由于本工程管道掘進施工中,存在浸水嚴重的施工段,而常用靜態破碎劑具有遇水失效的特性,如應用于浸水嚴重的巖層,破碎劑很難發揮膨脹分裂效果甚至失效。針對這一問題,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驗證,時間長且價格貴 。因此,在分析非爆破掘進方法適應性的基礎上,結合本工程施工中三個有水施工段的施工需求,選擇以劈裂來代替靜態破碎法來進行破巖施工。破裂法與靜態破碎法相比,除具有無污染、無震動等優點外,還具有適應性廣、掘進速度快等優點。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硬巖層工程為背景,針對其水文與工程地質以及周邊環境復雜、施工減振(噪)要求高的特點,分析非爆破掘進技術在小斷面復雜施工環境下的適用性,選擇靜態破碎法、劈裂法作為頂管施工堅硬巖層非爆破破巖方法,提出相應的施工工藝與技術要點,并在工程中得到成功應用,為類似條件下小斷面頂管硬巖非爆破破巖掘進施工提供有益的借鑒。

根據靜態破碎劑的破巖原理,在破碎方案設計之前,首先須了解斷面內巖體情況,才能準確的進行掘進深度的確定和布孔設計,掘進深度及布孔設計一般取決于巖體的硬度等級、破碎情況、含水情況等斷面情況。為使破巖效果達到最大化,布孔前首先確定一個以上臨空面,若掘進面為全斷面巖石,首先在掘進面中心鉆孔作為臨空面,環繞中心鉆孔向外環形擴散布孔;若掘進面為巖土復合斷面,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。為對比兩種布孔方式的破巖效率,分別選取試驗段管道進行了施工試驗。試驗發現,當全斷面采用環形布孔破巖時,由里到外逐層破碎的層數較少,因此單循環用時少,效率高,破巖方量能達到41.7 m /d;當復和斷面采用環形布孔時,由于上部土層可直接破碎,對剩余巖體裝藥反而因鉆孔多而浪費時間,破巖方量只能達到38.5 m /d(含土體),而采用平行布孔時,破巖方量能夠達到42.4 m /d(含土體)。這說明,靜態破碎法破巖時全斷面采用環形布孔、復合斷面采用平行布孔能達到最大效率。

液壓劈裂棒運用液壓機械方式對巖石進行劈裂，是針對堅硬巖石能高效破裂的創新設備，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優勢，淘汰了膨脹破碎劑。山西愚公斧在國內率先從事巖石劈裂棒的施工及技術推廣，引領行業發展。愚公斧劈裂棒應用于不能爆破作業并要求產量高、工期緊等技術難度大的土石方工程，山西愚公斧生產的愚公斧劈裂棒鉆孔直徑已達到24厘米以上，鉆孔間隔3到5米一排，挖機吊裝放入巖石孔中，兩分鐘左右可脹裂開石頭20-50立方左右，輕松破碎堅石上千立方，比使用炮錘+切割機或膨脹破碎劑的方式快十倍以上，且成本低。比用切割機的優勢是一臺能頂十臺的效率，降低水電費，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勢是鉆孔直徑大、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、不間斷重復作業，不受雨水和溫度影響，無噴漿和強堿性危害，無震動安全環保。