摘要：孤石素有盾构掘进“拦路虎”之称，为了解决广州地铁建设中遇到的在孤石复杂地质条件下的盾构施工难题，本文以广州地铁六号线二期[暹岗 ~香雪]盾构工程为研究背景，从孤石勘探技术、孤石处理技术方面进行了实践研究，取得了良好的效果。
关键词：孤石；孤石探测；孤石处理
引言
在地铁建设中会遇到许多不良地质。如富水砂层、上软下硬地层、孤石、溶洞等，这里所讲的 “孤石”是一种花岗岩地层中就不同程度的分布着花岗岩球状风化体。孤石强度很高，与周边风化土体性质差异大，造成盾构施工异常困难。全面掌握孤石的分布情况，研究孤石处理方法，是确保盾构顺利穿越孤石地层的关键。本文以广州地铁六号线二期[暹岗~香雪]盾构工程孤石处理为研究背景。
1．工程概况
广州地铁六号线二期[暹岗~香雪]盾构工程位于广州市萝岗区，线路主要沿开创大道由西向东行进。隧道覆土在8.7m～20.9m之间，洞身主要在<4N-2>、<5H-2>、<6H>地层中通过，局部位置穿过<3-1>、<3-2>、<3-3>砂层及<9H>微风化花岗岩。其中在<5H-2>、<6H>地层中容易发育球状风化孤石，如图1所示。
图 1隧道孤石剖面图
2．盾构掘进孤石地层风险分析
盾构机掘进孤石地层时，主要存在以下风险：
（1）盾构机掘进速度异常缓慢，刀盘会受到较大的瞬间荷载冲击，掘进参数波动大，扭矩波动最为明显，姿态难以控制，易卡刀盘，损坏刀具和刀盘，严重时会损坏盾构主轴承，造成盾构长时间停滞。
（2）掘进时由于周边土体软弱，对周边地层扰动较大，容易多出土造成超挖，有出现地面沉降的风险，威胁周边地面建筑物及地下管线安全。
3.补充钻探孔探测孤石方案概述
为了尽量摸清孤石的情况，设计了补充钻探探测“孤石”方案，并根据设计资料和现场调查研究的结论选择了钻探区域：分为 “孤石”出现可能性最大的重点探测区、“孤石”出现可能性很大的重点探测区及“孤石”出现可能性较大的重点探测区三种类型。
“孤石”出现可能性最大区域
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，如孔间出现“孤石”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”的机率仍然很大，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。
“孤石”出现可能性很大的区域
暂定两级加密的布孔方式，第一级布孔间距为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。
“孤石”出现可能性较大的区域
暂定按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，并且盾构机掘进时难以承受此风险，可考虑将孔距按10米→5米→2.5米的方式加密。
图2 重点探测区孔位布置示意
4．孤石处理基本思路及方法
孤石的处理方法应根据揭露孤石的大小、位置、形状、周边环境因素确定。应首先选择地面预先处理，而地面有建（构）筑物、或地下管线影响的，无法在地面采取措施处理的，则采用洞内处理。
对于单体孤石，为确保盾构刀具、刀盘安全可采用深孔爆破或用钻机把孤石抽孔成为“蜂窝煤”体的处理方式，当孤石较小时也可考虑直接用盾构刀具切削通过。
对于密集的孤石群而言，地面预处理主要考虑采取深孔微差爆破。当地面存在建筑不具备任何地面处理措施时，主要采用洞内超前加固地层、洞内静态爆破等方式处理。
4.1．孤石处理
4.1.1地面预处理
（1）钻探揭露位于隧道洞身直径为1米以上的单个或多个孤石采取深孔爆破处理，处理完成后对孤石周边土体进行压密。
（2）对于拟采用深孔爆破的孤石，当周边建（构）筑物距爆破点安全距离不足或其他条件限制无法爆破时，采取用洞内人工处理（静态爆破）。
（3）对于跨越隧道边线的孤石，采用深孔爆破时，只处理位于隧道洞身内的岩体。
4.1.2爆破施工
通过地面钻孔爆破使“孤石”基本分裂成单边小于0.3米的岩块。“孤石”处理实施阶段将根据现场实际情况做地面引钻爆破或井内爆破“孤石”。如下图为钻探到孤石后爆破钻孔布置及装药示意图。
图3爆破钻孔示意图 图4爆破装药示意图
此外，由于炮孔深度及需要爆破处理的岩石埋深较深，因此起爆药包采用软钢丝悬吊于爆破点的位置，且一端固定于孔口位置，标高误差不得大于10cm。药包装在特制的PVC管体内，该起爆体须具有较好的防水性能。由于起爆体上方有约20米高的水柱，压强较大，因此起爆体需配重抗浮。炮孔采用正向装药起爆，起爆选用非电爆破网路，采用激发针起爆，每个炮孔装两发雷管，且分别属于两个爆破网路，两套网路并联后起爆。
4.1.3地面钻孔的封孔及周边土体加固
爆破完成后，孤石周边土体及钻孔会被扰动，为保证压气作业及掘进顺利，因此必须严格保证封孔质量及孤石周边土体压密注浆。封孔采用水灰比为0.8的水泥浆，使用钻杆从钻孔底部自下而上进行，封孔过程中应注意水泥浆的流失，直到钻孔溢浆为止，若水泥浆流失严重，可改用水泥砂浆进行封孔。孤石周边土体采用双重管注浆压密加固隔孔交替钻孔注浆，且严禁同时进行多孔注浆。
（1）注浆范围为孤石周边1米，基岩由岩面以下0.5m，至隧道上方5米。
（2）加固桩施工主要技术参数参考表
图5 单个孤石注浆示意图 图6 孤石群注浆示意图
4.2．洞内处理
洞内处理均为盾构机掘进碰到孤石，且地面无条件进行深孔爆破的情况下，并根据掘进参数判定无法凭借刀具“啃”过去时采用，洞内处理需常压情况下进行，掌子面必须较稳定条件。
洞内处理工艺：①采用风钻，用Φ38的钻头，在孤石处钻约为钻孔通孔深度的50-70%，切记为盲孔）；②用高压气体将盲孔中石粉、水等杂质清除干净；③将静态“微膨胀破碎剂”用水调制成团状，搓成直径相当孔径的长条，并塞入孔中；④完成所有孔后，用棉被将爆破孔掩盖，静置约12小时，如右图所示效果，再用风镐人工将孤石破碎，再更换刀具。
图7刀盘前的孤石 图8处理后的孤石
5、孤石处理前后的效果对比
5.1 盾构机过孤石掘进参数对比
图9处理前的掘进参数 图10处理后的掘进参数
掘进模式推 力扭 距推进速度
正常掘进1000~1100200~24025-35
过孤石1200~1300230~3005~10
5.2 孤石孔爆破前后相片对比
图11爆破前岩芯 图12爆破后岩芯 图13 爆破后孤石（洞内）
5.3爆破预处理过孤石刀具损坏情况
图5.3-1 未预处理过，刀具孤石掘进损坏情况 图5.3-2 爆破预处理过孤石刀具损坏情况
5.4 过孤石换刀和开仓情况
6．结语
以本工程作为依托，对孤石的处理进行了可行性分析研究，并在实际工程中应用了此技术，取得了较好的实际效果。从处理后盾构机换刀情况、开仓次数和盾构机参数变化综合考虑，刀具磨损程度不大，更换刀具的频率减少，从而可以减少开仓的次数，对照以往靠盾构机硬过、硬闯，地面深孔爆破处理孤石处理时间较短、费用相对较低、安全性较高，处理孤石效果显著。
参考文献：
[1]中华人民共和国《爆破安全规程》（GB6722-2003）；
[2]中华人民共和国民用爆破物品管理规程；
[3]萝香区间地质成果补勘报告及相关图纸；
[4]现场勘探、调查。
论文作者:张伟东
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/4
标签：盾构论文; 钻孔论文; 地面论文; 地层论文; 刀具论文; 洞内论文; 可能性论文; 《基层建设》2019年第11期论文;