由于本工程管道掘进施工中,存在浸水严重的施工段,而常用静态破碎剂具有遇水失效的特性,如应用于浸水严重的岩层,破碎剂很难发挥膨胀分裂效果甚至失效。针对这一问题,可以通过改良破碎剂或者寻求替代的方法解决,但改良破碎剂需大量试验验证,时间长且价格贵 。因此,在分析非爆破掘进方法适应性的基础上,结合本工程施工中三个有水施工段的施工需求,选择以劈裂来代替静态破碎法来进行破岩施工。破裂法与静态破碎法相比,除具有无污染、无震动等优点外,还具有适应性广、掘进速度快等优点。本文以滇池外海北部水体置换通道改造小断面顶管施工坚硬岩层工程为背景,针对其水文与工程地质以及周边环境复杂、施工减振(噪)要求高的特点,分析非爆破掘进技术在小断面复杂施工环境下的适用性,选择静态破碎法、劈裂法作为顶管施工坚硬岩层非爆破破岩方法,提出相应的施工工艺与技术要点,并在工程中得到成功应用,为类似条件下小断面顶管硬岩非爆破破岩掘进施工提供有益的借鉴。
根据静态破碎剂的破岩原理,在破碎方案设计之前,首先须了解断面内岩体情况,才能准确的进行掘进深度的确定和布孔设计,掘进深度及布孔设计一般取决于岩体的硬度等级、破碎情况、含水情况等断面情况。为使破岩效果达到最大化,布孔前首先确定一个以上临空面,若掘进面为全断面岩石,首先在掘进面中心钻孔作为临空面,环绕中心钻孔向外环形扩散布孔;若掘进面为岩土复合断面,则首先挖除土层作为胀裂临空面,沿岩土分界线向岩层水平布孔。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。
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。