破岩求索，向新之力——记中国电建华东院复杂敏感环境超临界流体冲击破岩技术

　　随着我国城市化的快速发展，为科学利用土地资源，建设工程逐渐向地下深部、立体空间发展，不可避免会面临靠近已有建筑物、交通线、管线，或人流集中处等复杂敏感多变的施工环境。在此类条件下进行石方开挖时，炸药爆破因其安全风险高通常禁止使用，而机械开挖、静态膨胀、二氧化碳气爆等非炸药爆破破岩技术则难以满足工程建设在施工效率与成本、环境影响等方面的需求。

　　鉴于此，中国电建华东院联合江苏中控能源科技有限公司组成科研团队共同完成科技攻关，解决了复杂敏感施工环境下岩石开挖难度大、安全风险高、成本费用高、施工效率低的难题，并形成科技成果——《超临界流体冲击破岩精准控制关键技术与应用》，该成果顺利通过中国电力建设企业协会成果鉴定与验收，达到国际领先水平。

　　创新一：本安型高能复合材料研发

　　与炸药爆破相比，二氧化碳气爆技术具有无明火、弱扰动、低噪声、不产生有害气体的优点，属于安全性高、环境友好的绿色破岩方法。然而以往二氧化碳气爆操作时，激发二氧化碳发生相变的发热药的主要成分含有高氯酸钾、草酸铵和水杨酸等易制爆危险化学品(主要成分公安管制)，导致二氧化碳气爆技术使用过程中存在以下安全隐患：(1)发热体的加工易引发燃烧、爆燃甚至爆炸;(2)危化品监管愈发严格，市场准入性不足;(3)发热体结构与电雷管相似，易发生误触事件;(4)危化品泄露或大量使用会造成局部不可逆的环境污染。

　　为此，团队特别研发了具有本质安全特性的复合高能材料，仅可在一定压力下的气体环境中着火燃烧放热(非爆燃、爆炸过程)，极大保障了技术的安全性、环保性和市场准入性。同时，经过国家民用爆破器材质量监督检测中心、南京理工大学化学材料测试中心等专业检测机构鉴定，该材料不具有物理危险性、爆炸性，不属于易燃固体和限制性运输货物，有效避免了传统发热药的安全隐患问题。

　　创新二：基于本安型复合高能材料的便携式干冰致裂破岩装备研制

　　除了发热药的安全隐患之外，二氧化碳气爆技术还涉及液态二氧化碳运输、存储以及充装过程中的带压作业问题，高压容器的使用同样会给现场机械设备、作业人员带来安全风险。

　　在本安型复合高能材料的基础上，团队进一步研制了便携式干冰致裂器，以固态干冰粉代替液态二氧化碳，摒弃了高压容器存储与装填过程，也从根本上杜绝了带压作业的安全隐患。

　　环境影响方面，单次干冰用量4kg的破岩振动影响范围实测可控制在20m内，重点影响区域则主要集中在10m范围内(地表振动幅值>0.4 m/s²)，相较于液压破碎锤该影响半径缩减50%;20-40m区域仅产生微弱振动(0.2-0.4m/s²)，同等距离下振动强度较液压破碎锤降低32%;此外，干冰致裂振动衰减系数为1.7，较液压破碎锤(衰减系数1.1)衰减更快，均体现出干冰致裂破岩在振动控制上的优势。

　　创新三：首台套超临界流体冲击破岩装备研制

　　为进一步提升自动化作业水平和破岩效率，团队创新性地以压缩空气为破岩介质，研发了具有自动充装、自动激发、重复连续破岩作业功能的超临界流体连续脉动冲击发生装置，并将其搭载至可移动机械平台上，形成首台套超临界流体冲击破岩装备。

　　同其他非炸药破岩技术相比，超临界流体冲击破岩装备具有以下特点：

　　(1)能量可控。超临界流体冲击破岩装备通过压力传感器实时监测爆燃气体压力值，可以针对不同的施工场景或岩石类型精准调控高压冲击能量，改善破岩质量、提高作业效率，同时可有效调节岩石破碎块度和飞石距离。

　　(2)本质安全。超临界流体冲击破岩装备生产、运行不涉及任何危化品的运输、存放和使用，不受相关监管影响，市场准入性好。

　　(3)绿色环保。超临界流体冲击破岩装备以空气作为冲击介质、生物质材料作为增压药剂，节能减排特点突出;此外，作业过程中的振动、噪声等环境有害效应较弱，明显小于炸药爆破和机械破碎。

　　(4)快捷高效。超临界流体冲击破岩装备机械化程度高，1-2人即可轻松操作，单次循环作业时长约15分钟，能够有效提高技术效率、降低施工成本。

　　技术推广应用与社会经济效益显著

　　该技术成果已推广应用至杭州临安青山湖湖底隧道及延线道路工程、青岛青银高速公路增设唐山路互通及连接线工程、浙江景宁抽水蓄能电站工程等10余个项目中，采用超临界流体冲击破岩技术能有效控制振动对周围建筑物的影响、降低安全隐患，同时破岩效率显著高于镐头机、膨胀剂等方法。

　　以浙江景宁抽水蓄能电站工程为例，项目下水库料场局部临近已建中控楼，无法全部采用大规模炸药爆破采掘，而单台镐头机单日开采方量150方左右，难以满足大坝填筑石料用量需求，工程进展缓慢。采用超临界流体冲击破岩技术后，施工效率比传统机械提高2-3倍，成本同比下降30%-50%，同时过程中保护项目中控楼，避免了振动、飞石等对其结构和内部人员的影响，且未对作业区域内的人员和设备带来安全风险，经济效益和社会效益显著。

　　该技术的成功应用，为复杂敏感环境下的工程建设提供了一种安全、经济、环保、高效的破岩新技术，下一步团队将继续推动该技术的系统化、标准化、规范化建设，持续为工程建设提供更多经济、安全、高效、环保的解决方案。(作者：奚灵智、杨槐、胡少斌、张强、李晨)