该工程毗邻多条市政公路、交通量大、游客众多,对施工振动周边环境影响提出了特殊要求。加之,该工程具有作业面岩层水文与地质条件复杂、空间狭小、工期紧张等特点,考虑到顶进掘进段多为半软半硬或坚硬岩层,采用机械式顶管机在掘进施工中可能遇到预想不到的困难,经反复对比,决定采用人工掘进顶管法施工。 该项目顶管直径DN2500,每节长度2.5 m,每节管道顶进前,在管道前方破碎岩石并将碎石运出,循环顶进。根据地质勘察分析,该工程地面高程介于1 887.14～1 891.89 m,管道顶层埋深在2.74～11.08 m,需穿越第四系人工堆积(Q )层、湖积(Q )层、残坡积(Q )层、二叠系下统栖霞组(P q)层岩。图2为ZK36—ZK41管道掘进线路剖面图。
物化做功类主要包括静态膨胀剂破碎法和二氧化碳致裂法等。静态破碎剂的主要成分一般为生石灰和一定量的添加剂,利用生石灰与水反应时其体积发生膨胀,依靠孔内产生的膨胀压力来破碎岩石。研究表明,膨胀剂产生的压力在 30～40 MPa,完全可以达到一般岩石破裂所需的1.1～11.8 MPa ,该种破岩方式具有无飞石、无震动、无噪声、无粉尘及有毒气体等优点,并且操作简单、携带运输安全。 二氧化碳致裂器(见图3)是一种低温破岩器材,利用液态CO 吸热时气化膨胀,快速释放高压气体断裂岩石。其原理是在主管内充装液态CO ,快速激起发热管,使主管内的液态CO 瞬间气化膨胀发生高压,破断剪切片,高压气体通过泄能头作用在岩体上,达到破碎目的。该种设备在破岩过程中不扬尘无明火,安全性较高,可广泛用于煤矿开采、采石场等工程项目,但需专业人员操作,不利于施工。
(3)岩体情况。断面内岩体的破碎情况直接取决于钻孔深度的设计。当岩体情况较为完整、无明显裂缝时,每一循环掘进的进尺一般不超过1 m,钻孔深度应为掘进进尺H的1.05倍,即1.05H;为防止岩石掘进后上部岩体(土体)的坍塌,当断面破碎情况较为严重,存在网状裂缝或明显长裂缝时,应缩短每一循环进尺;若掘进中遇孤立的岩石时,钻孔深度为目标破碎体的80%～90%;每掘进一段后续管道跟进顶入,确保掘进面安全性和稳定性。 在试验段进行破岩掘进时发现,当确定掘进进尺H时,其钻孔深度设计为掘进进尺H的1.05倍,即1.05H最为合适。若小于1.05H,会造成破碎不不彻底,导致顶管顶进达不到设计深度;若大于1.05H,则会造成破碎剂浪费。
