地铁盾构区间孤石探查技术及研究

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1、地铁盾构区间孤石探查技术及研究陈海彬摘要：在地铁隧道工程施工过程中，经常会遇到球状风化体，也就是孤石，属于岩体风化过程中所特有的地质现象。在采用盾构法进行隧道掘进施工作业的项目中，由于孤石的形状以及强度不一，盾构机难以将孤石破碎，不仅会造成掘进的困难，而且会造成盾构机刀具的严重磨损，同时对施工作业区域的地层也会造成扰动，影响隧道工程施工安全性以及施工进度。因此，必须针对隧道盾构施工中的孤石进行探测，同时采取合理的措施对孤石进行破碎处理，以确保盾构施工作业的顺利进行。关键词：孤石钻探法施工孤石处理1、引言在地铁盾构建设工程中盾构掘进如果遇到孤石，掘进

2、施工将非常困难,盾构机姿态难以控制，刀具磨损非常严重，刀座和刀盘易变形，常常会出现喷涌、塌方、刀盘被牢牢卡住或刀盘严重磨损等意外情况。因此，为保证盾构机的顺利掘进需探测出隧道沿线孤石的情况，对孤石的位置、分布范围、边界等进行勘查与评价。孤石探测巳成为一项重要的硏究课题。现今多采用钻探法对孤石区域进行探测勘查。2、工程概况2.1工程简介某工程两个盾构区间、一座车站、一个出入段线明挖区间、一个中间风井和多个附属工程，其中盾构区间左线隧道包含一段矿山法+盾构空推拼装管片通过的隧道。2.2地面环境及地下管线分布情况木区域为丘陵地貌，沿线为剥蚀残丘和丘间冲沟

3、相间，因道路等工程建设，原地貌大多经过挖填。根据目前地貌及现场调查，木标段线路主要旁经四座山丘，山丘及附近地表遍布球状风化核。2.3工程地质与水文地质情况本工程盾构区间隧道埋深15〜24mo地层从上至下主要有填土层、砂层(主要为中粗砂)、花岗岩残积土层、花岗岩全、强风化带。隧道穿越的地层主要有<3-2>中粗砂层、<4N-2>粘土层、<5H-2>花岗岩残积土层，局部穿越<6H>；花岗岩全风化层。其中<5H-2>；花岗岩残积土在水平方向上分布广泛，在垂直方向上分布严重不均。根据地区经验，便塑状的花

4、岗岩残积土层、坚硬土状的全风化花岗岩、半岩半土状的强风化花岗岩中容易发育球状风化孤石。而根据详勘报告，本标段盾构隧道洞身范围内揭露有孤石存在。地下水按赋存方式分为第四系松散土层孔隙水，块状基岩裂隙水。本标段详勘所揭露的地下水水位埋藏变化较大，稳定水位埋深为0.60〜10.80m,平均埋深为3.63m。3、孤石对盾构施工作业的影响以及处理原则(1)孤石对于盾构掘进的影响。由于孤石一般位于砂层及残积土层中，孤石难以固定，地层也不能产生足够的破碎反力，在掘进过程中孤石就会随着土体的破坏而移动或被刀具弹开，或者是在刀盘前面循环，挡在刀盘前面并损坏刀具。如果

5、孤石处在盾构的外侧，可能会挤压盾构使其偏离方向，特别是如果盾构机的一侧是孤石，另一侧是软弱土层，极易造成隧道轴线的偏斜。(2)盾构掘进中孤石的处理方案。对于孤石的处理，应当首先选择在地面处理的方式进行处理，地面处理条件不具备吋再考虑洞内处理。对已探明基岩突起及孤石采用地面处理方案时，应该釆用地面跟管钻机及地质钻机垂直打孔装入炸药爆破破碎隧道断面范围内的孤石，将孤石爆破破碎为块径小于30cm的块体。4、探测孤石的钻探孔布置(1)“孤石”出现可能性最犬区域：采用三级加密的布孔方式，第一级布孔间距为7.5米；根据第一级钻孔的实际情况判断，因孔间出现“孤石

6、”的机率很大，则在第一级布孔的每两孔间增加一个钻探孔，使临近两孔的孔距不超过5米；根据第一、第二级钻孔的实际情况判断，如孔间出现“孤石”的机率仍然很人，则将孔距增密到2.5米/个；在第二或第三级加密钻孔前，如判断孔间出现“孤石”的机率不大或盾构机足以应付风险，则终止加密钻孔。(1)“孤石”出现可能性很犬的区域：采用两级加密的布孔方式，第级布孔间距为10米；根据第一钻孔的实际情况判断，如孔间出现“孤石”的机率仍然很大，则将孔距增密到5米/个；在第二级加密钻孔前，如判断孔间出现“孤石”的机率不大或盾构机足以应付风险，则终止加密钻孔。另外，当补钻孔加密到

7、5米间距时判断孔间出现“孤石”的可能性增大，并且盾构机掘进时难以承受此风险，可考虑将孔距缩小到2.5米。(2)“孤石”出现可能性较大的区域：采用按10米间距布孔，不考虑加密。当钻孔过程中发现出现“孤石”的可能性增大，并且盾构机掘进吋难以承受此风险，可考虑将孔距按10米→5米→2.5米的方式加密(如图1所示)。图15、方法的探讨与研究地铁工程中岩土勘探方法主要有：钻探法、触探法、掘探法、物探法。(1)钻探法主要是用各种钻探工具钻入地层中分层取样进行鉴别、描述、测试的方法，这是目前常用的且使用最广的钻探方法。(2)触探法是间接勘探方

8、法，是将探头装在钻杆底部，通过打入或压入地层中，由探头所受阻力的大小来探测土层的工程特性。主要特点就是不用取样。(3)掘探