一种城市复杂环境敏感区域瞬态热膨胀裂石施工工艺的制作方法

本发明涉及城市基坑开挖，具体来说，涉及一种城市复杂环境敏感区域瞬态热膨胀裂石施工工艺。

背景技术：

1、城市的发展对地下空间开发利用的要求越来越高，为充分利用地下空间，往往需要在复杂的城市环境中开挖深基坑，城市基坑开挖要求安全可靠、生态环保、对周边影响小，特别是周边建构筑物复杂的敏感区域，对基坑开挖引起的沉降、震动、噪声等要求严格。

2、当在城市复杂环境下基坑开挖遇到岩层时，采用常规的液压破碎锤破石工艺噪声大、工效低、持续时间长；而传统的浅孔爆破工艺由于使用的炸药为公安管制危化品，审批手续复杂、使用条件苛刻，在敏感区域(如文物、重要公共场所以及重要机关等附近)或敏感时段(比如重大节假日以及重大活动等)禁止使用，给爆破工艺在城市基坑开挖中的应用带来很大的不确定性。

3、为此，我们提出一种城市复杂环境敏感区域瞬态热膨胀裂石施工工艺。

技术实现思路

1、本发明的技术任务是针对以上不足，提供一种城市复杂环境敏感区域瞬态热膨胀裂石施工工艺，用于解决上述背景技术所提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种城市复杂环境敏感区域瞬态热膨胀裂石施工工艺，包括以下步骤：

4、s1、施工准备

5、①、方案设计

6、关于裂石参数设计，目前没有统一的规范，一般按浅孔爆破理论，结合裂石剂的特点设计。在城市周边环境复杂地区，考虑减小周边震动情况下，一般选用浅孔裂石方案，孔深一般不超过5m；

7、②、方案选取

8、根据施工现场情况和一次起装药孔数量，可选单孔裂石方案、排孔裂石方案或群孔裂石方案，裂石参数计算同上；

9、③、现场施工准备

10、a、施工围蔽：在施工现场设置围蔽，与社会区域隔离，以方便管理和警戒；

11、b、裂石剂仓库：裂石剂存放设置专门仓库，仓库为全封闭房间，远离办公生活区、远离火源，仓库要具备防雨防潮功能；

12、c、机械设备准备：准备好钻孔、解小与清渣设备；

13、d、临时存渣场：在市区由于交通管制原因白天出渣受限，需在场内设置临时存渣场；

14、s2、钻孔

15、采用风钻或潜孔钻按裂石方案设计孔位和深度钻孔，当钻孔成孔后检测孔深和孔内水位情况；

16、s3、装药

17、将裂石剂采用连续装填方式，装药分两次进行，第一次装入药量的一半，然后放入点火器，点火器要置于孔中心部位，不要与孔壁接触，以免影响裂石效果，点火器安放好后将连接的脚线引至钻孔外妥善保护，继续装药至完成，即可在钻孔内腔的下方形成裂石剂填充层；

18、s4、填塞密实

19、采用粘土堵塞在钻孔内腔的上方并用木棍轻轻捣实，每10～20cm一层，用木棍夯实后填装下一层，直至封孔完毕，即可形成黄土填塞层；

20、s5、孔口覆盖保护

21、当钻孔的孔口填塞密实后，在孔口覆盖铁板并压放沙袋进行保护；

22、s6、点火裂石

23、通过将点火器通电点火，如为多孔则所有孔采取串联接法，点火器通电瞬间激发孔内裂石剂燃烧，孔内气体体积迅速膨胀，挤压孔口周边岩石产生裂缝，从而实现裂石；

24、s7、解小外运

25、岩体经瞬态热膨胀裂石后内部松动并产生多条裂缝，但仍有一定的整体性，没有完全裂开，需用液压破碎锤等机具对其破碎，解小后的岩块即可通过井口的龙门吊吊运至井口外。

26、作为优选，在步骤s1中，钻孔选用风钻或潜孔钻机，解小设备选用液压破碎锤、风镐等，钻孔与解小设备的配置与施工计划相匹配，垂直提升设备选用长臂挖掘机、龙门吊或吊车吊斗等。

27、作为优选，在步骤s1中，裂石效果受岩层性质、节理裂隙发育等情况影响较大，在正式施工前进行试验，确定裂石参数；正式施工后，根据地层变化、裂隙走向及上一次裂石效果及时调整裂石参数。

28、作为优选，在步骤s2中，在周边环境复杂的地段选用单孔裂石方案，孔深控制在4m以内，以减小对周边震动；在周边环境宽松的地段选用单排孔或多排孔裂石方案。

29、作为优选，在步骤s2中，裂石剂填充层在钻孔内要保持干燥，钻孔内应干燥无水，钻孔内积水要用风枪吹干，对于钻孔周边轻微裂隙产生的少量渗水除吹干外，另用防水袋包裹裂石剂，并快速装填、快速点火；如裂隙发育，孔内渗水量大，则钻孔作废，如整片区域渗水量大，则考虑降低地下水位保证孔内干燥。

30、作为优选，在步骤s3中，裂石剂由秸秆、过烧石灰、煤矸石粉以及炭黑为原料，高氯酸钾作为催化剂，经胶化、捏合以及造粒而成。

31、作为优选，在步骤s3中，点火器安装在裂石剂填充层中段，安装后装填上部裂石剂时沿四周匀速慢装，保证点火器位于钻孔中心位置，严禁单侧装填挤偏点火器。

32、作为优选，在步骤s4中，黄土填塞层采用干燥的黄土、粘土等材料，并用木棍分层捣实，分层厚度为10～20cm。

33、作为优选，在步骤s6中，围护结构、格构柱等重要结构、构件的1.2m范围内禁止使用热膨胀裂石，采用液压破碎锤破石。

34、作为优选，裂石临空面采用已有台阶，在裂石没有临空面的情况下，可采用掏槽法裂石或液压破碎锤破石形成临空面。

35、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

36、1、本发明，通过在拟破碎的岩石或混凝土结构上钻孔，然后在孔内装入裂石剂并封孔，用电流瞬间激发裂石剂在孔内有限的空间内迅速燃烧，使密闭空间内气体迅速受热膨而产生对周围岩壁挤压形成压应力场，当岩石的抗拉强度低于压应力在切向衍生的拉力时产生径向裂隙，从而达到裂石的目的，被胀裂的块体辅以破碎锤解小，工艺安全可靠，对周边影响小，适用范围广，可用于狭小作业面的小方量裂石，也可用于较大开挖面作业；

37、2、本发明，采用裂石剂和点火器是非爆炸物，使用安全便捷，效率高、振动低、噪声小，适合城市等周边环境复杂的区域，裂石剂的主要成分为煤矸石、秸秆以及石灰等工农业废料，应用于裂石后不仅能成倍提高裂石效率，还能变废为宝，生态环保价值高，值得推广；

38、3、本发明，与液压破碎锤破碎相比，施工效率高、噪声低、持续时间短；与静态爆破相比，可快速点火和瞬态膨胀，反应快速效果好；与劈裂机劈裂相比，具有稳定、可靠、产量高的优点。

技术特征：

1.一种城市复杂环境敏感区域瞬态热膨胀裂石施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种城市复杂环境敏感区域瞬态热膨胀裂石施工工艺，其特征在于：在步骤s1中，钻孔选用风钻或潜孔钻机，解小设备选用液压破碎锤、风镐，钻孔与解小设备的配置与施工计划相匹配，垂直提升设备选用长臂挖掘机、龙门吊或吊车吊斗。

3.根据权利要求2所述的一种城市复杂环境敏感区域瞬态热膨胀裂石施工工艺，其特征在于：在步骤s1中，裂石效果受岩层性质、节理裂隙发育情况影响，在正式施工前进行试验，确定裂石参数；正式施工后，根据地层变化、裂隙走向及上一次裂石效果及时调整裂石参数。

4.根据权利要求3所述的一种城市复杂环境敏感区域瞬态热膨胀裂石施工工艺，其特征在于：在步骤s2中，在周边环境复杂的地段选用单孔裂石方案，孔深控制在4m以内；在周边环境宽松的地段选用单排孔或多排孔裂石方案。

5.根据权利要求4所述的一种城市复杂环境敏感区域瞬态热膨胀裂石施工工艺，其特征在于：在步骤s2中，裂石剂填充层(2)在钻孔(1)内要保持干燥，钻孔(1)内应干燥无水，钻孔(1)内积水要用风枪吹干，对于钻孔(1)周边轻微裂隙填产生的少量渗水除吹干外，另用防水袋包裹裂石剂，并快速装填、快速点火；如裂隙发育，孔内渗水量大，则钻孔(1)作废，如整片区域渗水量大，则降低地下水位保证孔内干燥。

6.根据权利要求5所述的一种城市复杂环境敏感区域瞬态热膨胀裂石施工工艺，其特征在于：在步骤s3中，裂石剂由秸秆、过烧石灰、煤矸石粉以及炭黑为原料，高氯酸钾作为催化剂，经胶化、捏合以及造粒而成。

7.根据权利要求6所述的一种城市复杂环境敏感区域瞬态热膨胀裂石施工工艺，其特征在于：在步骤s3中，点火器(4)安装在裂石剂填充层(2)中段，安装后装填上部裂石剂时沿四周匀速慢装，保证点火器(4)位于钻孔(1)中心位置，严禁单侧装填挤偏点火器(4)。

8.根据权利要求7所述的一种城市复杂环境敏感区域瞬态热膨胀裂石施工工艺，其特征在于：在步骤s4中，黄土填塞层(3)采用干燥的黄土、粘土材料，并用木棍分层捣实，分层厚度为10～20cm。

9.根据权利要求8所述的一种城市复杂环境敏感区域瞬态热膨胀裂石施工工艺，其特征在于：在步骤s6中，围护结构、格构柱重要结构、构件的1.2m范围内禁止使用热膨胀裂石，采用液压破碎锤破石。

10.根据权利要求9所述的一种城市复杂环境敏感区域瞬态热膨胀裂石施工工艺，其特征在于：裂石临空面采用已有台阶，在裂石没有临空面的情况下，采用掏槽法裂石或液压破碎锤破石形成临空面。

技术总结本发明公开了一种城市复杂环境敏感区域瞬态热膨胀裂石施工工艺，包括以下步骤：施工准备、钻孔、装药、填塞密实、孔口覆盖保护、点火裂石以及解小外运；本发明通过在拟破碎的岩石或混凝土结构上钻孔，然后在孔内装入裂石剂并封孔，用电流瞬间激发裂石剂在孔内有限的空间内迅速燃烧，使密闭空间内气体迅速受热膨而产生对周围岩壁挤压形成压应力场，当岩石的抗拉强度低于压应力在切向衍生的拉力时产生径向裂隙，从而达到裂石的目的，被胀裂的块体辅以破碎锤解小，工艺安全可靠，对周边影响小，适用范围广，可用于狭小作业面的小方量裂石，也可用于较大开挖面作业。技术研发人员：康大勇,易领兵,李维洲,陈庆怀,刘博峰,魏华杰,刘垚,邵奇,王宗勇,吕兆龙,刘胜欢,郑力铭,罗斐,罗昌文,刘便标,张一飞受保护的技术使用者：中交第一航务工程局有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23