花崗巖孤石專項勘察及處理

鄭熙凌

摘要：本文介紹了花崗巖孤石的形成機理及特性、工程地質風險，以廣州市城市軌道交通十四號線工程馬頭莊站至楓下站區間巖土工程勘察為實例，對花崗巖孤石的專項勘察及處理進行論述，其經驗可供類似工程借鑒。

關鍵詞：孤石成因;地質風險;專項勘察;孤石處理

1.引言

在花崗巖地區，施工過程中常常發現埋藏于巖土層中的孤石，由于孤石離散性大、空間特性不規律、埋藏深度不確定的特點，給工程勘察、設計、施工帶來很大的困難，也帶來許多嚴重的工程隱患和危害，是一種比較突出的不良工程地質現象。因此，必須在勘察階段了解清楚孤石的總體分布、走向規律、工程特性及物理力學指標，為下一步工程設計、施工提供可靠的依據。本文以廣州市城市軌道交通十四號線工程馬頭莊站至楓下站區間巖土工程孤石專項勘察為例，從前期工程地質調繪及詳勘工作、花崗巖孤石的專項勘察方案、現場判別、工程施工及處理措施等方面，介紹了花崗巖地區應對孤石的勘察方法和工程施工處理辦法。

2.孤石的成因及分布規律

2.1形成原因

花崗巖孤石的形成主要有3方面原因：（1）人工回填造成。（2）洪積土層中因山洪搬運而來的孤石。（3）巖石在化學風化和物理風化的作用下，經完全風化成土而未經搬運的為殘積土，巖石中除石英等耐蝕礦物外均風化成次生礦物，原巖結構形態均保存，原礦物位置排列不變，并具有微弱的黏結力，塊體可用手捏碎，巖體一般風化較均一，為全強風化巖，而夾雜在殘積土和全強風化巖里面的中風化巖和微風化巖則稱為孤石。

2.2分布規律

花崗巖地區地下“孤石”的分布具有離散性大、空間特性不規律、埋藏深度不確定等特征，但也存在著一定的分布規律，其在垂直風化剖面上有如下一些分布規律：（1）因殘積土層一般均較薄，殘積土中分布的“孤石”較少，主要分布于全風化帶和強風化帶中;（2）在垂直剖面上隨著深度的增加，孤石的密度會減小，但體積會增大，即“上多下少，上小下大”的總體規律特性;（3）孤石的大小隨著風化程度增強而減小，而數量卻隨著風化程度的增強而增加。

3.工程地質風險

（1）對于盾構隧道工程，盾構掘進時若遇到未知的孤石，掘進十分困難并容易卡刀盤，盾構軸線難以控制，刀具磨損非常嚴重，刀座和刀盤易變形;位于不良地層時，特別是在隧道地質條件較差或孤石上方存在建筑物、道路及密集管線時，進倉換刀困難;盾構在孤石地層中掘進時震動很大，刀盤壓力較難控制，對保護地面環境極為不利。（2）對于明挖工程，采用淺基礎時，易產生基礎不均勻沉降，使建筑物產生裂縫等;采用樁基礎時，有可能將孤石誤判為穩定的樁端持力層，造成斷樁或樁身破壞，嚴重影響樁基質量。

4.專項勘察方案

4.1鉆孔布置原則

廣州市城市軌道交通十四號線工程馬頭莊站至楓下站區段位于白堊紀花崗巖地區，根據前期詳勘資料，隧道大部分位于花崗巖殘積土、全強風化巖層，后期根據設計需求進行了孤石專項勘察工作，共布置88孔，布孔原則如下：（1）布孔間距為lOm～20m。（2）原詳勘鉆孔間距大于30m小于40m的中間布置一個孔;原詳勘鉆孔間距大于40m的中間布置兩個孔。（3）對詳勘剖面隧道位于殘積土、全強風化巖層的地段進行鉆探;隧道位于第四系土層的地段不必鉆探。（4）鉆孔平面位置在隧道范圍內。

4.2技術要求

（1）鉆孔深度進入隧道結構底板Im。（2）當有鉆孔揭露孤石時，以該孔為中心往小里程方向和大里程反向沿隧道中心各5m處布置一個加密孔，加密孔編號以該孔編號為主號（以料一l和料一2形式進行編號）。孤石邊界探測以揭露孤石的鉆孔為中心在隧道中心線和垂直隧道中心線上2m處各布置鉆孔2個，當揭露孤石時外擴2m繼續加密探邊，未揭露孤石時內縮Im探邊為止，詳見圖1。

4.3專項勘察成果

根據本次勘察揭露情況，區間右線隧道內揭露孤石4段，為MZS23-MF-G61孔附近，共16個鉆孔有揭露，揭露層厚0.30m～4.lOm，平均厚度1.79m，層頂埋深14.70m—25.40m（高程9.20～19.90m），層底埋深15.60m～27.60m（高程6.30m～19.OOm）。其中有13個孔揭露的孤石位于隧道結構內，平面上鉆孔揭露孤石位置情況見圖2。本次勘察揭露孤石主要為微風化花崗巖，飽和狀態巖石抗壓強度fr為52.7MPa～114.7MPa，標準值為67.2MPa，巖質堅硬，巖體基本質量等級為Ⅱ類。

隧道縱斷面及橫斷面揭露孤石情況見圖3及圖4。

4.4孤石處理

如圖3，區間右線隧道主要揭露孤石4段，孤石I大小約3.3m×6.Om×3.lm，孤石Ⅱ大小約0.5m×0.5m×0.5m，孤石Ⅲ大小約3.6m×5.Om×2.2m，孤石Ⅳ大小約1.9m×1.9m×1.5m;孤石體積約O.lm3～61.4m3，埋深約22m～27m。孤石Ⅱ體積較小，可不做處理;孤石I和Ⅳ位于隧道內，體積較大，需作地面處理;孤石Ⅲ主要位于隧道上方，風險較大，需作地面處理。

采用地面處理的方式主要分為2種：

（1）將隧道內及隧道上方的孤石全部取出，為盾構推進清除障礙物，采用的清障設備有全回轉鉆機、旋挖鉆機等。

（2）將孤石破碎，盾構掘進時碎石可從刀盤開口處進入土艙內經螺旋輸送機處排出，破碎孤石的方法主要有地質鉆機成孔、埋置炸藥、控制爆破等。采用該方法處理孤石時，需注意將孤石的大小粒徑進行控制，以便于螺旋機能順利排出碎石。

5.結語

鑒于孤石對盾構施工的影響，花崗巖地區最好做相應的孤石專項勘察及處理，探明孤石的位置，提前處理，以避免盾構施工期間突發性遭遇孤石，從而造成設備損壞、人員傷亡、工期延長、經濟損失等負面影響。

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