由于城市地下管道工程穿越的地層水文與工程地質(zhì)條件的不確定性以及各種破巖設(shè)備的自身特點(diǎn),現(xiàn)行的非爆破破巖方法均有各自的適應(yīng)性。以TBM為例,其安裝施工復(fù)雜,初期投入大,且受設(shè)備自身限制無法進(jìn)入小斷面施工現(xiàn)場(chǎng),較適用大型長(zhǎng)期隧道工程等;人工風(fēng)鎬破巖效率太低,不利于工程進(jìn)度;其他如電氣設(shè)備類破巖方式也存在經(jīng)濟(jì)性低、可代替性強(qiáng)等特點(diǎn)。基于上述因素,在實(shí)際頂管破巖掘進(jìn)施工中應(yīng)根據(jù)具體情況,選取適應(yīng)具體地質(zhì)條件的最佳破巖方式。靜態(tài)破碎法是一種利用其主要成分(氧化鈣)與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量熱量和較大膨脹壓力,該膨脹壓力作用在巖石上來實(shí)現(xiàn)破巖的破巖方法,與其他破巖方式相比,具有經(jīng)濟(jì)性較好、操作簡(jiǎn)單、危險(xiǎn)系數(shù)小、益于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。如學(xué)者桂良玉 通過工程實(shí)踐得出,靜態(tài)破碎技術(shù)具有施工中無震動(dòng)、無沖擊波、無粉塵和拋石、噪聲小污染小,有利于斷面控制等優(yōu)勢(shì),使其在某些特殊環(huán)境下發(fā)揮著不可替代的作用。馬志剛等 通過對(duì)靜態(tài)破碎劑膨脹機(jī)理的分析得出,靜態(tài)破碎劑產(chǎn)生的膨脹壓力通常能達(dá)到30 MPa,完全能夠達(dá)到一般硬巖破碎的需求。

靜態(tài)破碎法在無水工作面破巖效果良好,但在進(jìn)入下一施工段的施工過程中發(fā)現(xiàn),由于該施工段地下水豐富,掘進(jìn)斷面巖層浸水嚴(yán)重,破碎劑很難發(fā)揮膨脹分裂的效果甚至失效。破碎劑的膨脹力與水灰比有直接關(guān)系,水灰比越大時(shí),破碎劑的膨脹壓力呈現(xiàn)出先增大后迅速減小的趨勢(shì),水灰比達(dá)到30%時(shí)膨脹壓力達(dá)到最大,之后會(huì)迅速減小,直至失效。因此,在浸水嚴(yán)重的作業(yè)面上,由于巖層中的水分進(jìn)入鉆孔,使破碎劑的水灰比迅速增大,導(dǎo)致破碎劑失效。其次,膨脹壓力和溫度也有很大的關(guān)系,破碎劑的主要成分為氧化鈣,溫度越高與水的反應(yīng)程度越快,膨脹力也就越大,遇到浸水巖層時(shí),反應(yīng)環(huán)境溫度降低,產(chǎn)生的膨脹力也就越小。綜合上述原因,當(dāng)巖層浸水嚴(yán)重,表面呈現(xiàn)出大面積潮濕、滴水現(xiàn)象時(shí),靜態(tài)破碎劑會(huì)失去作用。圖7為該管道ZK7—ZK17施工段上的一個(gè)靜態(tài)破碎劑失效的作業(yè)面。取芯后,將液壓劈裂器槍頭放入指定鉆孔,液壓劈裂器由泵站和分裂器兩大部分組成,由泵站輸出的高壓油驅(qū)動(dòng)油缸,產(chǎn)生巨大推力,驅(qū)動(dòng)楔塊組成中的中間楔塊向前駛出,將反向楔塊向兩邊撐開,從而達(dá)到破碎巖石目的 。

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。