1、高壓氣體爆破致裂施工總結中鐵五局廣州市軌道交通十一號線及綜合管廊工程項目四分部2018年4月8日中國中鐵廣州市軌道交通十一號線及綜合管廊工程一高壓氣體爆破致裂原理三高壓氣體爆破致裂施工流程二高壓氣體爆破致裂施工工點概況四高壓氣體爆破致裂效果分析匯報內容五高壓氣體爆破裂效經(jīng)濟分析高壓氣體爆破致裂原理一高壓氣體爆破致裂原理Part 1Part 2Part 3Part 4Part 5 高壓氣體膨脹破巖技術采用的材料設備與鉆爆法基本類似，區(qū)別在于高壓氣體膨脹破巖技術的有效破巖材料是膨脹管，而鉆爆法用的是炸藥。膨脹管由三部分組成：發(fā)氣劑儲存管、銅管和導線。其中發(fā)氣劑儲存管是膨脹管的主體部分，也是膨脹管做

2、功破巖的主要部分；銅管主要起導氣加壓作用；導線則用于連接電觸發(fā)器。發(fā)氣劑儲存管和銅管的長度可以任意增減，試驗中單個發(fā)氣劑儲存管為直徑50mm、長600mm的圓柱體，內裝發(fā)氣劑質量為500g，儲存管和銅管可根據(jù)實際需要任意對接。發(fā)氣劑膨脹管銅管導線高壓氣體爆破致裂原理Part 1Part 2Part 3Part 4Part 5高壓氣體膨脹管放入致裂孔內，進行灌漿封裝，待封裝料強度達到20MPa以上后，進行加210MPa高壓氣體，再經(jīng)過檢測（檢查）、連線，完成致裂破巖前的準備工作。高壓氣體膨脹法兼具炸藥爆破的高效和二氧化碳爆破的氣體膨脹特性，一般認為高壓氣體膨脹作用下的破巖過程可分為三個階段： 高

3、壓氣體最初高速沖擊周圍巖體階段高壓氣體膨脹法破巖時，膨脹管內的發(fā)氣劑瞬間生成大量氣體。由于膨脹管被壓漿料完全密封，且周圍巖體對其施加了圍壓，結合氣體涌出的快速性，膨脹管內壓力迅速升高，并且遠高于周圍壓漿料和巖體帶來的反作用力；面對突如其來的高壓氣體，壓漿料“來不及”反抗，但憑借自身具有的一定強度，只能在極短的瞬間延緩了高壓氣體的高壓態(tài)勢，即被直接破碎；然后高壓氣體直接作用在周圍巖體上。與炸藥爆破相比，該階段由于缺乏足夠的沖擊波，使得膨脹管附近的壓漿料和巖體并未被粉碎，但仍能直接小幅破碎巖石，給巖石造成一些細小的次生裂縫；與二氧化碳爆破相比，高壓氣體膨脹法在該階段破碎巖石的范圍更廣、更全面；由于

4、壓力更大，因此其破壞力不弱于同當量的二氧化碳爆破。 高壓氣體“楔入”巖體裂隙階段此階段，高壓氣體沿著已有的原生裂縫和次生裂縫高速“楔入”周圍巖體，從而使這些裂縫得到擴展和延伸，同時，裂縫的拓展使得巖體的整體強度降低。這點與炸藥爆破爆生氣體破巖機理類似，但與二氧化碳爆破不同，超臨界二氧化碳第一時間作用的是正對泄能片的巖體，不論該處巖體裂縫情況如何，而高壓氣體膨脹法是將高壓氣體全面均勻地釋放到周圍巖體中。從這一點說，即使泄壓時間和作用壓力相同，高壓氣體膨脹法的破巖效果可能會更加均勻些。 高壓氣體宏觀破巖階段早期高壓氣體楔入到巖體內部后，后續(xù)的高壓氣體沿著之前的裂縫通道涌入并形成相互貫通的氣楔作用體

5、，繼而轉化為作用于巖體的準靜態(tài)壓力；另一方面，最初高溫高壓氣體作用在巖壁上的極高的壓力會在巖體中部分區(qū)域形成拉應力和剪切應力。在準靜態(tài)壓力作用和拉伸應力與剪切應力多重作用下，致裂孔周邊巖石由近及遠持續(xù)破裂。高壓氣體爆破致裂施工工點概況二Part 2Part 1Part 3Part 4Part 533#工作井為區(qū)間獨立井，采用明挖法施工，位于鶴洞大橋立交下空地?；由?8.6米，主體結構外包尺寸為52.815.823.9m。基坑四周設10001200旋挖樁，井內設四道支撐（三道砼支撐+一道鋼支撐）。高壓氣體爆破致裂施工工點概括Part 2Part 1Part 3Part 4Part 5第一次高壓

6、氣體爆破致裂區(qū)為33#工作井第二道支撐底至第三道支撐底，深度為713.5m，地質為強風化泥質粉砂巖層 ，強度約31MPa 。第二次高壓氣體爆破致裂區(qū)為33#工作井第三道支撐底至第四道支撐底，深度為13.519.5m，地質為中風化泥質粉砂巖層 ，強度約40.5MPa ?；铀膶拥谝淮胃邏簹怏w致裂區(qū)為33#工作井第四道支撐以下4米位置（分兩層開挖），深度為19.523.5m，地質為微風化泥質粉砂巖層，強度約為40.5Mpa。高壓氣體爆破致裂施工工點概括第二次高壓氣體爆破致裂區(qū)第一次高壓氣體爆破致裂區(qū)基坑四層第一次高壓氣體爆破致裂區(qū)第二次高壓氣體爆破致裂區(qū)高壓氣體爆破致裂施工流程三高壓氣體爆破致裂施

7、工流程Part 3Part 1Part 2Part 4Part 5施工流程圖3.1 引孔Part 3Part 1Part 2Part 4Part 5首先采用地質鉆機或工程鉆機引孔，共完成28個孔，分三排布設（9+10+9），排距為1m，行距為1m，呈梅花型布置，每個孔深6m。工程鉆機引孔圖地質鉆機引孔圖3.2 膨脹管埋設Part 3Part 1Part 2Part 4Part 5采用風管放入引好的孔內的雜物除凈，避免因孔內有雜物導致膨脹管埋設密封不嚴實，致使爆破效果不好。之后將膨脹管裝入爆破孔中。3.3 封孔Part 3Part 1Part 2Part 4 Part 5 采用膨脹管密封專用料(

8、早強快硬微膨脹壓漿料)加水攪拌均勻后倒入爆破孔內，將膨脹管完全密實地封閉于圍巖中,待其凝固三小時把引孔密封堵死后即可。3.4 線路監(jiān)測Part 3Part 1Part 2Part 4 Part 5 待封孔料凝固后，采用萬能表測試各膨脹管導線是否連接好，然后用導線將膨脹管串聯(lián)，并做好引線 。3.5 充入空氣Part 3Part 1Part 2Part 4 Part 5 線路監(jiān)測完成后，用小型空壓機通過銅管頂端加氣孔向膨脹管注入空氣，壓力設置在2.5MPa左右。注入空氣飽滿后，用管鉗將通氣管壓緊，擰上螺絲。使其膨脹管密閉空間內的氣體值達到充滿的狀態(tài)，達到最高閾值，爆破時威力會更大。3.6 蓋鋼板P

9、art 3Part 1Part 2Part 4 Part 5 在爆破區(qū)域上蓋上鋼板，防止炸裂的石塊四處飛濺。3.7 實施爆破Part 3Part 1Part 2Part 4 Part 5 疏散爆破危險區(qū)內的人員，在確定爆破危險區(qū)域內的安全后，在安全區(qū)開啟電觸發(fā)器。高壓氣體爆破致裂效果分析四高壓氣體爆破致裂效果分析Part 4Part 1Part 2Part 3 Part 5爆破完成后，表層巖石有些許部位裂開，位于臨空面的巖石出現(xiàn)幾條長的裂縫帶清晰可見。爆破后產(chǎn)生的裂縫高壓氣體爆破致裂效果分析Part 4Part 1Part 2Part 3 Part 5裂縫帶之間的間距為13m，在豎向上裂縫基本

10、貫穿臨空面。在爆破過程中，無有害氣體產(chǎn)生，爆破噪聲小。Part 4Part 1Part 2Part 3Part 5 破除巖層的過程中，產(chǎn)生的大巖塊較多，大塊率高。高壓氣體爆破致裂效果分析Part 4Part 1Part 2Part 3Part 5 高壓氣體爆破致裂效果分析工藝鉆孔總長（m）鉆孔耗（h）安裝膨脹管及接線耗時（h）封孔耗時（含等待達到強度時間）（h）二次破碎耗時（h）總耗時（h）開挖方量(m3)開挖工效(m3/h)備注高壓氣體爆破致裂60523.5（1.5h砂漿封孔，2h砂漿凝固時間）5.516 18233高壓氣體致裂與二次破碎平行施工，故不算在功效對比時長內。機械開挖3535182（同等方量）5.2Part 4Part 1Part 2Part 3Part 5 高壓氣體爆破致裂存在的問題和不足之處高壓氣體致裂的準備時間耗時較長，主要體現(xiàn)在引孔耗時和膨脹管接通氣管接導線的準備工作耗時上，但是當高壓氣體致裂與二次破碎平行施工時，則能大幅加快開挖進度。采用工程鉆機風鉆引孔相比地質鉆機水鉆引孔，單個引孔時間大幅縮短。且工程鉆機為履帶式，相比水鉆引孔，其不受引孔土面傾斜和凹凸影響，更為適用。但是工程鉆機引孔揚塵非常大，必須灑水降塵，導致又增加清理