針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下,頂管施工在遇到巖石、硬土等堅(jiān)固物塊時(shí)采用何種方式破巖掘進(jìn)這一問(wèn)題,為合理選擇破巖方式,根據(jù)滇池外海北部水體置換通道改造工程的實(shí)際施工情況,分析非爆破掘進(jìn)技術(shù)在小斷面水文與工程地質(zhì)特殊以及周邊環(huán)境復(fù)雜、施工減振(噪)要求高等條件下的適用性。經(jīng)過(guò)對(duì)比,最終確定了在無(wú)水施工段和有水工作段分別采用靜態(tài)破碎法、劈裂法作為頂管施工堅(jiān)硬巖層的非爆破破巖方法。無(wú)水段采用采用靜態(tài)破碎法破巖施工時(shí),根據(jù)斷面情況提出水平布孔和環(huán)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(shí),全斷面采用同靜態(tài)破碎法工藝相同的環(huán)形布孔方式,若斷面為復(fù)合斷面,則應(yīng)在斷面正底部150°范圍內(nèi)鉆孔取臨空面后,沿臨空面向上逐排布孔,孔徑100 mm。工程實(shí)踐表明:靜態(tài)破碎法在無(wú)水工作面巖石掘進(jìn)效果較好,掘進(jìn)速率為8.5 m/d;在有水工作面因破碎劑失效,應(yīng)采用劈裂法破巖,劈裂法破巖速率為10.5 m/d;靜態(tài)破碎法有利于掘進(jìn)斷面控制,而與靜態(tài)破碎法相比,劈裂法具有適應(yīng)性強(qiáng)、掘進(jìn)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

靜態(tài)破碎法在無(wú)水工作面破巖效果良好,但在進(jìn)入下一施工段的施工過(guò)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(kāi),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(kāi)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(kāi)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(jiàn)效不用等待、不間斷重復(fù)作業(yè)，不受雨水和溫度影響，無(wú)噴漿和強(qiáng)堿性危害，無(wú)震動(dòng)安全環(huán)保。