淺談盾構(gòu)區(qū)間孤石的探測(cè)及處理技術(shù)

吳偉星

（中交隧道工程局有限公司，北京 100102）

引言

球狀風(fēng)化體會(huì)廣泛的出現(xiàn)在盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)，球狀風(fēng)化體簡(jiǎn)稱為孤石，作為一種常見的地質(zhì)現(xiàn)象，需要施工企業(yè)進(jìn)行深入的探測(cè)，在探測(cè)中獲取孤石的位置、強(qiáng)度以及形狀等參數(shù)，結(jié)合上述參數(shù)應(yīng)用正確的技術(shù)進(jìn)行處理。與原有的處理方式相比，新型處理技術(shù)會(huì)減少對(duì)盾構(gòu)設(shè)備的磨損，并且施工進(jìn)度和安全性會(huì)獲得有效的保護(hù)。

一、盾構(gòu)施工中孤石產(chǎn)生的影響

孤石對(duì)盾構(gòu)施工產(chǎn)生的影響體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，在盾構(gòu)區(qū)域內(nèi)的土層中，孤石會(huì)大量堆積在殘積土內(nèi)，殘積土的穩(wěn)定性較差，會(huì)使孤石的位置發(fā)生變化，不利于對(duì)孤石進(jìn)行破碎處理；第二，盾構(gòu)區(qū)域掘進(jìn)期間，土體在變化中會(huì)使刀具無(wú)法在預(yù)設(shè)的軌道上運(yùn)行，并且受到土體的影響，會(huì)使刀具出現(xiàn)彈開的情況，導(dǎo)致孤石的破碎過程無(wú)法正常進(jìn)行；第三，在孤石破碎期間，盾構(gòu)設(shè)備在孤石和軟弱土層的中間位置，受到兩邊不均勻應(yīng)力的作用，使盾構(gòu)方向發(fā)生偏離的情況。

二、盾構(gòu)施工中孤石處理原則

在處理盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的孤石過程中，應(yīng)對(duì)孤石進(jìn)行探測(cè)，在探測(cè)中掌握孤石的位置、強(qiáng)度以及形狀，然后確定合適的處理技術(shù)。在進(jìn)入到洞內(nèi)進(jìn)行處理期間，應(yīng)根據(jù)洞內(nèi)的實(shí)際情況，尤其是了解基巖位置是否存在突出的孤石，在處理中重點(diǎn)處理突出位置的孤石。在確定處理方法后，制定處理方案，在方案中詳細(xì)標(biāo)注使用的設(shè)備以及技術(shù)，現(xiàn)階段廣泛使用管鉆機(jī)設(shè)備，采用垂直打孔方法，向需要處理的位置放入炸藥，用于處理盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)的孤石。處理后的孤石，要求破碎后孤石顆粒的直徑，最大不應(yīng)超過30 公分。

三、孤石探測(cè)

孤石的探測(cè)是處理工作的重點(diǎn)，施工企業(yè)應(yīng)了解盾構(gòu)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，根據(jù)變化了解孤石的發(fā)育情況。在了解孤石的發(fā)育情況時(shí)，可以考慮兩種探測(cè)方法，一是根據(jù)勘測(cè)資料，對(duì)盾構(gòu)區(qū)域內(nèi)的孤石進(jìn)行重新探測(cè)，在重新探測(cè)中，重點(diǎn)對(duì)盾構(gòu)區(qū)域的沿線位置，與盾構(gòu)區(qū)域沿線的10 米區(qū)域內(nèi)，使用鉆孔補(bǔ)勘的方法，可以進(jìn)一步了解盾構(gòu)區(qū)域內(nèi)的孤石情況，如果必要配合使用加密鉆孔的方法，加密鉆孔的間距設(shè)定在3 米左右，并且在隧道的斷面內(nèi)，增加2 個(gè)鉆空進(jìn)行同步勘察。二是受到外部條件的影響，如施工區(qū)域周圍，存在較多的既有建筑，無(wú)法使用加密鉆孔方法，可以采用高跨孔CT 方法，該方法的勘察間距設(shè)定在10-20 米范圍內(nèi)。施工企業(yè)在勘察孤石的具體位置時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況，上述兩種方法配合使用，精準(zhǔn)確定孤石的位置，才能為后續(xù)的孤石處理工作提供便利的條件。

四、孤石處理技術(shù)的應(yīng)用

（一）爆破施工技術(shù)

使用爆破施工技術(shù)，需要施工企業(yè)在準(zhǔn)備階段，應(yīng)確定爆破參數(shù)，然后確定布孔形式。在確定爆破參數(shù)過程中，確定的參數(shù)分為三項(xiàng)，一是炸藥單耗、二是孔網(wǎng)參數(shù)、三是孔網(wǎng)結(jié)構(gòu)。在確定炸藥單耗過程中，施工企業(yè)應(yīng)根據(jù)公式確定參數(shù)，該公式為 q=k×q0 和 q0=0.45+（0.05～0.15）H，在公式中q0 代表水下鉆孔爆破單耗，H 代表水深距離，K 代表巖體校正系數(shù)，校正系數(shù)的取值范圍在1-2 之間。在確定裝藥結(jié)構(gòu)過程中，施工企業(yè)應(yīng)圍繞巖體的厚度、地面建筑的位置以及管線保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)等，可以采用兩種裝藥方法，分別為連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，以及分段間隔裝藥結(jié)構(gòu)，上述結(jié)構(gòu)可以混合使用過，以便獲得良好的爆破效果。在確定爆破方案后，對(duì)方案進(jìn)行試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中掌握爆破中產(chǎn)生的振動(dòng)和效果，根據(jù)振動(dòng)和效果調(diào)整設(shè)定的參數(shù)，以便提升爆破質(zhì)量。

在確定布孔形式過程中，應(yīng)同步確定起爆順序，根據(jù)順序調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)。孤石在盾構(gòu)區(qū)域內(nèi)埋藏的位置較深，在較深的盾構(gòu)區(qū)域內(nèi)，孤石的強(qiáng)度和形狀，需要使用適合的形式，才能使孤石有效的破碎。在進(jìn)行爆破孔設(shè)定時(shí)，為獲得良好的效果，需要將炮孔的間距設(shè)定在0.5 米范圍內(nèi)，在確定爆破順序時(shí)，應(yīng)使邊緣的位置先起爆，在邊緣起爆后會(huì)使巖體呈現(xiàn)出自由狀態(tài)，然后中間孔的炸藥進(jìn)行起爆。施工企業(yè)應(yīng)根據(jù)孤石的強(qiáng)度，確定合適的裝藥結(jié)構(gòu)，才能提升爆破質(zhì)量。

（二）鉆孔施工技術(shù)

在鉆孔施工中，地表以下的盾構(gòu)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行鉆孔，施工企業(yè)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況，選用合適的機(jī)械設(shè)備和技術(shù)。在盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)處理孤石時(shí)，會(huì)廣泛使用管鉆機(jī)設(shè)備、地質(zhì)鉆機(jī)設(shè)備，用于在區(qū)間內(nèi)進(jìn)行鉆孔，或者使用管鉆機(jī)設(shè)備進(jìn)行鉆孔施工。使用上述設(shè)備時(shí)，應(yīng)確定鉆孔的直徑，如果在碎石或者土層中進(jìn)行鉆孔，應(yīng)將孔直徑設(shè)定在110 毫米。如果在填石層內(nèi)鉆孔，應(yīng)將鉆孔直徑超過110 毫米。使鉆孔施工持續(xù)的進(jìn)行，應(yīng)在鉆孔的同時(shí)使用PVC 管，PVC 管的直徑應(yīng)為90 毫米，形成直鉆孔形式，一方面會(huì)使鉆孔接近孤石，另一方面會(huì)有利于調(diào)整鉆孔角度。

（三）孤石爆破作業(yè)

孤石爆破作業(yè)分為五個(gè)步驟，一是選擇火工器材，二是設(shè)計(jì)你起爆網(wǎng)路，三是計(jì)算爆破安全距離，四是實(shí)施安全防護(hù)措施，五是檢查爆破質(zhì)量。

在選擇火工器材時(shí)，一般選擇具備瞬發(fā)點(diǎn)功能的雷管，配合使用導(dǎo)爆雷管，使用防水乳化功能的炸藥，炸藥標(biāo)準(zhǔn)直徑為60 毫米，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行炸藥的制作。在設(shè)計(jì)起爆網(wǎng)路時(shí)，將炸藥放置在PVC 管中，由于整個(gè)起爆過程不能進(jìn)水，使用的防水性能的炸藥和PVC 管，可以使起爆過程不受影響。采用正向裝藥的方式，該方式會(huì)設(shè)有兩個(gè)雷管，用于控制整個(gè)起爆網(wǎng)路，控制時(shí)采用并聯(lián)起爆方法。在計(jì)算爆破安全距離過程中，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》，將爆破區(qū)域內(nèi)的既有建筑以及對(duì)土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響進(jìn)行充分的考慮，要求起爆后產(chǎn)生的震動(dòng)速度，必須小于每秒3米，為獲得良好的起爆效果，最小起爆速度為每秒5 公分。一般情況下，在既有建筑區(qū)域內(nèi)進(jìn)行爆破施工，起爆后的產(chǎn)生震動(dòng)的速度應(yīng)控制在每秒2 公分。在實(shí)施安全措施過程中，由于盾構(gòu)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行爆破施工，會(huì)產(chǎn)生較多的高壓氣體以及泥漿，施工企業(yè)使用沙包，配合鐵板建立防護(hù)體系，才能獲得良好的防護(hù)效果。完成爆破后，對(duì)爆破質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)中使用地質(zhì)鉆探機(jī)，將爆破區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過設(shè)備挖掘出來(lái)，然后對(duì)挖掘的巖芯進(jìn)行檢測(cè)，要求巖芯的長(zhǎng)度小于30 公分，即可認(rèn)定整個(gè)爆破過程質(zhì)量符合要求。在選擇巖芯時(shí)，應(yīng)設(shè)定選擇間距為5 米，在每5 米位置選擇巖芯，采用抽樣檢測(cè)法，如果未能通過檢測(cè)率，應(yīng)對(duì)現(xiàn)有的區(qū)域進(jìn)行二次爆破。

（四）地層加固注漿施工

完成爆破施工中，應(yīng)對(duì)周圍的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行勘測(cè)，勘測(cè)的目的是了解周圍地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，如果周圍的地質(zhì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，采用注漿充填方法進(jìn)行加固處理，在處理中會(huì)提升盾構(gòu)區(qū)間圍巖的強(qiáng)度，增強(qiáng)穩(wěn)定性。在圍巖加固中，采用袖閥管注漿方法，并配合使用水泥和水玻璃方法，用于加固地面。

五、工程案例

以某隧道快線施工為例，該工程進(jìn)行盾構(gòu)區(qū)域施工中，由于盾構(gòu)區(qū)域經(jīng)過許多交通以及既有建筑，整個(gè)盾構(gòu)區(qū)域的施工長(zhǎng)度為1739 米，其中明挖段為561 米，其余的區(qū)域?yàn)槎軜?gòu)區(qū)域。施工企業(yè)在進(jìn)行盾構(gòu)區(qū)域施工中，根據(jù)國(guó)家建設(shè)工程相關(guān)法律、法規(guī)和規(guī)范性文件，包括《中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)條例》《建設(shè)工程質(zhì)量管理?xiàng)l例》《建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理?xiàng)l例》，以及國(guó)家、建設(shè)部等施工規(guī)范和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，包括《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》《施工企業(yè)安全生產(chǎn)管理規(guī)范》《爆破安全規(guī)程》以及《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》等。

在對(duì)該盾構(gòu)區(qū)域進(jìn)行工程地質(zhì)勘測(cè)過程中，該區(qū)域內(nèi)盾構(gòu)區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，含有填筑土、砂礫土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土以及砂質(zhì)粘性土等，其中孤石分布在節(jié)理裂隙較發(fā)育和不發(fā)育的區(qū)域內(nèi)，為處理地質(zhì)結(jié)構(gòu)中孤石，施工企業(yè)首先確定爆破區(qū)域，通過了解周圍建筑的情況，以及管線等，要求爆破產(chǎn)生的孤石顆粒直徑小于30 公分，鉆孔參數(shù)中，直徑為90 公分，使用的PVC 管直徑為75 公分。此外進(jìn)行布孔參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)巖體厚度，將布孔的間距設(shè)定在0.6-1.0 米范圍內(nèi)，孔排間距設(shè)定在0.6-1.2 米范圍內(nèi)。根據(jù)公式q=q1+q2+q3+q4 確定單位耗藥量，最終爆破產(chǎn)生的震動(dòng)速度為每秒1.5 公分?；谏鲜鲆?，在爆破過程中做好全面的防護(hù)工作，并且對(duì)完成爆破的區(qū)域內(nèi)的巖芯進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)符合標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)處理孤石過程中，應(yīng)根據(jù)相關(guān)要求以及周圍的實(shí)際情況，選用合適的處理技術(shù)，并且加強(qiáng)周圍環(huán)境的保護(hù)，防止爆破施工中產(chǎn)生的擾動(dòng)影響既有建筑的穩(wěn)定性，使用合適的方法處理孤石，有助于盾構(gòu)區(qū)間順利的施工。