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。
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。静态破碎法是一种利用其主要成分(氧化钙)与水发生化学反应产生大量热量和较大膨胀压力,该膨胀压力作用在岩石上来实现破岩的破岩方法,与其他破岩方式相比,具有经济性较好、操作简单、危险系数小、益于携带等优点。如学者桂良玉 通过工程实践得出,静态破碎技术具有施工中无震动、无冲击波、无粉尘和抛石、噪声小污染小,有利于断面控制等优势,使其在某些特殊环境下发挥着不可替代的作用。马志刚等 通过对静态破碎剂膨胀机理的分析得出,静态破碎剂产生的膨胀压力通常能达到30 MPa,完全能够达到一般硬岩破碎的需求。
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。
