地鐵施工中盾構區間孤石的開挖處理

何沖沖

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 430000）

地鐵施工中盾構區間孤石的開挖處理

何沖沖

（中鐵十一局集團城市軌道工程有限公司 430000）

在地鐵施工中，孤石空間分布的隨機性非常大，目前地質勘探技術一般難以探測清楚孤石的位置，而孤石與其周邊地層的強度又有很大差異，造成盾構在掘進時，經常出現地面沉降異常、刀盤受損等風險。因此在地下工程盾構施工中，孤石具有很大危害。文章對地鐵施工中盾構區間孤石的開挖處理措施進行討論。

地鐵施工；盾構區間；孤石處理

孤石是指花崗巖風化土中存在的球狀風化核。在地鐵施工中，多數會遇到盾構穿越孤石地層等復雜地質的情況，盾構區間孤石的開挖處理是最常見的問題，因此必須找到孤石處理方法，研究該施工難點與相關的施工技術，才能保證施工進行順利。

一、孤石的危害

1.工期

基巖突起、孤石、孤石群是實際施工中經常出現的問題，這不僅提高了挖掘難度，致使勞動率下降，工期受到影響，也增大了安全管理難度。

2.效益

在地下工程盾構施工中，孤石等問題除了會降低開挖速度外，還會大幅提高施工中所需的人力、材料、機器等費用。除此之外，出現孤石后，很容易造成刀盤受力不均、刀座變形、刀盤變形等問題，致使主軸承密封被破壞、磨損刀具、損害主軸承等，刀盤磨耗不僅會降低刀盤強度，也會降低其剛度，嚴重的甚至還會換新的刀具刀盤，這樣無疑是提高了成本，許多項目也因此而出現虧損現象。

3.盾構掘進中孤石的處理措施

在制定孤石處理措施時，需綜合考慮周邊環境、孤石的形狀、大小、位置等因素。例如：地面不適合沖孔、挖孔，可以選擇洞內處理方法；隧道上方地面具備沖孔、挖孔條件，可以選擇地面處理方法。

二、工程案例

某地鐵1號線，工程地質情況自上而下的情況是：粉質黏土、粗砂、全風化花崗巖。水文地質情況是：砂土富水性好，為強透水層，含水量較大。

1、盾構掘進中遇孤石的風險

1.1 孤石體積較小時，容易導致刀盤受力不均，以致主軸承密封圈和主軸承被損壞。

1.2 在實際施工中，遇見孤石會瞬間增大刀盤前端的壓力，致使刀盤被卡死，從而導致刀座變形、刀盤變形、刀具嚴重磨損等問題，同時也增加了更換新刀具刀盤的難度。

1.3 由于孤石同周邊地層的強度存在很大的差異，導致切削時無法固定盾構主軸，這樣很難控制盾構姿態，因此，設計的路線很容易出現偏差。

1.4 切削下來的巖石泥塊很容易會卡死螺旋輸送機，從而造成無法出土或出土困難。

1.5 由于遇見孤石，其施工過程中會對地層造成較大的干擾，從而導致地表發生不同程度的沉降，嚴重影響了地面建筑物的安全性。

2、孤石處理方法的分析

2.1 孤石探測方法

目前，我們通常采用鉆探來探測孤石的分布情況。孤石出現可能性區域被分為四個等級，即一般、較大、很大、最大。其主要的劃分方法是根據物探方法、地質分析法以及工程調查法，再結合鉆孔進行驗證的綜合探測方案。

2.2 孤石爆破試驗

通過實際的地質勘查結果得出：在爆破孤石或孤石群時，必須在對孤石大小、分布情況進行勘察后，才能確定炮眼大小以及炸藥的數量、分布等。孤石爆破的技術參數需通過試驗來確定，首先布置爆破炮眼，并確定炮眼深度，其裝藥量在分析地勘報告后確定。

3、孤石處理方法

3.1 爆破處理

在勘察地勘后，如該地區孤石面積較大，則使用靜態爆破方法，其爆破形式、炮眼間距、裝藥數量、炮眼位置等應根據地勘報告的孤石面積來確定，基于盾構機實際出土能力的考慮，應使孤石爆破的粒徑越小越好；因此，在實際的爆破過程中，我們要對裝藥量、炮眼位置、炮眼深度進行精準地計算，以達到這一效果，可以使盾構機順利開挖與出土。

1）孤石爆破參數。針對探測到的孤石，如果具備地面處理條件的，爆破法處理是優先選擇，且利用原探測孔。

R≤1.0米，設爆破孔1個，炸藥單耗：5kg/m3;

1.0 ＜R≤2.0米，設爆破孔3—5個，裝藥量按4.8kg/m3;

2.0 ＜R≤3.0米，設爆破孔5—6個，裝藥量按4.6kg/m3;

3.0 ＜R≤5.0米，設爆破孔6—8個，裝藥量按4.4kg/m3;

R＞5.0米，設爆破孔8個以上，裝藥量按4.2kg/m3。

2）基巖突起處理。針對探測到的基巖突起，采用爆破法處理，且利用原探測孔。然后布置好爆破孔，炸藥單耗按5kg/m3。

3.2 全回旋鉆機清除孤石

采用全回旋套管鉆機清除孤石主要工藝為：地質鉆探明孤石→全回旋套管鉆機定位→同步進行全套管設備場地布置與機械、電力系統、后臺作業指揮系統定位→作業平臺就位→吊裝設備就位→套管回旋壓入→回旋偏心切削→全斷面回旋切斷→清除障礙物→障礙物裝卸處理→分段清除至作業深度→起拔套管→同步回填砼作業→主機臺定位銷撤除→轉場施工重復上述步驟循環至全部施工完畢→端頭加固→盾構機推進。

1）鉆機定位。在開鉆之前，將鉆機固定在準確位置上，并把其依次安裝在樁芯位置。安裝和檢查完鉆機設備后，使其進入工作狀態，然后定位鉆機。全回旋鉆機的質量直接取決于鉆機定位的準確度。

2）清理上層土體。開鉆之前，采用反復旋轉套管清理干凈上層土體，在挖掘套管內時，可使用沖抓斗，從而將上層土體完全清除干凈，促進鉆進工作順利進行。

3）孤石砸碎及清理。在實際施工過程中，當出現孤石時，將最堅硬的鉆頭安裝在前端的鉆頭上，并在回旋切削的同時用落錘將切削下來的巖石泥塊砸碎，最后清理碎石，其方法可使用機械開挖的方式。

4）回填C15砼。將C15砼灌滿鉆進的孔道內，以確保輕度。為保證施工質量，必須保證灌注的飽滿度。

3.3 沖孔樁破碎法

在破碎孤石方法中，經常使用沖孔樁破碎法，在實施該方法之前，必須對孤石的形狀、位置、大小進行確定，然后在地表采用十字沖擊錘沖擊，從而將孤石擊碎。為了準確地設置鉆孔數量及間距，安裝合適的鉆頭，我們必須對孤石的大小和面積進行準確地判斷，因為這些數據直接影響著施工的效果。在進行施工前，必須對圖紙進行詳細的了解和分析，確保鉆進施工不受地下管道的影響，如有市政管道，應及時調整鉆進的位置，以保證鉆進施工順利進行。在結束鉆進施工后， 應該及時地回填并且夯實，在完成回填夯實后，進行注漿密實，直到整個孤石區域施工結束后。

3.4 盾構機直接掘進

通過地勘報告得出，如果是強風化花崗巖、或是地質條件較好的、或是硬度不高的全風化花崗巖，在掘進出現這類孤石的時，可選擇盾構機掘進的方式進行處理。

4、注意事項

4.1 孤石段掘進與正常掘進不同，盾構施工的難度非常大，而且在該施工過程中，要求盾構司機密切關注參數的變化，一旦出現不正?，F象，馬上停止機器，并匯報；直到找出問題發生的原因后，才能繼續推進，這樣才能保證施工安全。

4.2 所有環節的掘進參數變化，盾構司機都必須準確地記錄好，工程技術人員要分析所有班的掘進參數，如果參數向好，整個孤石層的挖掘可按此參數進行，如果參數趨勢不斷地變差，則需馬上停機，并對刀具進行檢查，查看刀盤是否磨損、刀箱是否變形，從而保證施工安全和施工質量。

4.3 在施工過程中，對于刀具要勤檢查，以便及時更換，如果施工地段具備常壓開倉條件，可多開倉檢查幾次，如果施工地段不具備該條件，需有計劃地對刀具進行帶壓開倉檢查和更換。

4.4 對于孤石強度不超過60MPa，且直徑較小的，以及孤石體積較大，且與刀盤的接觸面較大的，都可使用該辦法。但在施工過程中，必須對參數變化進行密切關注，并認真記錄，以便于對刀具進行檢查。

三、結語

在我國城市軌道工程建設過程中，探明孤石的地層較多，處理的方法眾說紛紜，但總體效果仍不理想，處于摸索階段，并且尚未找到一種切實有效的處理方法。因此，我們在預知有孤石的情況后，要利用各種技術手段對其情況了解清楚，根據孤石的位置、大小與形狀、周邊環境以及施工的難度、工期、經濟性方面等因素，綜合來確定處理措施。

[1]張恒，陳壽根，譚信榮，趙玉報.盾構掘進孤石處理技術研究[J].施工技術，2011（10）.

[2]張芹見.盾構掘進通過花崗巖球狀風化體施工技術[J].建筑機械化，2012（8）.

TU75

B

1007-6344（2016）03-0198-01

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