随着城市地下工程建设的大量推广,越来越多的城市地下管道工程需穿越坚硬地层,面临小断面坚硬岩层掘进的问题。而城市地下管道工程往往位于人口、建构筑物密集区域,采用常规爆破破岩掘进时,爆炸产生的振动和噪声会对周围人居和建构筑物造成较大影响,且由于城市地下管道工程小断面面积较小,爆破破岩的方式不利于断面控制,导致了爆破破岩在城市地下工程中受到较大限制 。因此,在上述特殊地质和施工环境下,常采用非爆破破岩掘进施工技术。非爆破掘进技术是一种常见的针对特殊施工环境要求的破岩掘进施工方法,具有施工震动小、无冲击波、无飞石、不产生有害气体、安全性高等优点,已广泛用于市政工程、道路工程、高危矿采矿、开山采石以及复杂环境下破岩工程等 。国外,早在二十世纪七十年代就已经对非爆破俱进技术开展了相关基础与技术的开发研究。国内于上世纪八十年代开始该方面研究,已取得较丰富的研究与工程应用成果 。目前,非爆破破岩方法主要分为人工机械、物化做功、电气设备等三大类,其中以掘进机(TBM)、静态膨胀剂破碎、液压劈裂机、液压破碎硾破岩工法应用较多 。
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。
