二氧化碳致裂技术在输电工程基础施工中的应用

二氧化碳致裂技术在输电工程基础施工中的应用

赵柏智1徐立新2

1吉林省送变电工程有限公司

2国网内蒙古东部电力有限公司

摘要：结合我国东北部气候、地形、地貌特征，高山大岭处的岩石地带及冬季封冻的土层给输电铁塔的基础施工带来了极大的困扰。本年度3-7月份，我们成功地采用了新型的二氧化碳致裂技术，针对冬季的冻土和山地岩层进行了试点试验，通过反复的比对，科学合理的总结出成型的新型工法，提高了山区岩层及冬季冻土环境下的基础基坑开挖的效率，避免了人工开凿难、爆破危险大等风险，明显提高了施工进度，同时保障了人身安全。

关键词：岩石挖孔、冬季冻土、林区防火、技术改进

基于东北地区，缩短工期，保证安全。

在我国东北部电力施工中，山区的基础开坑和冬季的冻土开坑一直是施工的难点，人工效率极低，成本较大，有时还会因为基础工序作业周期延误影响整体竣工时间。如若采用雷管爆破施工的方法，在审批流程上相当繁琐，例如：林区的防火戒严期期间，一般为5个月左右，此期间林业部门不会批准爆破作业。平地冻土爆破施工时，安保部门要求决不允许临近建筑物、重要设施及其他危害公共安全的区域爆破。同时，爆破作业在施工过程中安全风险也较高。二氧化碳致裂技术通过使用定制的二氧化碳致裂设备，针对不同坑径、深度的基坑，均匀分布致裂管，用液态转气态的冲击力将岩石或冻土在底部击碎，即没有产生爆炸（不发生明火），又能达到按基坑尺寸量定制的完美效果，在安全性和效率性上得到了明显的提高。

一、二氧化碳致裂设备的原理

在二氧化碳致裂器的储液管内充装液态二氧化碳，启动加热装置产生大量热量，使储液罐内液态二氧化碳瞬间气化，体积膨胀约600倍，压力急剧升高，当管内压力达到定压剪切片极限强度时，高压气体冲破定压减切片从释放管释放，利用瞬间产生的强大推力，沿岩体的自然裂隙或被致裂引发的裂面冲破物料，从而达到致裂的目的。

定压减切片是控制泄能压力的部件，可以通过更换不同规格的剪切片从而控制得到不同的释放压力，输电线路工程基础通常使用400MPa的定压减切片。

二氧化碳致裂采用电子启动的方式，致裂器与启动器之间采用串联或并联均可，启动前，先使用验电笔对每个致裂器的回路进行测试，检查无误后，用钢丝绳将所有致裂器通过顶端拉环连接成一个整体，并绑扎在基坑外的电动提升机上。致裂结束后检查致裂效果是否满足施工需求，人员下坑前必须先进行通风并进行含氧量测试。

二、致裂步骤与方法

二氧化碳制裂设备操作的整体流程是：开凿装设制裂管的小孔→装管封孔→布线→启动器加热致裂。在作业面（基坑所在的岩层或冻土层）小直径浅孔致裂时，首先采用手持式风动凿岩机钻孔，钻孔直径为62mm，循环进尺控制在1.3m，分别布置掏槽孔、辅助孔及周边孔，采用分段延期起爆。在各凿好的孔内，全部放置二氧化碳致裂管；均匀排列分布，具体详见（图一）布置，然后将与启动器连接的导电线依次串联布置好，待人员撤离至安全区域后，由指挥人员下口令启动致裂，致裂管的规格需根据现场基础地质条件决定，包括致裂器布置数量。

图一

三、安保措施

1、充装及作业人员应由二氧化碳致裂器制造企业技术工人或由其培训合格的人员完成；严禁坑下充装液体二氧化碳，实际充装压力不得超过最大设计充装压力。

2、严禁在采掘泄压带、散落岩堆积体中进行深孔致裂。

3、致裂前应对致裂区周围人员、地面和地下建（构）筑物及各种设备、设施分布情况等进行详细的调查研究，然后进行致裂设计。必须编制深孔致裂设计说明书并制定安全技术措施。

4、操作使用应严格遵守本公司的相关规定，并明确安全使用事项。

四、实效性分析

本年度3-7月份期间，此项施工技术在蒙东地区牙克石山区输电线路工程反复对比试验后投入使用，具体取得的实效如下：操作较为简洁，安全可控性强，每次涨裂深度可达0.7-0.9米，岩石受涨裂后成40-400mm不等碎块，涨裂面均匀，清坑方便。而常规的人工开凿岩石坑，所用的风镐相对比效率较低，每天出坑大约0.2-0.3米左右，如遇坚硬的岩石层，效率更低。新技术的效率大概是传统方法的3倍。

在经济分析上，二氧化碳致裂设备的拆装机和充装机均为长期使用设备，保养得当的条件下使用寿命很长。致裂管采用高密度钢制成，可反复使用，使用寿命较长。密封片和泄能片属于耗材，价格较低，在工程成本中可忽略。在施工成本方面，以此次采用新技术的输电线路工程为例，此项技术可节省的人工成本约15万元，可缩短整体工期约25天。如此看来，无论是效率上还是成本分析上此项新型技术均占据优势。

五、新型技术前景

此项施工技术在施工现场的应用，得到了电力行业及社会专业人士的广泛关注。结合与以往常规人工开挖或雷管爆破的的效率性、安全性和经济性对比后，具有很强的应用性和推广性。目前，随着国家对生态环境治理力度的加大，施工行业的传统工法均面临各种风险评估的影响和阻碍。二氧化碳的阻燃性，恰恰适合林区施工作业，杜绝了明火的出现。同时，致裂方式与传统雷管爆破相比，安全性极强，作用力在致裂管根部泄压孔处，用压力涨碎整体石层，而并非像雷管那样大范围爆炸，危害范围广。这一特点也适用于临近带电体作业及特殊禁爆区域，在施工安全性上大大降低了风险。与传统的人工开挖相比较，大大提升了效率，节省了时间并降低了成本。

综上所述，无论是功效上，还是成本控制和安全管理方面，二氧化碳致裂技术的应用在电力施工方向有着很高的应用价值。

参考文献：

1.《土石方致裂施工及验收规范》（GBJ201—89）；

2.《北京市致裂作业项目安全管理实施细则》（2016）；