地鐵隧道盾構區(qū)間含孤石的基巖凸起地層處理施工關鍵技術

張 曉

(中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西 太原030000）

在我國東南部地區(qū)，修建城市地鐵時花崗巖基巖突起地質和孤石較為常見。因基巖突起起伏較大，隧道段面內基巖的高度相差較多，刀具磨損和損壞嚴重，給盾構施工帶來的很大的難度。孤石是花崗巖風化過程中殘留的較難風化的微風化或中風化巖塊，通常分布在殘積土或砂層中，具有分布廣、直徑大、硬度高等特點。盾構推進遇到孤石時掘進參數(shù)變化較大，并伴隨有刀具撞擊石頭的聲音和明顯的震動，同時盾構推進姿態(tài)難以控制，會造成刀具磨損和損壞嚴重，甚至刀盤頻繁被卡，極大地增加施工成本和施工風險，延長施工工期。因此，需要在盾構推進前對地層中的孤石和部分基巖進行預處理。

1 工程概況

1.1 工程簡介

廈門市軌道交通1 號線2 標軟件園站～集美大道站區(qū)間起點里程為DK27+953.022，終點里程為DK28+897.069，全長944m，含一個聯(lián)絡通道，區(qū)間采用盾構法施工。區(qū)間平面線路出軟件園站后以R350m 小半徑折向東北，下穿部隊農場、魚塘、碧溪后以R800m 半徑進入集美大道站，區(qū)間縱斷面線路呈“V”字坡，最大坡度為26‰，最小坡度為2‰，隧頂埋深約4.4m～12m。本區(qū)間采用兩臺廈工中鐵土壓平衡盾構施工，隧道管片外徑6.2m，內徑5.5m，環(huán)寬1.2m。

1.2 工程水文地質

廈門地區(qū)為典型的花崗巖復合地層，軟件園站～集美大道站區(qū)間線路主要穿越的地層有<11-1-3>硬塑狀砂質粘性土、<4-4-3>砂礫、<4-4-2>粗砂、<17-1>全風化花崗巖、<3-1-2>可塑狀粉質粘性土及<11-1-2>可塑性砂質粘性土，局部地段有基巖突起和孤石。

區(qū)間隧道的地下水主要有圍巖孔隙水和裂隙水。孔隙水主要在沖洪積砂層中，地下水位埋深0.4m～10.0m；裂隙水主要賦存于基巖強、中等風化帶中，對盾構施工的影響不是很大。

2 半斷面基巖和孤石探測

廈門地區(qū)花崗巖復合地層基巖巖面起伏變化大，孤石在殘積土、全風化和強風化地層中埋藏的隨機性大，風化程度不一。

根據(jù)勘察單位提供的地質詳勘資料，進場后對區(qū)間的地質進行了補勘，每個隧道的補勘的探孔有兩排，在隧道中心線兩側均勻分布，距離隧道中心線1.8m，縱向鉆探孔的間距為5m，以梅花型布置。對孤石發(fā)育較多的地段進行加密探測，鉆探孔的間距縮小為1m。經(jīng)過初堪和補勘，區(qū)間線路含半斷面以下的基巖段有395m 長，直徑大于0.7m 的孤石21個。鉆孔布置圖如圖1 所示。

3 半斷面基巖及孤石處理

3.1 爆破要求

探明了區(qū)間半斷面基巖的位置和“孤石”的分布位置及尺寸后，開始進行爆破處理。本區(qū)間采用的是中鐵廈工產(chǎn)的土壓平衡盾構機，刀盤的開口率為35%，中心開口率為38%，螺旋輸送機通過的最大粒徑為340mm×560mm。為確保刀盤切削下來的渣土和石塊能夠順利的進入土倉，從螺旋輸送機排出，孤石爆破后的石塊粒徑必須小于30cm。

圖1 鉆孔布置示意圖

3.2 半斷面基巖和孤石處理方法選擇

基巖和孤石處理應要考慮場地條件及周邊環(huán)境，并綜合安全風險、工期和費用等方面進行方案比選，選擇合理的處理方法。常用的處理方法有地層注漿加固后盾構推進、鉆孔爆破、人工挖孔破碎及盾構直接推進共四種。本工程盾構區(qū)間為上軟下硬復合地層，存在孤石的距離較長，且埋深較深，采用地層注漿加固后推進或人工挖孔破碎的方法處理孤石，施工周期長，風險高，費用大；在上軟下硬的復合地層中盾構直接推進無法破碎孤石，只會造成刀具磨損、刀刃崩落、刀座變形及刀盤卡死等問題。綜合考慮決定國美倉庫下方盾構機直接通過，其余地段選擇采用鉆孔爆破的方法處理孤石。

3.3 鉆孔爆破施工

3.3.1 鉆孔

采用地質鉆機鉆孔，土層和巖層的鉆孔孔徑均為100mm，PVC 套管的直徑為90mm。

（1） 炮孔定位

由測量人員對鉆孔的位置進行放樣，確定孔位后標注，而后進行鉆孔施工，鉆孔時要確保地面的硬度和鉆桿的垂直度，確保鉆孔的精確度。

（2） 鉆孔施工

在進行鉆孔施工前要對現(xiàn)場進行技術交底，在鉆孔遇到孤石時，要詳細記錄孤石的標高并將炮孔編號。因圍巖的裂隙較發(fā)育，加上爆破的影響，在鉆孔過程中很可能遇到漏漿情況，必要時需要采用雙液漿進行裂隙封堵。

（3） 驗收

炮孔鉆到位后，由現(xiàn)場技術人員進行記錄和驗收，首先要確保鉆孔的垂直度，再檢查鉆孔內是否通暢，且能夠裝入套管及藥包筒，并做好護壁及成孔工作，驗收合格后方可裝藥施工。

3.3.2 爆破施工

孔內雷管選用毫秒導爆管雷管，起爆雷管選用導爆管，炸藥選用防水乳化炸藥，標準直徑為Φ60mm。 鉆機成孔后下放PVC 套管，套管底要安裝堵頭。孔位布置采用梅花形布置，孔位間距具體參數(shù)將前期試驗爆破效果和施工過程中的爆破效果進行調整，一般為0.5m～0.8m。孤石中間的孔為裝藥孔，孤石周邊布置空孔。

基巖和孤石在地下爆破時不會有飛石產(chǎn)生，只有炮孔內的泥漿會在高壓氣體的作用下壓出孔外，為了防止涌出的泥漿飛濺，需要采取防護，爆破地面防護如圖2 所示。如果本次爆區(qū)周圍已實施過爆破作業(yè)，則需對其周圍的爆破殘孔用土袋覆蓋，防止泥漿噴射。

圖2 爆破地面防護示意圖

3.3.3 爆破效果檢測

基巖和孤石處理后的效果通過地質鉆機鉆孔取芯進行驗證，以抽取出的完整巖芯單向長度≤30cm 為合格。隧道縱向每5m 抽檢一個孔，若抽檢區(qū)域不合格，則補孔進行二次爆破。孤石爆破后取芯巖樣如圖3 所示。

圖3 孤石爆破取芯巖樣圖

4 結語

廈門市軌道交通1 號線2 標軟件園站～集美大道站區(qū)間通過對孤石進行探測和爆破處理，取得了良好的效果，盾構機在爆破后的孤石群段與未含孤石段的掘進速度幾乎相當，達到了平均每天14m 的進度，且整個區(qū)間未進行刀具更換作業(yè)，有效的降低了施工風險，縮短了施工工期，提高了施工效率，為類似地質條件下盾構施工提供借鑒。