盾构穿越微风化孤石地质施工工法

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1、盾构穿越微风化孤石地质施工工法中铁XX局集团有限公司1.前言花岗岩地层由于其物质组成特点，在风化过程中很容易发育出未风化或者微风化的坚硬球状体，即“孤石”。孤石的存在对地下工程尤其是盾构隧道工程施工影响极大，容易导致地面沉降、设备损坏、隧道质量事故等风险，是盾构施工的“天敌”之一。在xx北部和东部部分地区，广泛分布有燕山期花岗岩，由于风化不均产生了大量孤石，孤石的分布在部分区域较为零散而部分区域则密集成群。为保证盾构机顺利通过，必须预先探明孤石并进行地面预处理施工。2.工法特点2.1对孤石提前处理，避免盾构穿越时，滚刀无法破岩，造成刀具损坏。2.2采用地下

2、隐蔽岩体爆破技术对孤石进行爆破，破碎后能降低盾构掘进风险，。2.3采用压密注浆改良刀盘周边地层，盾尾止水和仓内制作泥膜措施辅助带压进仓，能提高开仓成功率，解决后期刀具需更换的问题。2.4地层压密注浆能有效地解决孤石爆破后，盾构掘进时爆破孔漏气、喷涌、冒泥浆的问题。3.适用范围本工法适用于盾构法施工穿越微风化孤石地层施工。4.工艺原理传统的孤石预处理方式有盾构直接切削孤石、液压劈裂机预处理孤石、洞内火工爆破处理孤石、冲孔预处理孤石、人工挖孔挖除孤石及地下深孔爆破孤石。在孤石群地层中，盾构无法直接掘进通过，冲孔法在应对垂直方向上密集交叉重叠的孤石时容易偏孔、卡

3、锤，基本难以实施;人工挖孔挖除孤石法在处理水平方向上密集分布的孤石时布孔间距缩小，开挖风险增大且孤石难以彻底挖除干净，施工工效也较低;15采用洞内火工爆破和液压劈裂机处理孤石的方法更是时刻伴随着开仓的安全风险且效率低下。相对而言，本区间孤石处理采用地下深孔爆破方式处理孤石群比较彻底，爆破破碎孤石后盾构掘进难度降低，有利于控制地面沉降、姿态跑偏、刀具损坏等风险，其施工工效高而且环保。爆破结束后，对爆破孔进行压密注浆，从而保证盾构穿越时不产生漏气、冒浆等问题。5.工艺流程及操作特点5.1施工工艺流程盾构掘进穿越微风化孤石施工工艺流程见图5.1-1。图5.1-1

4、盾构穿越微风化孤石施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1爆破的技术指标孤石处理的目标是使岩石破碎后减少其块体尺寸，使掘进难度降低，并在盾构掘进过程中碎石能顺利地通过刀盘开口进入土仓，最后通过螺旋机排出。因此，爆破的技术指标主要有2方面:一是结合本工程盾构设备参数，地面钻孔爆破处理后的孤石碎块尺寸不超过300mm；二是降低岩石的RQD值，将之控制在50%以下。5.2.2爆破布孔及装药结构15采用深孔爆破处理孤石的主要困难是爆破没有临空面，为解决这一难题，可采用钻孔分段微差爆破法。该技术是采用毫秒延时雷管，在孔间、孔内以毫秒级的时间间隔，按一定顺序起爆，利用封

5、闭岩体与周边围岩介质的差异，分期爆破，第1期爆破形成空腔，为第2期爆破提供自由面，经多孔多段微差挤压爆破，最终破碎岩体。爆破孔采用钻机成孔后下75mm的PVC套管护孔，套管底需安有堵头。孔位布置采用矩形或梅花形，间距0.5～0.8m，其中孤石中间的孔为装药孔，孤石周边布置空孔，如图2.2.2-1所示。图5.2.2-1爆破布孔平面示意图因孤石厚度不均，在装药时须考虑到测量以及药包吊装过程中产生的误差。因此，单孔单体爆破时装药长度与岩石厚度相同;多孔单体爆破时，相邻2个炮孔，其中1个炮孔钻至孤石底面(即钻穿)，装药至炮孔底部，孤石顶面留10cm不装药，邻孔孔底

6、距离孤石底面10cm，装药至炮孔底部，孤石顶面留10cm不装药。爆破装药结构示意如图5.2.2-2所示。图5.2.2-2爆破装药结构示意图155.2.3孤石爆破装药量的确定本工程爆破对象位于地下10～18m，且存在地下水，故视为水下爆破。依据瑞典的设计方法，单位耗药量：q=q1+q2+q3+q4式中:q1—基本装药量，水下爆破是一般陆地梯段爆破的两倍。对水下垂直钻孔，再增加10%。例如普通坚硬孤石的深孔爆破平均单耗q1=0.5kg/m3，则水下钻孔q1=1.0kg/m3，水下垂直孔q1=1.1kg/m3；q2—爆区上方水压增量，q2=0.01h2；h2—地

7、下水初见水位埋深为2.10～11.70m，取3m；q3—爆区上方覆盖层增量，q3=0.02h3；h3—覆盖层（土层）厚度，平均取9m；q4—岩石膨胀增量，q4=0.03h；h—梯段高度，7m。q=1.1+0.01×3+0.02×9+0.03×7=1.52kg/m3。在爆破作业过程中参照上述数据试爆后，再针对具体情况调整爆破参数。确定炸药单耗量以后，根据孤石的体积计算不同孤石装药参数。5.2.4药包就位和防护炮孔验收合格后，在装药爆区范围内设置警戒，开始加工药包。首先要准备好直径75㎜的PVC管，根据钻孔队提供的钻孔参数和验孔情况，提前计算好药包长度，将炸药

8、和雷管装入PVC管内指定的位置。由于孔内有水及少量泥浆，为了顺利装