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)。

無(wú)聲破碎巖石膨脹劑是指一種以氧化鈣為基本成分，反應(yīng)時(shí)體積膨脹，使巖石漲裂的技術(shù)。它是20紀(jì)80年代初研究成功的非爆炸型、無(wú)公害的破碎巖石技術(shù)。可用于不允許有震動(dòng)和飛石的場(chǎng)所，和用來(lái)開(kāi)采整體石料。靜態(tài)膨脹劑的原理是以氧化鈣為主要膨脹源，其含量約占81%。此外，還含有硅、鋁、鐵、鎂的氧化物，并配以少量添加劑。在與適量水摻合后，發(fā)生水化反應(yīng)。立方晶系的CaO轉(zhuǎn)變成六方晶系的Ca(OH)2，體積增大50.2%，同時(shí)釋放出,66.6kJ/mol的熱量，從而具有膨脹作功的能力。有機(jī)添加劑用來(lái)延緩水化反應(yīng)的速度，無(wú)機(jī)添加劑則用來(lái)控制硬結(jié)時(shí)間，并達(dá)到一定的強(qiáng)度。無(wú)聲巖石膨脹劑裝入炮孔中的靜態(tài)膨脹劑，由于自身的膨脹作用，在孔壁的約束下，沿徑向方向?qū)ε诳妆诋a(chǎn)生較大的膨脹壓力(30-50MPa)。孔壁徑向受壓，切向受拉，當(dāng)孔徑為4cm，孔距為40-60crn時(shí)，軟巖或混凝土產(chǎn)生徑向破裂所需的膨脹壓力為10-20MPa，中硬巖或硬巖為15-30MPa。當(dāng)炮孔內(nèi)的膨脹壓力增加到一定值后，介質(zhì)就會(huì)產(chǎn)生徑向裂縫而破裂 。

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。