1、1目 录 1 编制依据及原则.42 工程概况.52.1 设计概况 52.2 工程地质及水文地质情况 62.2.1 工程地质情况 .62.2.2 工程水文情况 .82.3 周边建筑物及管线情况 93 基坑开挖方案及变更原因分析103.1 原开挖方案 .103.2 环境特点及特殊要求 .113.3 基坑开挖现状及困难 .113.4 基坑开挖安全的特殊要求 .133.5 开挖方案的选择 .144 液态二氧化碳相变致裂岩层方案154.1 二氧化碳相变致裂器的组成及技术参数 154.1.1 二氧化碳相变致裂器的组成 .154.1.2 主要技术参数 .154.2 二氧化碳相变致裂破碎基本原理 164.3
2、二氧化碳相变致裂破碎特点 164.4 二氧化碳相变致裂岩石总体方案设计 .174.5 二氧化碳相变试致裂方案与实施效果 .194.6 基坑岩石主体分台阶二氧化碳相变致裂参数设计 .204.6.1 掏槽开挖 .204.6.2 二氧化碳相变致裂器致裂破碎岩石台阶要素图 214.6.3 孔网参数设计 224.7 二氧化碳相变致裂器施工工艺 .234.8 施工步骤 .244.8.1 开设临空面 244.8.2 钻孔 244.8.3 装管 .254.8.4 填塞 .254.8.5 安全防护 .254.8.6 连接网路 264.8.7 点火 .2724.8.9 岩石致裂破碎后检查 .274.8.10 提管
3、回收 274.8.11 大块岩石破碎 .284.9 二氧化碳相变致裂安全与防护措施 .294.9.1 有害气体影响与安全防护 .294.9.2 相变致裂振动效应与防护 .294.9.3 相变致裂飞石安全与防护 .324.9.4 夏季液态二氧化碳的运输、储存与使用安全 .344.9.5 其它危险源的控制与防护措施 .354.10 安全警戒设计 354.10.1 安全警戒范围 354.10.2 信号规定 354.11 二氧化碳相变致裂破碎施工作业注意事项 365 监测方案365.1 监测的目的和必要性 375.1.1 监测目的 .375.1.2 监测必要性 .375.2 监测项目设计与监测实施 3
4、75.2.1 监测项目的布置与实施 .375.2.2 监测测点布置及要求 .395.2.3 监测周期和注意事项 .395.2.4 施工安全性判别 .405.2.5 基坑周边环境监测 .405.3 监测管理体系 415.4 信息化施工 426 施工组织及筹划426.1 施工人员组织 .426.2 主要机械设备 .436.3 施工顺序 .436.4 施工管理 .436.5 施工工期 .447 质量、安全、文明等施工保证措施447.1 质量保证措施 447.1.1 质量管理组织机构 .447.1.2 质量职责分配 .447.2 安全保证措施 .4637.2.1 安全管理组织机构 .467.2.2 重
5、大危险源应急预案 .477.3 文明施工组织机构 .508 季节性施工保证措施528.1 雨季施工保证措施 .528.1.1 雨季施工目标 .528.1.2 雨季施工准备工作 .538.1.3 雨季施工技术措施 .538.2 夏季施工措施 .548.2.1 夏季施工准备工作 .548.2.2 夏季施工安全措施 .549 应急预案549.1 应急救援责任制及组织机构 .549.2 应急救援小组的主要职责 .559.3 应急救援小组组长、副组长及成员的职责与分工 .559.4 安全事故应急救援流程 .569.5 主要应急措施 .579.5.1 建筑物变形较大应急措施 .579.5.2 基坑失稳应急
6、措施 .579.5.3 边坡（护壁）渗漏应急措施 .579.5.4 基底隆起应急措施 .589.5.5 地面开裂、塌陷应急措施 .589.5.6 管线变形过大应急措施 .589.6 应急物资 .599.7 应急救援机构联系方式 .594长沙市轨道交通 3 号线一期工程烈 士 公 园 东 站液 态 二 氧 化 碳 相 变 致 裂 岩 石 专 项 施 工 方 案1 编制依据及原则1.长沙市轨道交通 3 号线一期工程烈士公园东站车站主体围护结构施工图 ；2.长沙市轨道交通 3 号线一期工程 KC-2 标段营盘东路站岩土工程详细勘察报告3.目前我施工单位掌握的现场实际开挖揭示地质资料及实验数据； 4.
7、目前施工情况和工期的要求；5. 我施工单位现有的施工技术、施工管理和机械设备配备能力；6.爆破作业单位资质条件和管理要求 （GA990-2012） 、 爆破作业项目管理要求 （GA991-2012） ；7. 相关标准、规范：（1） 建筑深基坑工程施工安全技术规范 （JGJ311-2013） ；（2） 建筑地基基础工程施工质量验收规范 （GB50202-2002） ；（3） 建筑基坑工程监测技术规范 （GB504972009)；（4） 建筑基坑支护技术规程 （JGJ120-2012） ；（5） 建筑变形测量规范 JGJ8-2016；（6） 爆破安全规程(GB6722-2014)；（7） 气瓶安全
8、技术监察规程 （TSG R0006-2014） 。2 工程概况2.1 设计概况烈士公园东站位于晚报大道与车站北路交叉路口北侧，沿车站北路由南向北敷设。车站设计中心里程为：Z(Y)DK25+116.676，车站左线起点里程ZDK24+998.226，右线起点里程 YDK25+024.226,终点里程 Z(Y)DK25+209.218。本站施工工法采用全明挖顺作法。车站基坑外包总长为 186.6m，标准段基坑宽24.3m，车站主体基坑深约 20m。车站大小里程端接盾构区间，均为盾构吊出。基坑安全等级为一级。5主体围护结构采用 800mm 地下连续墙+内支撑系统支护，共设置 3 道支撑。冠梁截面尺寸
9、 800（宽）*900（高） ，第一道为支撑为钢筋混凝土支撑，标准段间距为 9m；第二道为 800、t=20mm 钢支撑，标准段间距为 3m；第三道为609、t=16mm 钢支撑，标准段间距为 3m。车站共设 4 个出入口和 2 个风亭组，其中 3 号出入口为远期预留。1 号出入口及 1 号风亭合建，位于西湖社区内，2 号风亭位于主体北端东侧芙蓉农村合作银行前。2 号出入口位于主体北端王府花园绿地内，4 号出入口位于南端西侧冰火楼前空地。烈士公园东站站位见图 2-1、2-2。图 2-1 烈士公园东站总平面图6图 2-2 烈士公园东站主体结构标准段横剖面图2.2 工程地质及水文地质情况2.2.1
10、 工程地质情况车站主体基坑通过的地层由上至下依次为杂填土，素填土，淤泥质粉质黏土，粉质黏土，细砂，泥质粉砂岩。局部存在淤泥质粉质黏土和圆砾地层。烈士公园东站地质情况如表 2-1 所示。表 2-1 烈士公园东站地层分布表编号岩土名称土层厚度 层顶高程 岩性描述1-2-1 杂填土1.00-6.50不等32.95-34.96m褐红黄色、杂色，湿一饱和，松散状为主，局部稍密状，由可塑-硬塑状黏性土混砖渣、混凝土块、碎石等回填，多为路基填土，硬质物不均匀分布，顶部约有 40-60cm 混凝土路面，硬质物含量不均，堆填时间 5 年以上，未完成自重固结。1-2-2 素填土1.10-4.20m不等，平均厚度为
11、3.01m31.70-34.94m褐黄、褐红色，湿一饱和，松散，可塑-硬塑状，黏性土为主，局部含砂砾石及砖渣等，硬质物含量约为 15%。堆填时间 5 年以上，未完成自重固结。1-4-2淤泥质粉质黏0.60-4.50m不等，平均 28.76-褐色、灰褐色、黑色，流塑状，局部受后期人工回填土的挤压影响为可塑状，饱和，夹少量细砂，含有机质，具异味。该层具高压缩性，工程性状差。7编号岩土名称土层厚度 层顶高程 岩性描述(Q4h)土 厚度为2.45m32.22m1-6 粉质黏 土1.10-7.80m不等，平均厚度为3.94m26.36-32.06m褐黄色，夹灰白色，可塑-硬塑状，以可塑状为主，含少许黑色
12、铁锰质氧化物。无摇震反应，有光泽，干强度中等，韧性中等。1-7 粉土0.50-3.70m不等，平均厚度为1.53m24.26-27.31m褐黄色，灰色，很湿-饱和，稍密状，含细砂、中砂、云母片及少许黑色铁锰质氧化物。摇振反应中等，无光泽反应，低等干强度，韧性低。1-9 细砂0.40-3.00m不等，平均厚度为1.40m23.74-27.75m褐黄色、黄色，饱和，稍密-中密状，含少量砾石，呈亚圆形，级配一般，粒径大于 0.075mm 颗粒含量约 90%，成分多为石英质，含云母，泥质充填。1-13 圆砾1.20-3.30m不等，平均厚度为1.97m23.92-24.85m褐黄色，黄色，饱和，稍密-
13、中密状，圆砾含量约50-60%，石英质，多为亚园形，一般粒径 2-20mm，混少量卵石，最大粒径达 40-60mm，中粗砂充填，混少许黏性土。1-14 卵石0.50-3.10m不等，平均厚度为1.80m22.94-24.75m黄色，饱和，稍密-中密状，卵石含量约 55-60%，成分多为石英质，圆形、亚园形，一般粒径 20-40mm，最大粒径达 60-80mm，中粗砂充填，混少许黏性土。5-1残积粉质黏土0.50-2.00m不等，平均厚度为0.80m21.31-22.74m紫红色，硬塑-坚硬状，无摇震反应，稍有光泽，韧性中等，干强度中高等。7-2-2强风化泥质粉砂岩0.40-7.50m，平均厚度
14、为2.40m19.81-23.23m褐红色，粉砂质结构，厚层状构造，岩芯呈碎块状，短柱状。用手可折断，浸水易软化，其软化系数0.75，为软化岩石。7-2-3中风化泥质粉砂岩0.80-36.55m，平均厚度为15.93m13.54-22.63m褐红色，粉砂质结构，厚层状构造，岩芯较完整，极软岩。岩芯呈长柱状为主，少许块状，干湿交替易崩解，岩石质量指标较好。天然单轴抗压强度3.1-9.7MPa，平均值 6.1MPa，极软岩-软岩。8泥 质 粉 砂 岩K 7-2-3杂 填 土Q4ml素 填 土Q4ml粉 质 黏 土Q4al细 砂Q4al残 积 粉 质 黏 土Qel泥 质 粉 砂 岩K泥 质 粉 砂
15、岩K1-2-11-2-21-61-9 5-1淤 泥 质 粉 质 黏 土Q4h 1-4-2图 2-3 烈士公园东站工程地质剖面图2.2.2 工程水文情况（1）地表水：车站场地勘察场地无地表水。（2）地下水类型及富水性：根据区域水文地质资料、现场钻探及引用资料分析，场地水文地质条件一般。地下水类型分为填土中的上层滞水、第四系砂卵石层中的孔隙水及基岩裂隙水。勘察期间正处旱季，根据现场钻探揭露情况，填土层富水性整体较差；孔隙水主要分布在中更新统含水层中，孔隙水富水性中等，属弱承压水；基岩裂隙水赋存量较小，迳流条件较差。（3）地下水的补给、径流、排泄及动态特征上层滞水赋存于填土中，主要受大气降水、沟管渗
16、水、人工排水补给，以蒸发形式或向隔水底板边缘流渗排泄，水量较小且动态变化大，分布不连续。勘察期间未形成稳定水位。孔隙水赋存于砂、卵石层中，受大气降水和地表水及河水补给，其具有明显杂填土素填土淤泥质粉质粘土粉质粘土粉细沙细沙残积粉质粘土泥质粉砂岩9的丰、枯水期变化，丰水期水位上升，略具承压性，枯水期水位下降，为弱承压水。基岩裂隙水赋存于泥质粉砂岩裂隙中。根据钻探揭露及地质调查，基岩节理裂隙多为密闭或微张，迳流条件较差，水量甚微，未能形成稳定水位。勘察期间场地上层滞水稳定水位埋深为 1.87-4.80m，相应标高为 29.74-32.56m，孔隙水稳定水位埋深为 3.8-8.50m，相应标高为 2
17、6.04-30.30m，由于孔隙水引用初勘钻孔成果，勘察时季节变化较大，水位变化较大。2.3 周边建筑物及管线情况车站西侧为 2-4 层的门面、梦泽园小区（27-28 层高层建筑） ；西南侧为 12 层的冰火楼小高层建筑，一层地下室，地下室埋深 4-5m；东侧为瑞丰家园（2-19 层框剪结构） ，一层地下室，地下室埋深约 5m；东侧北部为雍景园小区（12 层的高层建筑） ；各建筑均采用桩基础。表 3-1 地铁车站周边主要建（构）筑物一览表工程项目 部位 建（构）筑物详情 层数 距结构净距离/m西南角 梦泽园小区综合楼（冰火楼） 12 7西侧梦泽园商铺 A、B 栋、（4 层框架结构房，无地下室，
18、为一般性房屋，基础采用震动沉管灌注桩，桩径350，以强风化泥质粉砂岩为桩端持力层。 ）4 A 栋净距：7.8栋净距：8.8东北角雍景园小区（地上 12 层高层，建筑形式为桩基础，持力层为强风化泥质粉砂岩。 ）12 17.02长沙芙蓉农村合作银行（地上单层建筑，无地下室，混凝土结构）1 11瑞府宾馆地下 1 层(层高 3.35m)，埋深约 5m，地上 5 层框架结构，基础形式为人工挖空桩，持力层为强风化泥质粉砂岩。5 18.14烈士公园东站东侧瑞丰家园地上 19 层，地面高度 57m，地下 1 层(层高 3.35m)，结构形式为框剪，基础形式为人工挖空桩。19 30.23基坑周边建筑物多，且高层
19、建筑距离基坑较近。地铁车站施工范围内管线众多，地下管线改移后距离车站结构 315m，需要进行管线沉降监测。需要监测的地下管线主要为改移后临时排水箱涵（4m*8m） ，DN800 给水管、DN1500 污水管。为确保周边建筑和管线的安全，需对其加强监控量测。目前影响车站施工的路灯、10自来水、军缆、城通、污水等管线均已改移至车站结构外侧，土方开挖及主体结构施工阶段无需穿越，无需悬吊保护。基坑周边管线分布及迁改情况详见附图 1。3 基坑开挖方案及变更原因分析3.1 原开挖方案车站主体长度为 212.6m，按照工期进度安排，同时为了保证开挖过程中基坑稳定，结构施工的流水作业，在车站主体施工完部分围护
20、桩后，将桩顶冠梁三边封闭后便可进行封闭部分的车站主体土方开挖。土方开挖施工由车站两端头向车站中间进行明挖施工，优先施工南北端头盾构工作井。土方开挖施工计划工期为：2017 年 4 月 22 日至 2017 年 8 月 29 日，施工周期为 129 天。车站基坑开挖采用多种机械配合的开挖方案，配置 2 台炮机，8 台普通挖机，2 台 0.4m3小挖机，1 台液压抓斗。为提高工效，各种挖机分层配合，在南北两端各设置一个开挖面，自两端向中间开挖，每个工作面采用台阶法接力式开挖，在基坑下设小型挖掘机、人工辅助开挖及清底，最后利用液压抓斗垂直提升。基坑开挖施工为地铁车站施工中一个最重要的工序，施工中按照
21、施工规范及设计要求操作，在开挖过程中掌握好“分层、分步、对称、平衡、限时”五个要点，遵循“竖向分层、纵向分区分段、先支后挖”的施工原则。主体基坑由南北两端向中间开挖，纵向分为 8 个开挖段，与主体结构流水段划分一致。各分段间纵向按 1:1 放坡。开挖时先从两端向中间开挖，钢板桥下部土方倒运至南侧，纵向开挖示意图如图 3-1、3-2 所示。11图 3-1 烈士公园东站主体基坑纵向分段示意图EX-20EX-20图 3-2 烈士公园东站纵向台阶法开挖示意图3.2 环境特点及特殊要求烈士公园东站基坑开挖在闹市区进行，周边为梦泽园、新华联、雍景园、王府花园等密集住宅小区，且紧邻省委小区，环境比较复杂；根
22、据现场实际开挖揭示情况，石方量都比较大，机械破除难度大，施工噪音较大，就工作环境考虑，工作场地都比较狭窄，运渣时间受限制，工地靠近居民区，噪声扰民也经常受到投诉，引起一些民事纠纷。且基坑临近小区，开挖速度及效率都会都周边建筑物及管线影响较大。3.3 基坑开挖现状及困难基坑开挖从两端往中间开挖。先开挖北端。流水段划分为 8 个，南半部分 4个+中间 1 个+北半部分 3 个。两端采用分台阶放坡开挖，中心拉槽。剩余基坑中部最后一个流水段土方采用垂直提升的开挖方式出土。我单位从 5 月 15 日开始开挖基坑北端头，因地表 8 米以内全为淤泥及杂填垃圾，富水量极大，且需破除既有片石箱涵结构，挖机在淤泥
23、层中易陷入，开挖难度较大，现场累计投入 6 台挖机进行开挖倒运，至 5 月 25 日北端井第一流水段开挖至 10 米处由砂卵石层直接进入中微风化泥质粉砂岩，岩层界面明显，胶结性强，挖机及裂土钩均无法开挖，采用 2 台炮机后平均每天向下进尺不足 1 米(平均每天破除工程量约为 120m/天)，破除速度极慢，距基坑到底还有 10 米，岩层越12往下强度及板结性越强，根据我单位目前现场取样进行强度试验，最大岩层强度达到 15MPA，不论是地勘资料或岩层强度均与地勘报告出入较多（勘察资料附后） ，我单位在 2017 年 5 月 31 日上午组织勘察、设计、业主、监理等单位对现场土石方分界以及实际开挖岩
24、层情况进行了界定，并初步对如何采取相关措施加快下步土方开挖进行了探讨，同时结合丝茅冲站静态爆破相关经验提出了静态爆破措施。北端井地表淤泥层开挖 北端 6 台挖机分台阶开挖倒运地表 68 米以内全部为淤泥及杂填垃圾 地下 810 米为砂卵石层13地表 10 米以下进入中微风化泥质粉砂岩岩层板结性较强，岩层强度大，机械破除开挖效率较慢现场取样委托专业检测机构进行强度试验根据试验，地表 10 米处岩层强度平均约为 15MPA，岩层强度较大。3.4 基坑开挖安全的特殊要求14根据现场实际开挖地层揭示情况，泥质粉砂岩地层板结性强，岩层强度高，机械破除开挖难度大，效率低下，根据现场实际及工期筹划，剩余石方
25、约46000m，在分段分台阶开挖及破除情况下仅石方破除需 170 天，全部完成主体结构需到 2018 年 2 月份，无法满足 2017 年 10 月主体洞通工期要求，为加快开挖进展，确保工期要求，结合借鉴丝茅冲站静态爆破方案，我单位拟采取液态二氧化碳相变致裂岩石工法，需统一考虑岩石破碎方案、防护措施以及清运方法几个方面的问题，即需要满足以下特殊要求：（1）即根据工期要求计算日平均破碎量和高峰期作业的破碎量，根据现场状况规划出钻孔作业面，再依据作业面情况和环境条件，选定岩石破碎施工种类。（2）防护措施应保证安全防护的重点是飞石和控制地震，同时还应考虑破碎噪声的影响。其开挖边墙的维护，已浇混凝土结
26、构的保护，边墙喷锚支护的保护都是一些特殊的问题。（3）清运方法根据破碎量和基坑现场状况，选择装渣设备型号、数量，如需吊运还要考虑吊运设备应规划施工道路，最后根据运输量、运输作业时间及运距、现场装运场地等条件，选定运输车辆，保证在规定工期内清运完毕。（4）本基坑及周围重点保护目标较多基坑围护墙的保护；基坑西侧商住楼等建筑物的保护； 紧邻基坑周围的雨污水管、燃气、军缆、电缆等主要管线的保护；车站北路的行驶车辆与行人的安全防护。3.5 开挖方案的选择由于基坑周围环境比较复杂，且地下管线施工前期均临近基坑进行改迁，直接采用机械凿除硬岩的作业方式功效太低且安全风险偏高，不能满足工期及安全要求，不宜采用爆
27、破法进行岩石破碎，烈士公园东站主体范围内拟采用“三小一少（振动小、飞石距离小、噪声小与粉尘少） ”的二氧化碳相变致裂器破碎基坑岩石方法，此方法不仅安全，而且符合绿色环保要求，以便于在确保基坑周边建（构）筑物安全的同时加快施工进度。破碎岩石类型主要为地表 10 米以下进入岩层后的垂直向下开挖的中微风化泥质粉砂岩以及少量特坚石，需破碎的岩石工程15量估算有 4.5 万 m，具体工程量以现场实际界定为准。4 液态二氧化碳相变致裂岩层方案4.1 二氧化碳相变致裂器的组成及技术参数4.1.1 二氧化碳相变致裂器的组成二氧化碳相变致裂器（又称致裂管或膨胀管）由泄能器、安全片、储液管、发热装置、充装阀组成，
28、如图 4-1 所示。图 4-2 液态二氧化碳相变致裂系统主要组件示意图4.1.2 主要技术参数二氧化碳相变致裂器主要技术参数见表 4-1。表 4-1 主要技术参数表项目 51 型 73 型 83 型 95 型致裂器外径（mm） 51 73 83 95致裂孔径（mm） 60 90 100 110-120致裂器长度（mm） 1270 1030 1130 1300二氧化碳充装量（kg） 0.8 0.8 1.4 2.31.卸能器 2.安全片 3.储液罐 4.发热装置 5.充装阀图 4-1 二氧化碳致裂器结构图16最大充装压力（MPa） 9 9 9 9单套致裂器质量（kg） 14 22 32 43根据现
29、场实际情况，本工程采用 95 型二氧化碳相变致裂器。4.2 二氧化碳相变致裂破碎基本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，装入安全膜、破裂片、发热管和密封圈，拧紧合金帽即完成了致裂破碎前的准备工作。将致裂管和起爆器及电源线携至致裂破碎现场，把致裂管插入钻孔中固定好，连接起爆器。起爆瞬间脉冲电流使发热管点火迅速发生燃烧反应，释放大量的热量，瞬间将液态二氧化碳气化，急剧膨胀产生高压。由于液态二氧化碳气化体积膨胀约 600 倍，故在致裂管封闭空间内的迅速气化，将使致裂管内部瞬间达到300MPa 以上高压状态。高压作用使破裂片发生剪切破坏，
30、高压气体瞬间自泄压阀冲出，对周围介质产生强烈的冲击作用，而使其发生破坏和位移。从点火至结束整个过程只需 0.4 毫秒，瞬间释放高压气体断裂和松动岩石。由于是低温下运行，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。在井下致裂破碎时对瓦斯具有稀释作用，无震荡，无粉尘。二氧化碳属于惰性气体非易燃易爆物质，致裂破碎过程就是体积膨胀的过程，物理做功而非化学反应。4.3 二氧化碳相变致裂破碎特点（1）具有本质的安全特性。从储存、运输、携带、使用、回收等方面均十分安全。主机与致裂破碎器材分离，从灌装至致裂破碎结束时间较短。液态二氧化碳灌注仅需 13
31、 分钟，点火至结束仅需 4 毫秒。实施过程无哑炮，无需验炮。安全警戒距离短，无安全隐患。致裂管回收方便。（2）既可定向致裂破碎又可延时控制，特别是在特殊环境下，如居民区、隧道、地铁、井下等环境，实施过程中无破坏性振动和短波，对周围环境无破坏性影响。（3）在石材开采中不破坏纹理结构，成材率和效率较高。（4）无雷管，无火药，无炸药，无易燃品，无危化品，无需火工库，管理简17便，操作易学，操作人员少，无需专业人员值守。（5）在矿井下使用其性能更加突出，无论是高瓦斯矿井，冲击地压矿井、水文地质条件较复杂的矿井还是易自燃矿井均可应用。（6）材料来源丰富，可就地取材。提高功效，增加效益，降低成本。减少繁杂
32、的报批审核程序和管理限制。在灌注二氧化碳之前所有皆非爆品，灌注后没有高温，没有电压不会自爆，只要严格遵守操作规程，整个施工操作过程均相当安全。（7）为获得较大当量的威力，可根据现场情况，把致裂破碎筒并联使用，或者改进孔径和增进二氧化碳质量。可灵活控制。（8）在应急抢险救援中，可将全部设施托运任何交通工具上。而雷管火药炸药等属管制物品，无此优势。可节约大量救援时间。 （9）由于炸药雷管等的对社会对环境破坏性，必将控制更加严格，因此办理致裂破碎手续周期较长，而采用致裂器可随时进行致裂破碎作业，实时满足工程建设的需要。4.4 二氧化碳相变致裂岩石总体方案设计4.4.1 总体方案设计根据工程设计与施工
33、要求以及现场勘察的实际情况，结合以往类似地铁基坑岩石液态二氧化碳相变致裂开挖工程积累的经验，对本基坑拟采用 95 型二氧化碳相变致裂设备进行岩石致裂施工。先从北端实施分台阶致裂开挖，待南端基坑形成开挖工作面后，再按基坑原有的自两端向中间、台阶接力式开挖方案，在南北两端同时实施分台阶致裂开挖作业，台阶高度 2 至 6 米。图 4-3 二氧化碳相变致裂岩石纵向分台阶开挖示意图18为确保二氧化碳相变致裂施工与其它工序如二次破碎、挖运清碴、临空面修整等之间的无缝衔接，并增加施工过程中出于保护基坑连续墙和支撑的需要而调整临空面和最小抵抗线方向的灵活性，拟沿 22.7 米宽基坑横断面分左右两个半区错开进行
34、二氧化碳相变致裂施工，左右两个半区施工顺序如图 4-3 中阴影区域所标记的序号所示。图 4-4 二氧化碳相变致裂岩石开挖方案平面示意图基坑初始相变致裂开挖区域如图 4-4 中的 1 区若无可利用的自然临空面，则可在 1 区中央位置沿基坑宽度方向先行采用机械方式进行掏槽开挖。待形成临空面后，则可由北向南实施相变致裂作业。掏槽后 1 区剩下的靠近基坑北端连续墙的岩石可采用机械破除的方式进行破除开挖。基坑内部边沿连续墙和基坑中间的竖向支撑在相变致裂作业中需要重点进行防护。对于边沿连续墙，每次致裂作业布孔时，最靠近连续墙的钻孔与连续墙之间预留一定厚度的岩石作为保护层，且最靠近连续墙的钻孔最小抵抗线应小
35、于保护层厚度。对于基坑中间的竖向支撑，除在坚向支撑与最靠钻孔之间应留够防护距离外，还可采用合理调整临空面和最小抵抗线方向，降低相变致裂能量对竖向支撑稳定性的影响。4.4.2 二氧化碳相变致裂设计方法与流程针对基坑区域岩石特性和施工要求，依据我公司在类似基坑二氧化碳相变致裂施工的布孔致裂参数进行设计，确定初步孔网参数后进行基坑岩石的试致裂，通过试致裂的岩石致裂效果、振动效应、噪音污染等，再优化调整孔网参数直到二氧化碳相变致裂效果满足设计要求、重点目标振速满足安全标准。二氧化碳相变致裂设计流程如下图所示：19图 4-5 二氧化碳相变致裂设计流程图4.5 二氧化碳相变试致裂方案与实施效果在前期了解设
36、计施工要求、现场勘察岩石特性与施工环境的基础上，为进一步验证二氧化碳相变致裂施工对于本基坑岩石开挖的适用性，并获得二氧化碳相变致裂设备与基坑岩石和岩层特性相匹配的孔网参数，为正式施工方案设计提供可靠数据，于 2017 年 6 月 10 日实施了基坑岩石的二氧化碳相变试致裂。试致裂作业区域位于基坑北端距基坑口部约 10m 的台阶面上，台阶高度约5m，台阶作业宽度约 8m，台阶边沿不规则，共设置 4 个致裂孔，4 个致裂布设位置依台阶边沿形状而调整。孔距 a 为 1.7-2.0m，最小抵抗线 w 为 1.8-2.3m，钻孔深度为 3.5-4.2m 不等，致裂孔孔径为 130mm。每个致裂孔装填 1
37、 根致裂管，并用专门填塞料进行填塞。填塞后致裂孔口部位全部采用规格为 4m2m0.02m 规格的钢板进行覆盖。具体布孔方案平面图如图 4-6 所示：图 4-6 基坑岩石试致裂布孔平面示意图四个致裂孔一次齐爆，致裂后的效果如图 4-7 所示。岩石致裂深度与致裂孔深度相一致，致裂孔靠近临空面一侧岩石被致裂后崩落崩塌，致裂孔背向临空面一侧约 1 米区域内岩石也被致裂松动，可被裂钩直接破除。致裂岩石块度明显大于爆破开挖的块度，但均可被裂钩较轻松二次破解。awm预计岩石致裂位移方向20致裂瞬间，振动很小，致裂声响基本被基坑附近车流声响所掩盖。从试致裂效果表明采用二氧化碳相变致裂开挖岩石的施工方案是适用于
38、本基坑开挖要求的。试致裂孔网参数设计基本上能实现当前深度（距基坑口部约 10 米）岩石强度和岩层特性与二氧化碳相变致裂设备性能之间较好的匹配，可为正式施工方案设计提供重要依据。所采用的安全防护措施到位且有效。图 4-7 二氧化碳相变试致裂效果图4.6 基坑岩石主体分台阶二氧化碳相变致裂参数设计4.6.1 掏槽开挖（1）切割槽的开设基坑的特点只有一个自由面，四周没有自由面，岩石夹制作用强，对岩石致裂破碎很不利，为了取得较好致裂破碎岩石的效果，必须在破碎区的一端或中间采用机械破碎的方法开出一定宽度和深度的沟槽，为后续的二氧化碳致裂岩石创造一个侧向自由面，以取得较好的破碎效果。如图 4-8 所示。7
39、0753050cm70751.40m35m切割槽图 4-8 倾斜掏槽切割示意图21掏槽口尽量靠近基坑一端连续墙进行开设，如图 4-4 中 1 区或 2 区靠近基坑北端连续墙一侧。这样可保证整个岩石相变致裂开挖方向背向基坑两端地连墙，以减少相变致裂对基坑两端地连墙的扰动影响。4.6.2 二氧化碳相变致裂器致裂破碎岩石台阶要素图（1）开挖台阶沿 22.7 米宽基坑横断面开设左右两个开挖工作面，错开交替进行二氧化碳相变致裂施工，可创造侧向自由面，为施工过程中调整临空面和最小抵抗线方向提供更多的灵活性。工作面台阶高 3-6m，宽约 10.5m（可现场调整） 。如下图 4-9 所示。A、第一次致裂区（左
40、半断面）钻孔致裂B、第一次致裂区（左半断面）爆渣挖运C、第二次致裂区（右半断面）钻孔致裂D、第二次致裂区（右半断面）爆渣挖运10m3-5m连续墙保护层10m3-5m连续墙保护层1.5m炮孔炮孔图 4-9 相变致裂台阶示意图1.5m第一次致裂区第二次致裂区钢筋砼梁钢筋砼梁保护层22在前期基坑深度约 10 米处的岩石试致裂的基础上，设计二氧化碳致裂器破碎岩石台阶要素如图 4-10 所示。BW0Waa图 4-10 岩石破碎台阶要素图LLL1L2L3L4说明：L1 为提升杆；L2、L3、L4 为致裂管；每孔致裂管根数由孔深和致裂管长度确定。不用提升杆的情况下，L1 表示堵塞长度。4.6.3 孔网参数设
41、计（1）致裂孔直径：D=110-130mm（2）台阶高度：H=3.0-6.0m台阶高度低于 3m 时，不得实施二氧化碳相变致致裂作业，最佳台阶高度以 5m为宜。（3）最小抵抗线：W=1.52.3m每次致裂布孔时，最靠近连续墙的致裂孔最小抵抗线不宜大于 1.5m，以确保致裂能量尽可能多的从临空面方向释放，降低从防护层传入连续墙中的能量比例，以减弱致裂振动对连续墙的影响。由于基坑岩层越往下，岩层板结性越强，岩石强度越高，故最小抵抗线应随岩层深度增大而适当减小，可将抵抗线调小为 W=1.51.8m（4）台阶坡度角：=6080台阶坡度角尽可能接近 90为好。最小不得低于 60，低于 60时，必须采23
42、用液压破碎锤或裂钩进行修整，以避免出现致裂孔底部抵抗线过大而使岩石无法致裂的结果。若岩石强度太硬，采用液态破碎锤和裂钩均无法增大台阶坡度角时，侧可在钻孔时采用倾斜钻孔的斜孔布孔方式。孔的斜度应尽量与台阶坡度相一致。（5）致裂孔间隔：a=1.7-2.0m随着岩层深度加大，岩石强度增强，致裂孔间距可适当减小，可设置为a=1.5-1.8m（6）致裂孔角度：=90（垂直钻孔）优先采用垂直布孔方式，有利于钻孔和装填致裂管施工。但若岩石强度太硬，采用液态破碎锤和裂钩均无法增大台阶坡度角时，侧可在钻孔时采用倾斜钻孔的斜孔布孔方式。孔的斜度应尽量与台阶坡度相一致。（7）致裂孔排数：N=1 排基坑岩石致裂时，为
43、确保施工的绝对安全性，只采用设置一排致裂孔的布孔方式。（8）单排致裂孔个数：5-6 个（分左右两个半区开挖）根据具体台阶工作面宽度和台阶边沿轮廓形状应灵活调整布孔数量。（9）孔网距离地连墙 1.5m 的安全距离进行布设。最靠近连续墙的致裂孔与墙间的保护岩层厚度不得小于 1.5m，在正式施工时，应在最靠近致裂区域的连续墙位置设置振动测试传感器，测试相变致裂对连续墙产生的振动水平，并结合围护桩位移、支撑轴力、地下水位、地面沉降、深层土体水平位移等监测数据分析致裂振动影响。若联动监测系统某个指标出现警戒值，则应增大保护层厚度或调整相变致裂施工布孔方案。严重时，应立即停止相变致裂施工作业。4.7 二氧
44、化碳相变致裂器施工工艺二氧化碳相变致裂器施工工艺一般分为钻孔、装致裂管、填塞、连线、安全警戒、点火、检查、回收等，如图 4-11 所示。244.8 施工步骤4.8.1 开设临空面用机械在基坑一端或中间开挖一定深度与较为陡峭的临空面或沟槽。4.8.2 钻孔（1）钻孔要领操作手应掌握钻机的操作要领，熟悉和掌握设备的性能、构造原理及使用注意事项，具有熟练操作的操作技术，并能掌握不同性质岩石的钻凿规律。（2）钻孔基本方法开口时对于完整的岩面，给小风不加压，应先吹净浮渣，慢慢冲击岩面，钻出空窝后，旋转钻具下钻开孔。当钻头进孔后，逐渐加大风量至全风全压快速凿岩状态。对于硬岩，应选用高质量高硬度的钻头，送全
45、风全压，但转速不能过高，防止损坏钻头，对于软岩，应送全风加半压，每进尺 1.01.5m 提钻吹孔一次，防止孔底积渣过多而卡孔。（3）泥浆护孔方法对于孔口岩石不稳固状态，应在钻孔过程中，采用泥浆护壁。泥浆护壁的操作程序为：致裂孔钻凿 23m，在孔口堆放一定量的含水粘黄泥，用钻杆上下移动，将黄泥代入孔内并浸入破碎岩缝内。当不考虑对边坡的影响、且边孔无侧向临空时，为了克服岩体的夹制作用，边孔距离凌空面尺寸应缩短 0.50.8m。（4）致裂孔验收与保护1）致裂孔验收检查致裂孔深度与孔网参数；复核抵抗线；钻孔 装致裂管 填塞提管回收连线安全警戒 点火 检查图 4-11 二氧化碳致裂器施工工艺25孔中有水
46、时不能施工。在验收过程中发现堵孔、深度不够，应及时补钻。2）致裂孔保护每个致裂孔钻完后立即将孔口用塑料或编织袋等材料堵塞好，防止雨水或其他杂物进入致裂孔。孔口的岩石清理干净，防止掉入孔内。一个致裂区钻孔完成后尽快实施致裂。4.8.3 装管根据致裂孔深度将致裂管一节一节的装入孔内。根据临空面高度 H 及孔深 L调整致裂管节数，最上方连接提升杆。采用深埋管致裂而无需连接提升杆时，装填完致裂管，即可进行填塞作业。4.8.4 填塞（1）连接有提升杆时的填塞方法采用连接有提升杆的装管方式时，填塞后，提升杆外露长度 A: 0.3A0.5m。填塞材料采用棱角分明的碎石粒，并将其堆放在致裂孔周围。将填塞材料慢
47、慢放入致裂孔内，同时敲击外露提升杆部位，便于填塞材料下沉压实。亦可采用手持振动棒振动，提高填塞效率。（2）采用深埋管无需连接提升杆时的填塞方法此时填塞长度不得小于 2.5m，填塞粒采用棱角分明的碎石粒，并将其堆放在致裂孔周围，装完致裂器后，慢慢将填塞料放入致裂孔内，让填塞料填实致裂管与致裂孔间的间隙，最后一直装填至致裂孔孔口，并用振动棒振实。（3）填塞作业注意事项1）填塞材料中不得含有碎石块或潮湿石屑。2）致裂孔内有水时，在填塞过程中容易形成泥浆或悬空，使致裂器周围无法填塞密实。致裂效果不好，甚至造成致裂器从空中飞出。3）填塞过程中要防止导线砸破。4）加固处理。填塞完毕后，将每组致裂器的提升管
48、用钢丝绳连接起来，控制个别致裂器飞散或滑落。264.8.5 安全防护二氧化碳相变致裂器致裂破碎岩石时会有个别石块飞出，飞石飞出半径为 4-5m，若爆破点距离地面5m 时需用竹夹板、地毯、密目网或钢丝网覆盖在基坑上部的混凝土支撑上，防止飞石飞出基坑。防护覆盖如图 4-12 所示。具体方法用竹架板排列 3m 的宽度，2m 的长度，然后用两根钢管固定，作为一块整体防护材料使用，爆破时采用人工将加工后的竹架板铺设在基坑的横梁上，由基坑边向基坑中心铺设，直至把需要爆破区的上方全部覆盖，最后在竹架板上方再铺设一层地毯，防止细小的飞石飞出基坑。当基坑上方混凝土支撑不具备铺设上述防护材料时，可采用深埋布设致裂
49、管的方式装填致裂管，去掉提拉杆，每个孔上方保证 2.5m 以上填塞长度，且填塞料用振动棒振实。然后采用 4m2m0.02m 规格的钢板对致裂孔进行覆盖防护，钢板上方还可采用砂袋压实，临空面则可铺设钢丝网。多重防护措施以确保无飞石现象。4.8.6 连接网路竹架板钢管 地毯平面图断面图地毯 竹架板图 4-12 基坑空中隔离防护示意图27导电网路的连接是一个关键工序，若一次致裂孔数较多，必须合理分区连接，以减少整个导电网路的电阻值，分区时要注意各个支路的电阻平衡，保证每个致裂器获得相同的电流值。在网路连接过程中，应利用专用电阻表检测网路电阻，网路连接完毕后，必须对网络所测电阻值与计算值进行比较，如果差别较大，应查明原因，排除故障，重新连接，网路连接的接头应用高质量绝缘胶布缠紧，保证接头质量。网路连接采用串联方法，如图 4-13 所示。4.8.7 点火采用高能起爆器点火。点火前，首先检查起爆器是否完好正常，起爆器应及时充电，保证提供足够电能，并能快速充到致裂破碎需求的电压值；在连接主线前必须对网路电阻进行检测，当警戒完成后，再次测量网路电阻值，确定正常后，才能将主线与起爆器连接，然后等待点火命令。岩石致裂破碎后，及
