由于本工程管道掘進(jìn)施工中,存在浸水嚴(yán)重的施工段,而常用靜態(tài)破碎劑具有遇水失效的特性,如應(yīng)用于浸水嚴(yán)重的巖層,破碎劑很難發(fā)揮膨脹分裂效果甚至失效。針對(duì)這一問題,可以通過改良破碎劑或者尋求替代的方法解決,但改良破碎劑需大量試驗(yàn)驗(yàn)證,時(shí)間長(zhǎng)且價(jià)格貴 。因此,在分析非爆破掘進(jìn)方法適應(yīng)性的基礎(chǔ)上,結(jié)合本工程施工中三個(gè)有水施工段的施工需求,選擇以劈裂來代替靜態(tài)破碎法來進(jìn)行破巖施工。破裂法與靜態(tài)破碎法相比,除具有無污染、無震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)外,還具有適應(yīng)性廣、掘進(jìn)速度快等優(yōu)點(diǎn)。本文以滇池外海北部水體置換通道改造小斷面頂管施工堅(jiān)硬巖層工程為背景,針對(duì)其水文與工程地質(zhì)以及周邊環(huán)境復(fù)雜、施工減振(噪)要求高的特點(diǎn),分析非爆破掘進(jìn)技術(shù)在小斷面復(fù)雜施工環(huán)境下的適用性,選擇靜態(tài)破碎法、劈裂法作為頂管施工堅(jiān)硬巖層非爆破破巖方法,提出相應(yīng)的施工工藝與技術(shù)要點(diǎn),并在工程中得到成功應(yīng)用,為類似條件下小斷面頂管硬巖非爆破破巖掘進(jìn)施工提供有益的借鑒。

根據(jù)靜態(tài)破碎劑的破巖原理,在破碎方案設(shè)計(jì)之前,首先須了解斷面內(nèi)巖體情況,才能準(zhǔn)確的進(jìn)行掘進(jìn)深度的確定和布孔設(shè)計(jì),掘進(jìn)深度及布孔設(shè)計(jì)一般取決于巖體的硬度等級(jí)、破碎情況、含水情況等斷面情況。為使破巖效果達(dá)到最大化,布孔前首先確定一個(gè)以上臨空面,若掘進(jìn)面為全斷面巖石,首先在掘進(jìn)面中心鉆孔作為臨空面,環(huán)繞中心鉆孔向外環(huán)形擴(kuò)散布孔;若掘進(jìn)面為巖土復(fù)合斷面,則首先挖除土層作為脹裂臨空面,沿巖土分界線向巖層水平布孔。為對(duì)比兩種布孔方式的破巖效率,分別選取試驗(yàn)段管道進(jìn)行了施工試驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)全斷面采用環(huán)形布孔破巖時(shí),由里到外逐層破碎的層數(shù)較少,因此單循環(huán)用時(shí)少,效率高,破巖方量能達(dá)到41.7 m /d;當(dāng)復(fù)和斷面采用環(huán)形布孔時(shí),由于上部土層可直接破碎,對(duì)剩余巖體裝藥反而因鉆孔多而浪費(fèi)時(shí)間,破巖方量只能達(dá)到38.5 m /d(含土體),而采用平行布孔時(shí),破巖方量能夠達(dá)到42.4 m /d(含土體)。這說明,靜態(tài)破碎法破巖時(shí)全斷面采用環(huán)形布孔、復(fù)合斷面采用平行布孔能達(dá)到最大效率。

液壓劈裂棒運(yùn)用液壓機(jī)械方式對(duì)巖石進(jìn)行劈裂，是針對(duì)堅(jiān)硬巖石能高效破裂的創(chuàng)新設(shè)備，在礦山開采及建筑土石方工程中不能使用炸藥的情況下破碎巖石具有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，淘汰了膨脹破碎劑。山西愚公斧在國(guó)內(nèi)率先從事巖石劈裂棒的施工及技術(shù)推廣，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。愚公斧劈裂棒應(yīng)用于不能爆破作業(yè)并要求產(chǎn)量高、工期緊等技術(shù)難度大的土石方工程，山西愚公斧生產(chǎn)的愚公斧劈裂棒鉆孔直徑已達(dá)到24厘米以上，鉆孔間隔3到5米一排，挖機(jī)吊裝放入巖石孔中，兩分鐘左右可脹裂開石頭20-50立方左右，輕松破碎堅(jiān)石上千立方，比使用炮錘+切割機(jī)或膨脹破碎劑的方式快十倍以上，且成本低。比用切割機(jī)的優(yōu)勢(shì)是一臺(tái)能頂十臺(tái)的效率，降低水電費(fèi)，噪音和污染改善，工期提前成本降低；比起用膨脹破碎劑的優(yōu)勢(shì)是鉆孔直徑大、間隔大，裂縫更大、效果更好、更易于破碎解小，立即見效不用等待、不間斷重復(fù)作業(yè)，不受雨水和溫度影響，無噴漿和強(qiáng)堿性危害，無震動(dòng)安全環(huán)保。