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。
无声破碎岩石膨胀剂是指一种以氧化钙为基本成分,反应时体积膨胀,使岩石涨裂的技术。它是20纪80年代初研究成功的非爆炸型、无公害的破碎岩石技术。可用于不允许有震动和飞石的场所,和用来开采整体石料。静态膨胀剂的原理是以氧化钙为主要膨胀源,其含量约占81%。此外,还含有硅、铝、铁、镁的氧化物,并配以少量添加剂。在与适量水掺合后,发生水化反应。立方晶系的CaO转变成六方晶系的Ca(OH)2,体积增大50.2%,同时释放出,66.6kJ/mol的热量,从而具有膨胀作功的能力。有机添加剂用来延缓水化反应的速度,无机添加剂则用来控制硬结时间,并达到一定的强度。无声岩石膨胀剂装入炮孔中的静态膨胀剂,由于自身的膨胀作用,在孔壁的约束下,沿径向方向对炮孔壁产生较大的膨胀压力(30-50MPa)。孔壁径向受压,切向受拉,当孔径为4cm,孔距为40-60crn时,软岩或混凝土产生径向破裂所需的膨胀压力为10-20MPa,中硬岩或硬岩为15-30MPa。当炮孔内的膨胀压力增加到一定值后,介质就会产生径向裂缝而破裂 。
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。