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(环)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。
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。
本工程中,为对比两种布孔方式的破岩效率,分别选取试验段管道进行了施工试验。试验发现,当全断面采用环形布孔破岩时,由里到外逐层破碎的层数较少,因此单循环用时少,效率高,破岩方量能达到41.7 m /d;当复和断面采用环形布孔时,由于上部土层可直接破碎,对剩余岩体装药反而因钻孔多而浪费时间,破岩方量只能达到38.5 m /d(含土体),而采用平行布孔时,破岩方量能够达到42.4 m /d(含土体)。这说明,静态破碎法破岩时全断面采用环形布孔、复合断面采用平行布孔能达到最大效率。
