深圳地铁2号线盾构机通过孤石的处理技术

贺朝荣

（深圳市市政工程总公司，广东深圳 518034）

0 前言

泥水盾构机在土层中掘进，能够显著体现这种技术的高效、安全等优势。但是，在盾构机的掘进过程中，如果碰到坚硬的岩石或者其它障碍物，往往会成为比较棘手的问题。盾构穿越孤石地层是盾构隧道施工的重点和难点。盾构在该类地层中掘进，常发生盾构偏离轴线、喷涌、开挖面失稳、结泥饼、刀盘刀具严重磨损，甚至在岩层中发生因边缘刀具磨损严重而使盾构机被围岩卡住等风险事件。

深圳地铁2号线东延线香蜜站 (原香蜜湖站)—香梅北站区间采用盾构掘进，在隧道线路中碰到一块坚硬的孤立岩石。在盾构通过之前，预先采取处理措施，即采取地面人工挖孔、劈裂地下孤石等方法，使盾构顺利通过了该地段，解决了盾构施工的技术难题，为类似工程提供了宝贵的经验。

1 工程概述

深圳地铁2号线东延线香蜜站 (原香蜜湖站)—香梅北站区间位于深圳市福田区，区间起迄里程为Y(Z)CK20+941.286～Y(Z)CK21+686.056。原始地貌为台地及其间沟谷。区间范围处于冲洪积平原区与台地区交接地带。

该区间自香梅北站始发，到香蜜站接收。根据Z3-2TXX-20勘探孔显示，地层自上而下主要为：素填土、砾质粘土、全风化花岗岩、强风化花岗岩和微风化花岗岩。岩层裂隙水较发育，但广泛分布在花岗岩的中～强风化带、构造节理裂隙密集带中。

据勘察报告显示，在香蜜站(原香蜜湖站)—香梅北站区间右线Z3-2TXX-20空位处存在微风化花岗岩，埋深8.8～11.0 m，经补勘实验发现该岩石的抗压强度在160～190 MPa，且孤立存在。孤石位置纵剖面见图1所示，平面位置见图2所示。孤石与隧道的立面关系见图3所示。

2 孤石处理方案

2.1 处理目的

盾构掘进过程中，上述孤石将对盾构刀盘刀具具有破坏性作用，使盾构机无法正常掘进。为避免这一施工风险，将在盾构到达之前，将该岩石进行处理，保障盾构的正常掘进。

2.2 处理方法

经过反复研究，决定采用下面的处理方案：测量定位后，采用人工挖孔将孤石上方土层挖开，找到孤石，然后采用劈石机将孤石劈开取出，最后采用M10砂浆或素混凝土回填孔位，回填至隧道上方3 m后采用原土回填。

2.3 孔位布置

经补勘显示，孤石平面最大尺寸为3 m左右，为保证将隧道范围的孤石全部取出，拟布设一个直径3 m的孔。如果在施工过程中还发现另有孤石，再进行加孔开挖处理（见图4）。

3 人工挖孔施工

3.1 挖孔施工工艺流程

人工挖孔施工的整个工艺流程如下：场地清理→放线、定孔位→做井圈（高于原地面30 cm）→挖第一节孔土方→绑扎护壁钢筋、支模浇灌第一节护壁混凝土→在护壁上二次投测标高及孔位十字轴线→安装、调试垂直运输架、吊土桶、污水泵、鼓风机、照明设施等→第二节孔挖土→清理孔四壁、校核孔直径→拆上节模板、支第二节模板、校对孔中垂直、浇筑第二节护壁混凝土→重复第二节挖土、支模、浇灌护壁混凝土工序，循环作业直至出现孤石(穿过隧道范围)→清理岩渣、排除孔底积水。

3.2 挖孔作业

松散土层用人工锄、铲、镐开挖，进入强风化层后用风镐破碎掘进或采用爆破，挖孔时需每节校正孔中心及几何尺寸偏差，经检查合格后才能进行下一道工序。每个孔孔径3.0 m，每节护壁的开挖深度为1.25 m，遇到砂层流砂时为0.5 m，并及时浇灌，尽量减少孔内涌砂。孔开挖超过5 m以后，孔内施工时要用鼓风机连续向孔内送风，风管口要求距离孔底2 m左右，孔内照明采用低压防爆灯泡，灯泡位置离孔底2 m，不能直接放在井底。

为保证混凝土护壁的整体性，在淤泥和流砂层土质以上土层均按设计要求用Φ14钢筋作拉结筋，以免护壁脱节下沉。

3.3 土方运输

在孔口安装支架及0.5 t慢速卷扬机。土用吊桶提升。

3.4 排水

开挖过程中，如有少量地下水要随挖随用吊桶将泥水一起吊出，如渗水量较大，则在孔底一侧挖集水坑，用高扬程水泵排出。

3.5 护壁制作

设计孔径3 m的，护壁厚度200 mm，纵向钢筋Φ14@150，箍筋Φ8@150，外插筋用Φ14@250。自设计隧道顶1 m至隧道底1 m均采用同等大小的玻璃纤维筋。

孔成形模板采用钢制，按比例分块定型，普通型的钢模高为1.0 m。拆上节、支下节，循环周转使用，模板间用U形卡连接，上下各设一道型钢圈顶紧，钢圈由两半圆组成，用螺拴连接，不另设支撑，以便浇筑混凝土和下一节挖土操作。为了满足工期要求，每孔配制一套以上模板（见图5）。

3.6 浇筑护壁混凝土

孔护壁混凝土由现场集中机械搅拌，通过料糟输送至基坑底料斗蓄存，用手推车运至孔口，再用吊桶垂直运至孔内操作面，人工从护壁上口浇灌。混凝土采用高标号早强水泥，1～3 cm碎石，坍落度控制在7～9 cm，强度等级为C25。在正常的情况下，每挖深一个节高，立即绑扎护壁钢筋、支模后浇筑混凝土，混凝土应一次连续浇筑完成，不得在有积水淹入模板的情况下浇筑护壁混凝土。

浇灌护壁混凝土时，用敲击模板及用钢揪插实方法。发现护壁有蜂窝、漏水现象，及时加以堵塞，防止孔外水通过护壁流入孔内。应确保护壁混凝土厚度符合设计要求，以防塌孔。护壁混凝土内模的拆除，应在24 h后进行。

护壁混凝土施工中，每三节校核一次垂直度，护壁顶高出地面30 cm。

3.7 其他技术要求

（1）成孔施工过程中，护壁要正圆形，防止土层侧压力对护壁的破坏，必要时护壁混凝土采用早强混凝土。

（2）为防止不良土层的塌方造成井圈下陷，护壁内要加插Φ14@250的吊筋和Φ8@150箍筋，在隧道范围内，采用同等大小的玻璃纤维筋。若地下水对施工有较大影响时，应在护壁接口处加插导流胶管，进行有组织排水，管根部留碎石滤水层。

4 劈石处理方案

采用风枪、液压劈裂枪、风镐劈裂孤石，再用吊桶将碎石吊出地面。过程如下：

（1）选择具有凌空面的岩石或具有夹层的岩石部分优先拆除依次向岩层中心推进。

（2）打孔：首先在岩石上用风枪钻孔，每间隔1 m垂直打孔，孔距40—60 cm、孔深55 cm以上时，孔径采用42 cm的钻头。

（3）插入劈裂枪，将岩石分裂，破坏岩层结构。

（4）清渣：用吊桶将碎石吊出孔，在个别岩石经分裂机分裂后仍很紧，人工撬松，风镐进行敲击，可迅速破碎岩石；施工采用风枪打孔和一台液压劈裂枪配合进行，施工作业时，引孔后用液压劈裂枪对岩石进行分裂。

5 孔位回填

待孤石清理完毕后，及时将孔位回填。先采用M10砂浆或素混凝土回填至隧道上方3 m后，换用原土回填。原土回填后要求压实，压实度达到90%以上。

6 结语

该工程自2009年8月1日开始至2009年8月15日结束，整个孤石处理顺利完工。

盾构穿越孤石地层是盾构隧道施工的重点和难点。通过这次成功的实践，可以得出以下结论：

（1）在泥水盾构碰到的情况下，采取地面人工挖孔、劈裂地下孤石等措施，可以成功地通过坚硬岩石地段。

（2）这项技术是盾构隧道成功过孤石的有效技术。本文叙述的工程案例可为类似工程提供宝贵的经验。

[1]GB50446-2008，盾构法隧道施工与验收规范[S].

[2]齐震明，唐检军.深圳地质条件下盾构法隧道施工技术[J].西部探矿工程,2005,（8）．