，均拧到手无法拧动为止。
④将拧好的致裂器放在拆装机钳口上，并将充装阀一头插入拆装头里。然后顺时针旋转急停按钮，按下启动按钮以启动拆装机。
⑤按住夹紧按钮压力上升到10MPa以上后放开。然后按住紧固按钮当压力上升至10MPa 时，放开紧固按钮。
⑥按住松开按钮，然后将致裂器掉头。
⑦重复步骤⑤。
⑧测量电阻，电阻在1-2欧姆为正常。
3.3.3致裂器充气
①将致裂器放在充装台上对好充装孔，拧紧夹紧杆并用内六角扳手打开充装阀。然后打开致裂器所对应的球阀，关闭没有致裂器的球阀。
②按下充装机上的清零键，将称重仪表清零。
③放气：每天首次工作前，需要放气，将整个管道排空。先打开充装台上的进口球阀和出口球阀，然后按下放气按钮，直到出口球阀喷出连续不断的白色气体后，关闭出口球阀。
④洗管：按下放气按钮后，关闭进口球阀然后打开出口球阀，将致裂器内的二氧化碳放出，放出一大部分后关闭出口球阀，重复两到三次。
⑤充装：关闭出口球阀后，按下增压按钮，待致裂器充满后机器会自动停止。机器停止后，用内六角扳手将致裂器的充装阀关闭，然后关闭进口球阀，再打开出口球阀将多余气体放出。
⑥测试密封性：将致裂器的充装阀和释放管分别放入水中，确保没有大量气泡。
3.3.4高强快凝水泥砂浆封孔
将组装好的致裂器安装入孔中，在用配合好的高强水泥砂浆进行封孔，要求砂浆与岩石之间的拉结力要大于岩石自身强度，保证不产生冲孔现象。等砂浆达到强度后进行起爆，一般为30～40Mpa，爆破的方向为临空面方向，范围为2m，需要在距离爆破位置不小于10m位置进行引爆，如果爆破位置露天且周围有行人及建筑物，需要用钢板覆盖进行防护；致裂器爆破位置为岩石强度较弱位置处。
3.3.5串联导线通电起爆
①将第一根致裂器和第二根致裂器先连接好，插好插销。并将第一根致裂器的DC插头剪短，把两个线缠在一起，并用绝缘胶布缠好。然后把锥头连上。
②先插入连接好的两根致裂器插入孔中，插入前先把提拉杆插到第二根致裂器的释放管中，然后插入孔中，利用提拉杆支撑致裂器，不然致裂器掉下去。
③将第三根致裂器与第二根致裂器连接好，将第二根提拉杆插入第三根致裂器的释放管中。然后拔出第一个提拉杆，再把致裂器放入孔中。
④重复步骤③将剩余的致裂器连接好。
⑤用干细沙用细木根把眼给封孔，确保管不能飞管。
⑥用15的钢丝绳把每个致裂管的头部栓起来。
⑦根据智能云安全发爆器功率将所有致裂器用导线连接好（单个孔中的致裂器为串联，电阻值累计增加）。
3.3.6回收
①将回收好的致裂器用矿车运到操作间，把致裂器放在拆装机钳口上，并将充装阀一头插入拆装头里。然后顺时针旋转急停按钮，按下启动按钮以启动拆装机。
②按住夹紧按钮压力上升到 10MPa 以上后放开。然后按住拆卸按钮，旋转一至两圈后，放开拆卸按钮。
③按住松开按钮，然后将致裂器掉头。
④重复步骤②。
⑤将致裂器内部的残渣清理干净，以便下次使用。
四、爆破振动监测
根据中华人民共和国国家标准《爆破安全规程》（GB6722-2003）的规定，评价爆破对不同类型建（构）筑物和其它保护对象的振动影响，应采用质点振动速度作为判别标准。本工程爆破作业点距离建筑物最近距离为81.6m，按照规定最大振速按1cm/s进行控制，在实施爆破作业过程中采用TC-4850N 无线网络测振仪进行振速监测。
五、实施效果
（1）工期效果
根据现场情况，分为东西两个作业面进行爆破施工，整个隧道岩石共计约5550方，62天完成了隧道开挖施工任务，平均每天可爆破、清理岩石90方，比预计工期提前了12天，保证了整体施工进度。
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图5.1爆破效果图
（2）经济效益
本工程完成后预算分析采用二氧化碳相变致裂技术进行爆破施工预计比炸药爆破节余56.6万元，取得了不错的经济效果。
（3）监测数据
在爆破整个实施过程中全程采用TC-4850N 无线网络测振仪进行监测，期间最大振速0.1037cm/s，完全满足施工安全要求。
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图5.2爆破施工振速监测
结束语
城市隧道在岩层中开挖施工过程中，要注重减少对周边建筑物以及周围人员的影响，最大限度地控制沉降。本文通过介绍二氧化碳爆破的原理以及流程，二氧化碳具有物理、化学性质优越，非常安全、无需审批、不产生有害气体、易储存运输、节约成本等优点，并可以节约传统爆破手续审批的时间，大大缩短了施工工期，又减少了周边环境的扰动，降低了施工风险，保证了结构安全。城市中具有借鉴和推广价值。