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【摘要】利用密闭容器内液态二氧化碳经加热迅速气化后瞬间释放巨大膨胀力可以对拟爆体进行劈裂破碎原理研发出二氧化碳气体膨胀爆破技术（简称气爆技术），并将这一技术运用到路基石方控制爆破中，满足了特殊环境下对爆破震动的要求，同时也达到了安全环保的施工效果。
【关键词】二氧化碳；路基；爆破
在路基爆破开挖施工过程中，当线路周边遇有敏感性建筑或重要管线经过时，为避免路基石方开挖爆破对邻近建筑设施的震动破坏影响，需要在距建造设施一定距离范围内采取控制爆破措施，施工时常规的做法是采用机械开挖或使用膨胀剂进行预裂破碎。上述方法存在施工成本高和施工效率低等缺点，不适合大规模路基开挖。近年来随着施工技术的进步，二氧化碳气体膨胀致裂爆破技术逐步引入路基控制爆破中，该技术具有安全环保、爆破震动小，施工成本低、有特殊条件限制时工作效率相对较高等优点，现已逐步发展成熟。本文主要结合深圳外环高速公路某标段路基石方开挖采用二氧化碳气爆技术进行静力破碎取得的施工经验，并参考相关文献，简要论述二氧化碳气爆的原理以及施工方法。
1、项目简介
深圳外环高速公路某标段路基最高边坡开挖高度为64.5m，山体主要为强风化岩，设计为6级边坡，边坡防护形式为锚索框架梁和锚杆格梁；路基右侧有中石化LNG高压燃气管线和中石油输油管线平行经过，距路基边坡开挖线最近距离为5m，施工受影响长度为200m，影響开挖方量约为3万m3。设计方案要求管线环向距离50m范围采用静力破碎开挖方式，震动波速最大不超过2m/s，并要求对管道位移进行实时监测。按照设计方案要求显然不能使用传统炸药爆破施工，施工单位选择膨胀剂劈裂破碎和二氧化碳气体膨胀爆破两种方案进行对比分析，考虑到开挖工程量大、工期紧等特点，决定采用二氧化碳气体膨胀爆破技术进行爆破。
2、工作原理
二氧化碳气爆系统是由多根强度高可周转利用的膨胀管、加热装置、泄能装置、充气装置、电路连接组件，以及其他辅助组件构成。高纯度的工业二氧化碳气体在低温高压条件下转变为液态，通过高压泵将液态二氧化碳压缩至膨胀管内，膨胀管内装入安全膜、破裂片、加热管和密封圈，拧紧合金帽即完成爆破系统。在作业现场，把膨胀管逐根插入孔中填塞固定，连接导线并接通起爆器电源。当弱电流通过加热管，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态二氧化碳气化，气体急剧膨胀，释放压力高达300Mpa，可致泄压阀自动打开，被膨胀体受剧烈高压向外迅猛推进使其开裂，以此实现控制爆破目的。
3、施工方案
3.1施工流程
施工准备→钻孔→装管→填塞→起爆网络连接→起爆→提管
3.2施工方法
①施工准备
和常规爆破相同，首先要为二氧化碳爆破创造临空面。施工现场常用破碎锤沿开挖坡面开凿成条形台阶，台阶高度一般控制在2m以内，宽度随现场实际地形而定，为加大一次爆破量可同时开挖成多级台阶。
②钻孔
每个开挖台阶炮孔一般采用单排布置方式，炮孔间距1.5m～2.0m，炮孔深度为2.0m，炮孔直径为10cm，采用潜孔钻机进行钻孔，钻孔角度尽可能垂直于原地面。钻孔完成后对炮孔进行临时封堵，避免杂物和雨水落入孔内，待所有炮孔钻完后集中安装膨胀管。
③装管
炮孔钻完后，先向炮孔内回填深度约20cm小米石，如孔内有积水，需先将积水清除，然后用专业工具依次放入膨胀管和提拉装置。安装时需对膨胀管电器元件采取必要的保护措施。
④炮孔回填
膨胀管安装完成后，用粒径为5mm～10mm小米石和石屑分层回填爆孔，为回填密实可配合震动器借助膨胀管进行振捣，回填过程中尽量控制膨胀管位于炮孔中心位置。
⑤爆破网络连接
膨胀管爆破网络采用导线连接和电启动方式，网络布置应根据爆破台阶设置方式合理布置。通常的布置方式是同一排的炮孔采用串联方式，各排之间采用并联方式，爆破时同时起爆。
⑥起爆
正式起爆前，应先检查起爆器功能是否正常，确保电量能达到起爆要求的电压值；在连接主导线前必须由专业技术人员对爆破网络电阻值进行检测，确定无误后，才能将起爆导线与起爆器连接，然后等待起爆指令。
⑦膨胀管回收
爆破排险完成后，即可对膨胀管进行回收。提出的膨胀管由专业技术人员进行检查，确保完好后集中存放以备下次装气循环利用。
4、安全措施
采用二氧化碳气体膨胀爆破技术，安全防护工作主要是控制飞石和飞管。只要施工前清除工作面浮石，适当加大炮孔间距，减小岩石破碎程度，再配合使用防爆毯，严格按照爆破设计方案进行布孔、装管和填塞作业，采取严密的安全防护措施，基本可以避免产生飞管、飞石现象。具体措施如下：
（1）经过计算确定合理的爆破参数，最外层炮孔最小抵抗线宜大于2.0m， 炮孔内膨胀管埋深宜控制1.5m～2.0m之间，适当加大埋置深度能更有效的控制膨胀爆破作业的噪音。
（2）炮孔填塞材料选用宜选用干湿的石粉碴或瓜米石回填炮孔；填塞时逐层填实，炮孔最上部分填塞材料应反复振捣填实。
（3）在炮孔区域覆盖两层防爆毯，可有效抑制破碎飞散物及扬尘。
（4）将全部提拉管顶端用钢丝绳进行串联并集中锁定于岩体。
5、安全评估
根据现场爆破震动监测结果，在气爆施工过程中，二氧化碳高压气体膨胀爆破系统爆破时所引起炮孔周围介质的震动波速约为5mm/s，仅为炸药爆破的1/10乃至更低，远低于行业规定的爆破震动的安全临界值。因此，二氧化碳气爆施工产生的震动能够满足对拟爆体保护的特殊要求，同时现场无有毒有害物质残留。
结语：
将二氧化碳气体膨胀致裂爆破技术应用到有特殊环境要求的路基控制爆破中，具有振动小、衰减快、无公害、无残留等优点，但也存在生产效率低、需要机械二次破碎和施工工艺相对复杂等缺点，在后期推广使用过程中还需逐步完善改进。
参考文献：
[1]赵海洋.二氧化碳爆破技术在高速公路施工中的应用[J].交通世界，2016.（4）.
[2]李兴.CO2爆破技术在煤矿巷道掘进中的应用研究[J].能源技术与管理，2014.39（4）.
【关键词】二氧化碳；路基；爆破
在路基爆破开挖施工过程中，当线路周边遇有敏感性建筑或重要管线经过时，为避免路基石方开挖爆破对邻近建筑设施的震动破坏影响，需要在距建造设施一定距离范围内采取控制爆破措施，施工时常规的做法是采用机械开挖或使用膨胀剂进行预裂破碎。上述方法存在施工成本高和施工效率低等缺点，不适合大规模路基开挖。近年来随着施工技术的进步，二氧化碳气体膨胀致裂爆破技术逐步引入路基控制爆破中，该技术具有安全环保、爆破震动小，施工成本低、有特殊条件限制时工作效率相对较高等优点，现已逐步发展成熟。本文主要结合深圳外环高速公路某标段路基石方开挖采用二氧化碳气爆技术进行静力破碎取得的施工经验，并参考相关文献，简要论述二氧化碳气爆的原理以及施工方法。
1、项目简介
深圳外环高速公路某标段路基最高边坡开挖高度为64.5m，山体主要为强风化岩，设计为6级边坡，边坡防护形式为锚索框架梁和锚杆格梁；路基右侧有中石化LNG高压燃气管线和中石油输油管线平行经过，距路基边坡开挖线最近距离为5m，施工受影响长度为200m，影響开挖方量约为3万m3。设计方案要求管线环向距离50m范围采用静力破碎开挖方式，震动波速最大不超过2m/s，并要求对管道位移进行实时监测。按照设计方案要求显然不能使用传统炸药爆破施工，施工单位选择膨胀剂劈裂破碎和二氧化碳气体膨胀爆破两种方案进行对比分析，考虑到开挖工程量大、工期紧等特点，决定采用二氧化碳气体膨胀爆破技术进行爆破。
2、工作原理
二氧化碳气爆系统是由多根强度高可周转利用的膨胀管、加热装置、泄能装置、充气装置、电路连接组件，以及其他辅助组件构成。高纯度的工业二氧化碳气体在低温高压条件下转变为液态，通过高压泵将液态二氧化碳压缩至膨胀管内，膨胀管内装入安全膜、破裂片、加热管和密封圈，拧紧合金帽即完成爆破系统。在作业现场，把膨胀管逐根插入孔中填塞固定，连接导线并接通起爆器电源。当弱电流通过加热管，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态二氧化碳气化，气体急剧膨胀，释放压力高达300Mpa，可致泄压阀自动打开，被膨胀体受剧烈高压向外迅猛推进使其开裂，以此实现控制爆破目的。
3、施工方案
3.1施工流程
施工准备→钻孔→装管→填塞→起爆网络连接→起爆→提管
3.2施工方法
①施工准备
和常规爆破相同，首先要为二氧化碳爆破创造临空面。施工现场常用破碎锤沿开挖坡面开凿成条形台阶，台阶高度一般控制在2m以内，宽度随现场实际地形而定，为加大一次爆破量可同时开挖成多级台阶。
②钻孔
每个开挖台阶炮孔一般采用单排布置方式，炮孔间距1.5m～2.0m，炮孔深度为2.0m，炮孔直径为10cm，采用潜孔钻机进行钻孔，钻孔角度尽可能垂直于原地面。钻孔完成后对炮孔进行临时封堵，避免杂物和雨水落入孔内，待所有炮孔钻完后集中安装膨胀管。
③装管
炮孔钻完后，先向炮孔内回填深度约20cm小米石，如孔内有积水，需先将积水清除，然后用专业工具依次放入膨胀管和提拉装置。安装时需对膨胀管电器元件采取必要的保护措施。
④炮孔回填
膨胀管安装完成后，用粒径为5mm～10mm小米石和石屑分层回填爆孔，为回填密实可配合震动器借助膨胀管进行振捣，回填过程中尽量控制膨胀管位于炮孔中心位置。
⑤爆破网络连接
膨胀管爆破网络采用导线连接和电启动方式，网络布置应根据爆破台阶设置方式合理布置。通常的布置方式是同一排的炮孔采用串联方式，各排之间采用并联方式，爆破时同时起爆。
⑥起爆
正式起爆前，应先检查起爆器功能是否正常，确保电量能达到起爆要求的电压值；在连接主导线前必须由专业技术人员对爆破网络电阻值进行检测，确定无误后，才能将起爆导线与起爆器连接，然后等待起爆指令。
⑦膨胀管回收
爆破排险完成后，即可对膨胀管进行回收。提出的膨胀管由专业技术人员进行检查，确保完好后集中存放以备下次装气循环利用。
4、安全措施
采用二氧化碳气体膨胀爆破技术，安全防护工作主要是控制飞石和飞管。只要施工前清除工作面浮石，适当加大炮孔间距，减小岩石破碎程度，再配合使用防爆毯，严格按照爆破设计方案进行布孔、装管和填塞作业，采取严密的安全防护措施，基本可以避免产生飞管、飞石现象。具体措施如下：
（1）经过计算确定合理的爆破参数，最外层炮孔最小抵抗线宜大于2.0m， 炮孔内膨胀管埋深宜控制1.5m～2.0m之间，适当加大埋置深度能更有效的控制膨胀爆破作业的噪音。
（2）炮孔填塞材料选用宜选用干湿的石粉碴或瓜米石回填炮孔；填塞时逐层填实，炮孔最上部分填塞材料应反复振捣填实。
（3）在炮孔区域覆盖两层防爆毯，可有效抑制破碎飞散物及扬尘。
（4）将全部提拉管顶端用钢丝绳进行串联并集中锁定于岩体。
5、安全评估
根据现场爆破震动监测结果，在气爆施工过程中，二氧化碳高压气体膨胀爆破系统爆破时所引起炮孔周围介质的震动波速约为5mm/s，仅为炸药爆破的1/10乃至更低，远低于行业规定的爆破震动的安全临界值。因此，二氧化碳气爆施工产生的震动能够满足对拟爆体保护的特殊要求，同时现场无有毒有害物质残留。
结语：
将二氧化碳气体膨胀致裂爆破技术应用到有特殊环境要求的路基控制爆破中，具有振动小、衰减快、无公害、无残留等优点，但也存在生产效率低、需要机械二次破碎和施工工艺相对复杂等缺点，在后期推广使用过程中还需逐步完善改进。
参考文献：
[1]赵海洋.二氧化碳爆破技术在高速公路施工中的应用[J].交通世界，2016.（4）.
[2]李兴.CO2爆破技术在煤矿巷道掘进中的应用研究[J].能源技术与管理，2014.39（4）.