针对复杂地质条件下,顶管施工在遇到岩石、硬土等坚固物块时采用何种方式破岩掘进这一问题,为合理选择破岩方式,根据滇池外海北部水体置换通道改造工程的实际施工情况,分析非爆破掘进技术在小断面水文与工程地质特殊以及周边环境复杂、施工减振(噪)要求高等条件下的适用性。经过对比,最终确定了在无水施工段和有水工作段分别采用静态破碎法、劈裂法作为顶管施工坚硬岩层的非爆破破岩方法。无水段采用采用静态破碎法破岩施工时,根据断面情况提出水平布孔和环形布孔两种方式,相邻孔距为40 cm,排距为50 cm,孔径42 mm;含水段采用劈裂法施工时,全断面采用同静态破碎法工艺相同的环形布孔方式,若断面为复合断面,则应在断面正底部150°范围内钻孔取临空面后,沿临空面向上逐排布孔,孔径100 mm。工程实践表明:静态破碎法在无水工作面岩石掘进效果较好,掘进速率为8.5 m/d;在有水工作面因破碎剂失效,应采用劈裂法破岩,劈裂法破岩速率为10.5 m/d;静态破碎法有利于掘进断面控制,而与静态破碎法相比,劈裂法具有适应性强、掘进速度快等优点。
随着城市地下工程建设的大量推广,越来越多的城市地下管道工程需穿越坚硬地层,面临小断面坚硬岩层掘进的问题。而城市地下管道工程往往位于人口、建构筑物密集区域,采用常规爆破破岩掘进时,爆炸产生的振动和噪声会对周围人居和建构筑物造成较大影响,且由于城市地下管道工程小断面面积较小,爆破破岩的方式不利于断面控制,导致了爆破破岩在城市地下工程中受到较大限制 。因此,在上述特殊地质和施工环境下,常采用非爆破破岩掘进施工技术。非爆破掘进技术是一种常见的针对特殊施工环境要求的破岩掘进施工方法,具有施工震动小、无冲击波、无飞石、不产生有害气体、安全性高等优点,已广泛用于市政工程、道路工程、高危矿采矿、开山采石以及复杂环境下破岩工程等 。国外,早在二十世纪七十年代就已经对非爆破俱进技术开展了相关基础与技术的开发研究。国内于上世纪八十年代开始该方面研究,已取得较丰富的研究与工程应用成果 。目前,非爆破破岩方法主要分为人工机械、物化做功、电气设备等三大类,其中以掘进机(TBM)、静态膨胀剂破碎、液压劈裂机、液压破碎硾破岩工法应用较多 。
液压劈裂棒运用液压机械方式对岩石进行劈裂，是针对坚硬岩石能高效破裂的创新设备，在矿山开采及建筑土石方工程中不能使用炸药的情况下破碎岩石具有很大的技术优势，淘汰了膨胀破碎剂。山西愚公斧在国内率先从事岩石劈裂棒的施工及技术推广，引领行业发展。愚公斧劈裂棒应用于不能爆破作业并要求产量高、工期紧等技术难度大的土石方工程，山西愚公斧生产的愚公斧劈裂棒钻孔直径已达到24厘米以上，钻孔间隔3到5米一排，挖机吊装放入岩石孔中，两分钟左右可胀裂开石头20-50立方左右，轻松破碎坚石上千立方，比使用炮锤+切割机或膨胀破碎剂的方式快十倍以上，且成本低。比用切割机的优势是一台能顶十台的效率，降低水电费，噪音和污染改善，工期提前成本降低；比起用膨胀破碎剂的优势是钻孔直径大、间隔大，裂缝更大、效果更好、更易于破碎解小，立即见效不用等待、不间断重复作业，不受雨水和温度影响，无喷浆和强碱性危害，无震动安全环保。