深圳地鐵2號線盾構機通過孤石的處理技術

賀朝榮

（深圳市市政工程總公司，廣東深圳 518034）

0 前言

泥水盾構機在土層中掘進，能夠顯著體現這種技術的高效、安全等優勢。但是，在盾構機的掘進過程中，如果碰到堅硬的巖石或者其它障礙物，往往會成為比較棘手的問題。盾構穿越孤石地層是盾構隧道施工的重點和難點。盾構在該類地層中掘進，常發生盾構偏離軸線、噴涌、開挖面失穩、結泥餅、刀盤刀具嚴重磨損，甚至在巖層中發生因邊緣刀具磨損嚴重而使盾構機被圍巖卡住等風險事件。

深圳地鐵2號線東延線香蜜站 (原香蜜湖站)—香梅北站區間采用盾構掘進，在隧道線路中碰到一塊堅硬的孤立巖石。在盾構通過之前，預先采取處理措施，即采取地面人工挖孔、劈裂地下孤石等方法，使盾構順利通過了該地段，解決了盾構施工的技術難題，為類似工程提供了寶貴的經驗。

1 工程概述

深圳地鐵2號線東延線香蜜站 (原香蜜湖站)—香梅北站區間位于深圳市福田區，區間起迄里程為Y(Z)CK20+941.286～Y(Z)CK21+686.056。原始地貌為臺地及其間溝谷。區間范圍處于沖洪積平原區與臺地區交接地帶。

該區間自香梅北站始發，到香蜜站接收。根據Z3-2TXX-20勘探孔顯示，地層自上而下主要為：素填土、礫質粘土、全風化花崗巖、強風化花崗巖和微風化花崗巖。巖層裂隙水較發育，但廣泛分布在花崗巖的中～強風化帶、構造節理裂隙密集帶中。

據勘察報告顯示，在香蜜站(原香蜜湖站)—香梅北站區間右線Z3-2TXX-20空位處存在微風化花崗巖，埋深8.8～11.0 m，經補勘實驗發現該巖石的抗壓強度在160～190 MPa，且孤立存在。孤石位置縱剖面見圖1所示，平面位置見圖2所示。孤石與隧道的立面關系見圖3所示。

2 孤石處理方案

2.1 處理目的

盾構掘進過程中，上述孤石將對盾構刀盤刀具具有破壞性作用，使盾構機無法正常掘進。為避免這一施工風險，將在盾構到達之前，將該巖石進行處理，保障盾構的正常掘進。

2.2 處理方法

經過反復研究，決定采用下面的處理方案：測量定位后，采用人工挖孔將孤石上方土層挖開，找到孤石，然后采用劈石機將孤石劈開取出，最后采用M10砂漿或素混凝土回填孔位，回填至隧道上方3 m后采用原土回填。

2.3 孔位布置

經補勘顯示，孤石平面最大尺寸為3 m左右，為保證將隧道范圍的孤石全部取出，擬布設一個直徑3 m的孔。如果在施工過程中還發現另有孤石，再進行加孔開挖處理（見圖4）。

3 人工挖孔施工

3.1 挖孔施工工藝流程

人工挖孔施工的整個工藝流程如下：場地清理→放線、定孔位→做井圈（高于原地面30 cm）→挖第一節孔土方→綁扎護壁鋼筋、支模澆灌第一節護壁混凝土→在護壁上二次投測標高及孔位十字軸線→安裝、調試垂直運輸架、吊土桶、污水泵、鼓風機、照明設施等→第二節孔挖土→清理孔四壁、校核孔直徑→拆上節模板、支第二節模板、校對孔中垂直、澆筑第二節護壁混凝土→重復第二節挖土、支模、澆灌護壁混凝土工序，循環作業直至出現孤石(穿過隧道范圍)→清理巖渣、排除孔底積水。

3.2 挖孔作業

松散土層用人工鋤、鏟、鎬開挖，進入強風化層后用風鎬破碎掘進或采用爆破，挖孔時需每節校正孔中心及幾何尺寸偏差，經檢查合格后才能進行下一道工序。每個孔孔徑3.0 m，每節護壁的開挖深度為1.25 m，遇到砂層流砂時為0.5 m，并及時澆灌，盡量減少孔內涌砂?？组_挖超過5 m以后，孔內施工時要用鼓風機連續向孔內送風，風管口要求距離孔底2 m左右，孔內照明采用低壓防爆燈泡，燈泡位置離孔底2 m，不能直接放在井底。

為保證混凝土護壁的整體性，在淤泥和流砂層土質以上土層均按設計要求用Φ14鋼筋作拉結筋，以免護壁脫節下沉。

3.3 土方運輸

在孔口安裝支架及0.5 t慢速卷揚機。土用吊桶提升。

3.4 排水

開挖過程中，如有少量地下水要隨挖隨用吊桶將泥水一起吊出，如滲水量較大，則在孔底一側挖集水坑，用高揚程水泵排出。

3.5 護壁制作

設計孔徑3 m的，護壁厚度200 mm，縱向鋼筋Φ14@150，箍筋Φ8@150，外插筋用Φ14@250。自設計隧道頂1 m至隧道底1 m均采用同等大小的玻璃纖維筋。

孔成形模板采用鋼制，按比例分塊定型，普通型的鋼模高為1.0 m。拆上節、支下節，循環周轉使用，模板間用U形卡連接，上下各設一道型鋼圈頂緊，鋼圈由兩半圓組成，用螺拴連接，不另設支撐，以便澆筑混凝土和下一節挖土操作。為了滿足工期要求，每孔配制一套以上模板（見圖5）。

3.6 澆筑護壁混凝土

孔護壁混凝土由現場集中機械攪拌，通過料糟輸送至基坑底料斗蓄存，用手推車運至孔口，再用吊桶垂直運至孔內操作面，人工從護壁上口澆灌?；炷敛捎酶邩颂栐鐝娝?，1～3 cm碎石，坍落度控制在7～9 cm，強度等級為C25。在正常的情況下，每挖深一個節高，立即綁扎護壁鋼筋、支模后澆筑混凝土，混凝土應一次連續澆筑完成，不得在有積水淹入模板的情況下澆筑護壁混凝土。

澆灌護壁混凝土時，用敲擊模板及用鋼揪插實方法。發現護壁有蜂窩、漏水現象，及時加以堵塞，防止孔外水通過護壁流入孔內。應確保護壁混凝土厚度符合設計要求，以防塌孔。護壁混凝土內模的拆除，應在24 h后進行。

護壁混凝土施工中，每三節校核一次垂直度，護壁頂高出地面30 cm。

3.7 其他技術要求

（1）成孔施工過程中，護壁要正圓形，防止土層側壓力對護壁的破壞，必要時護壁混凝土采用早強混凝土。

（2）為防止不良土層的塌方造成井圈下陷，護壁內要加插Φ14@250的吊筋和Φ8@150箍筋，在隧道范圍內，采用同等大小的玻璃纖維筋。若地下水對施工有較大影響時，應在護壁接口處加插導流膠管，進行有組織排水，管根部留碎石濾水層。

4 劈石處理方案

采用風槍、液壓劈裂槍、風鎬劈裂孤石，再用吊桶將碎石吊出地面。過程如下：

（1）選擇具有凌空面的巖石或具有夾層的巖石部分優先拆除依次向巖層中心推進。

（2）打孔：首先在巖石上用風槍鉆孔，每間隔1 m垂直打孔，孔距40—60 cm、孔深55 cm以上時，孔徑采用42 cm的鉆頭。

（3）插入劈裂槍，將巖石分裂，破壞巖層結構。

（4）清渣：用吊桶將碎石吊出孔，在個別巖石經分裂機分裂后仍很緊，人工撬松，風鎬進行敲擊，可迅速破碎巖石；施工采用風槍打孔和一臺液壓劈裂槍配合進行，施工作業時，引孔后用液壓劈裂槍對巖石進行分裂。

5 孔位回填

待孤石清理完畢后，及時將孔位回填。先采用M10砂漿或素混凝土回填至隧道上方3 m后，換用原土回填。原土回填后要求壓實，壓實度達到90%以上。

6 結語

該工程自2009年8月1日開始至2009年8月15日結束，整個孤石處理順利完工。

盾構穿越孤石地層是盾構隧道施工的重點和難點。通過這次成功的實踐，可以得出以下結論：

（1）在泥水盾構碰到的情況下，采取地面人工挖孔、劈裂地下孤石等措施，可以成功地通過堅硬巖石地段。

（2）這項技術是盾構隧道成功過孤石的有效技術。本文敘述的工程案例可為類似工程提供寶貴的經驗。

[1]GB50446-2008，盾構法隧道施工與驗收規范[S].

[2]齊震明，唐檢軍.深圳地質條件下盾構法隧道施工技術[J].西部探礦工程,2005,（8）．