針對復雜地質條件下,頂管施工在遇到巖石、硬土等堅固物塊時采用何種方式破巖掘進這一問題,為合理選擇破巖方式,根據滇池外海北部水體置換通道改造工程的實際施工情況,分析非爆破掘進技術在小斷面水文與工程地質特殊以及周邊環境復雜、施工減振(噪)要求高等條件下的適用性。經過對比,最終確定了在無水施工段和有水工作段分別采用靜態破碎法、劈裂法作為頂管施工堅硬巖層的非爆破破巖方法。無水段采用采用靜態破碎法破巖施工時,根據斷面情況提出水平布孔和環形布孔兩種方式,相鄰孔距為40 cm,排距為50 cm,孔徑42 mm;含水段采用劈裂法施工時,全斷面采用同靜態破碎法工藝相同的環形布孔方式,若斷面為復合斷面,則應在斷面正底部150°范圍內鉆孔取臨空面后,沿臨空面向上逐排布孔,孔徑100 mm。工程實踐表明:靜態破碎法在無水工作面巖石掘進效果較好,掘進速率為8.5 m/d;在有水工作面因破碎劑失效,應采用劈裂法破巖,劈裂法破巖速率為10.5 m/d;靜態破碎法有利于掘進斷面控制,而與靜態破碎法相比,劈裂法具有適應性強、掘進速度快等優點。

由于城市地下管道工程穿越的地層水文與工程地質條件的不確定性以及各種破巖設備的自身特點,現行的非爆破破巖方法均有各自的適應性。以TBM為例,其安裝施工復雜,初期投入大,且受設備自身限制無法進入小斷面施工現場,較適用大型長期隧道工程等;人工風鎬破巖效率太低,不利于工程進度;其他如電氣設備類破巖方式也存在經濟性低、可代替性強等特點。基于上述因素,在實際頂管破巖掘進施工中應根據具體情況,選取適應具體地質條件的最佳破巖方式。靜態破碎法是一種利用其主要成分(氧化鈣)與水發生化學反應產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現破巖的破巖方法,與其他破巖方式相比,具有經濟性較好、操作簡單、危險系數小、益于攜帶等優點。如學者桂良玉 通過工程實踐得出,靜態破碎技術具有施工中無震動、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勢,使其在某些特殊環境下發揮著不可替代的作用。馬志剛等 通過對靜態破碎劑膨脹機理的分析得出,靜態破碎劑產生的膨脹壓力通常能達到30 MPa,完全能夠達到一般硬巖破碎的需求。

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。