由于城市地下管道工程穿越的地层水文与工程地质条件的不确定性以及各种破岩设备的自身特点,现行的非爆破破岩方法均有各自的适应性。以TBM为例,其安装施工复杂,初期投入大,且受设备自身限制无法进入小断面施工现场,较适用大型长期隧道工程等;人工风镐破岩效率太低,不利于工程进度;其他如电气设备类破岩方式也存在经济性低、可代替性强等特点。基于上述因素,在实际顶管破岩掘进施工中应根据具体情况,选取适应具体地质条件的最佳破岩方式。
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。
