隨著城市地下工程建設(shè)的大量推廣,越來越多的城市地下管道工程需穿越堅硬地層,面臨小斷面堅硬巖層掘進(jìn)的問題。而城市地下管道工程往往位于人口、建構(gòu)筑物密集區(qū)域,采用常規(guī)爆破破巖掘進(jìn)時,爆炸產(chǎn)生的振動和噪聲會對周圍人居和建構(gòu)筑物造成較大影響,且由于城市地下管道工程小斷面面積較小,爆破破巖的方式不利于斷面控制,導(dǎo)致了爆破破巖在城市地下工程中受到較大限制 。因此,在上述特殊地質(zhì)和施工環(huán)境下,常采用非爆破破巖掘進(jìn)施工技術(shù)。非爆破掘進(jìn)技術(shù)是一種常見的針對特殊施工環(huán)境要求的破巖掘進(jìn)施工方法,具有施工震動小、無沖擊波、無飛石、不產(chǎn)生有害氣體、安全性高等優(yōu)點(diǎn),已廣泛用于市政工程、道路工程、高危礦采礦、開山采石以及復(fù)雜環(huán)境下破巖工程等 。國外,早在二十世紀(jì)七十年代就已經(jīng)對非爆破俱進(jìn)技術(shù)開展了相關(guān)基礎(chǔ)與技術(shù)的開發(fā)研究。國內(nèi)于上世紀(jì)八十年代開始該方面研究,已取得較豐富的研究與工程應(yīng)用成果 。目前,非爆破破巖方法主要分為人工機(jī)械、物化做功、電氣設(shè)備等三大類,其中以掘進(jìn)機(jī)(TBM)、靜態(tài)膨脹劑破碎、液壓劈裂機(jī)、液壓破碎硾破巖工法應(yīng)用較多 。

根據(jù)靜態(tài)破碎劑的破巖原理,在破碎方案設(shè)計之前,首先須了解斷面內(nèi)巖體情況,才能準(zhǔn)確的進(jìn)行掘進(jìn)深度的確定和布孔設(shè)計,掘進(jìn)深度及布孔設(shè)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(dá)到最大化,布孔前首先確定一個以上臨空面,若掘進(jìn)面為全斷面巖石,首先在掘進(jìn)面中心鉆孔作為臨空面,環(huán)繞中心鉆孔向外環(huán)形擴(kuò)散布孔;若掘進(jìn)面為巖土復(fù)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(yàn)段管道進(jìn)行了施工試驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)全斷面采用環(huán)形布孔破巖時,由里到外逐層破碎的層數(shù)較少,因此單循環(huán)用時少,效率高,破巖方量能達(dá)到41.7 m /d;當(dāng)復(fù)和斷面采用環(huán)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(fèi)時間,破巖方量只能達(dá)到38.5 m /d(含土體),而采用平行布孔時,破巖方量能夠達(dá)到42.4 m /d(含土體)。這說明,靜態(tài)破碎法破巖時全斷面采用環(huán)形布孔、復(fù)合斷面采用平行布孔能達(dá)到最大效率。

液壓劈裂棒運(yùn)用液壓機(jī)械方式對巖石進(jìn)行劈裂，是針對堅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，淘汰了膨脹破碎劑。山西愚公斧在國內(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)勢是一臺能頂十臺的效率，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，無震動安全環(huán)保。