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。
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。
(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。
