高压气体爆破致裂施工总结课件

1、高压气体爆破致裂施工总结中铁五局广州市轨道交通十一号线及综合管廊工程项目四分部2018年4月8日中国中铁广州市轨道交通十一号线及综合管廊工程一高压气体爆破致裂原理三高压气体爆破致裂施工流程二高压气体爆破致裂施工工点概况四高压气体爆破致裂效果分析汇报内容五高压气体爆破裂效经济分析高压气体爆破致裂原理一高压气体爆破致裂原理Part 1Part 2Part 3Part 4Part 5 高压气体膨胀破岩技术采用的材料设备与钻爆法基本类似，区别在于高压气体膨胀破岩技术的有效破岩材料是膨胀管，而钻爆法用的是炸药。膨胀管由三部分组成：发气剂储存管、铜管和导线。其中发气剂储存管是膨胀管的主体部分，也是膨胀管做

2、功破岩的主要部分；铜管主要起导气加压作用；导线则用于连接电触发器。发气剂储存管和铜管的长度可以任意增减，试验中单个发气剂储存管为直径50mm、长600mm的圆柱体，内装发气剂质量为500g，储存管和铜管可根据实际需要任意对接。发气剂膨胀管铜管导线高压气体爆破致裂原理Part 1Part 2Part 3Part 4Part 5高压气体膨胀管放入致裂孔内，进行灌浆封装，待封装料强度达到20MPa以上后，进行加210MPa高压气体，再经过检测（检查）、连线，完成致裂破岩前的准备工作。高压气体膨胀法兼具炸药爆破的高效和二氧化碳爆破的气体膨胀特性，一般认为高压气体膨胀作用下的破岩过程可分为三个阶段： 高

3、压气体最初高速冲击周围岩体阶段高压气体膨胀法破岩时，膨胀管内的发气剂瞬间生成大量气体。由于膨胀管被压浆料完全密封，且周围岩体对其施加了围压，结合气体涌出的快速性，膨胀管内压力迅速升高，并且远高于周围压浆料和岩体带来的反作用力；面对突如其来的高压气体，压浆料“来不及”反抗，但凭借自身具有的一定强度，只能在极短的瞬间延缓了高压气体的高压态势，即被直接破碎；然后高压气体直接作用在周围岩体上。与炸药爆破相比，该阶段由于缺乏足够的冲击波，使得膨胀管附近的压浆料和岩体并未被粉碎，但仍能直接小幅破碎岩石，给岩石造成一些细小的次生裂缝；与二氧化碳爆破相比，高压气体膨胀法在该阶段破碎岩石的范围更广、更全面；由于

4、压力更大，因此其破坏力不弱于同当量的二氧化碳爆破。 高压气体“楔入”岩体裂隙阶段此阶段，高压气体沿着已有的原生裂缝和次生裂缝高速“楔入”周围岩体，从而使这些裂缝得到扩展和延伸，同时，裂缝的拓展使得岩体的整体强度降低。这点与炸药爆破爆生气体破岩机理类似，但与二氧化碳爆破不同，超临界二氧化碳第一时间作用的是正对泄能片的岩体，不论该处岩体裂缝情况如何，而高压气体膨胀法是将高压气体全面均匀地释放到周围岩体中。从这一点说，即使泄压时间和作用压力相同，高压气体膨胀法的破岩效果可能会更加均匀些。 高压气体宏观破岩阶段早期高压气体楔入到岩体内部后，后续的高压气体沿着之前的裂缝通道涌入并形成相互贯通的气楔作用体

5、，继而转化为作用于岩体的准静态压力；另一方面，最初高温高压气体作用在岩壁上的极高的压力会在岩体中部分区域形成拉应力和剪切应力。在准静态压力作用和拉伸应力与剪切应力多重作用下，致裂孔周边岩石由近及远持续破裂。高压气体爆破致裂施工工点概况二Part 2Part 1Part 3Part 4Part 533#工作井为区间独立井，采用明挖法施工，位于鹤洞大桥立交下空地。基坑深28.6米，主体结构外包尺寸为52.815.823.9m。基坑四周设10001200旋挖桩，井内设四道支撑（三道砼支撑+一道钢支撑）。高压气体爆破致裂施工工点概括Part 2Part 1Part 3Part 4Part 5第一次高压

6、气体爆破致裂区为33#工作井第二道支撑底至第三道支撑底，深度为713.5m，地质为强风化泥质粉砂岩层 ，强度约31MPa 。第二次高压气体爆破致裂区为33#工作井第三道支撑底至第四道支撑底，深度为13.519.5m，地质为中风化泥质粉砂岩层 ，强度约40.5MPa 。基坑四层第一次高压气体致裂区为33#工作井第四道支撑以下4米位置（分两层开挖），深度为19.523.5m，地质为微风化泥质粉砂岩层，强度约为40.5Mpa。高压气体爆破致裂施工工点概括第二次高压气体爆破致裂区第一次高压气体爆破致裂区基坑四层第一次高压气体爆破致裂区第二次高压气体爆破致裂区高压气体爆破致裂施工流程三高压气体爆破致裂施

7、工流程Part 3Part 1Part 2Part 4Part 5施工流程图3.1 引孔Part 3Part 1Part 2Part 4Part 5首先采用地质钻机或工程钻机引孔，共完成28个孔，分三排布设（9+10+9），排距为1m，行距为1m，呈梅花型布置，每个孔深6m。工程钻机引孔图地质钻机引孔图3.2 膨胀管埋设Part 3Part 1Part 2Part 4Part 5采用风管放入引好的孔内的杂物除净，避免因孔内有杂物导致膨胀管埋设密封不严实，致使爆破效果不好。之后将膨胀管装入爆破孔中。3.3 封孔Part 3Part 1Part 2Part 4 Part 5 采用膨胀管密封专用料(

8、早强快硬微膨胀压浆料)加水搅拌均匀后倒入爆破孔内，将膨胀管完全密实地封闭于围岩中,待其凝固三小时把引孔密封堵死后即可。3.4 线路监测Part 3Part 1Part 2Part 4 Part 5 待封孔料凝固后，采用万能表测试各膨胀管导线是否连接好，然后用导线将膨胀管串联，并做好引线 。3.5 充入空气Part 3Part 1Part 2Part 4 Part 5 线路监测完成后，用小型空压机通过铜管顶端加气孔向膨胀管注入空气，压力设置在2.5MPa左右。注入空气饱满后，用管钳将通气管压紧，拧上螺丝。使其膨胀管密闭空间内的气体值达到充满的状态，达到最高阈值，爆破时威力会更大。3.6 盖钢板P

9、art 3Part 1Part 2Part 4 Part 5 在爆破区域上盖上钢板，防止炸裂的石块四处飞溅。3.7 实施爆破Part 3Part 1Part 2Part 4 Part 5 疏散爆破危险区内的人员，在确定爆破危险区域内的安全后，在安全区开启电触发器。高压气体爆破致裂效果分析四高压气体爆破致裂效果分析Part 4Part 1Part 2Part 3 Part 5爆破完成后，表层岩石有些许部位裂开，位于临空面的岩石出现几条长的裂缝带清晰可见。爆破后产生的裂缝高压气体爆破致裂效果分析Part 4Part 1Part 2Part 3 Part 5裂缝带之间的间距为13m，在竖向上裂缝基本

10、贯穿临空面。在爆破过程中，无有害气体产生，爆破噪声小。Part 4Part 1Part 2Part 3Part 5 破除岩层的过程中，产生的大岩块较多，大块率高。高压气体爆破致裂效果分析Part 4Part 1Part 2Part 3Part 5 高压气体爆破致裂效果分析工艺钻孔总长（m）钻孔耗（h）安装膨胀管及接线耗时（h）封孔耗时（含等待达到强度时间）（h）二次破碎耗时（h）总耗时（h）开挖方量(m3)开挖工效(m3/h)备注高压气体爆破致裂60523.5（1.5h砂浆封孔，2h砂浆凝固时间）5.516 18233高压气体致裂与二次破碎平行施工，故不算在功效对比时长内。机械开挖3535182（同等方量）5.2Part 4Part 1Part 2Part 3Part 5 高压气体爆破致裂存在的问题和不足之处高压气体致裂的准备时间耗时较长，主要体现在引孔耗时和膨胀管接通气管接导线的准备工作耗时上，但是当高压气体致裂与二次破碎平行施工时，则能大幅加快开挖进度。采用工程钻机风钻引孔相比地质钻机水钻引孔，单个引孔时间大幅缩短。且工程钻机为履带式，相比水钻引孔，其不受引孔土面倾斜和凹凸影响，更为适用。但是工程钻机引孔扬尘非常大，必须洒水降尘，导致又增加清理