地铁施工中盾构区间孤石的开挖处理

何冲冲

（中铁十一局集团城市轨道工程有限公司 430000）

地铁施工中盾构区间孤石的开挖处理

何冲冲

（中铁十一局集团城市轨道工程有限公司 430000）

在地铁施工中，孤石空间分布的随机性非常大，目前地质勘探技术一般难以探测清楚孤石的位置，而孤石与其周边地层的强度又有很大差异，造成盾构在掘进时，经常出现地面沉降异常、刀盘受损等风险。因此在地下工程盾构施工中，孤石具有很大危害。文章对地铁施工中盾构区间孤石的开挖处理措施进行讨论。

地铁施工；盾构区间；孤石处理

孤石是指花岗岩风化土中存在的球状风化核。在地铁施工中，多数会遇到盾构穿越孤石地层等复杂地质的情况，盾构区间孤石的开挖处理是最常见的问题，因此必须找到孤石处理方法，研究该施工难点与相关的施工技术，才能保证施工进行顺利。

一、孤石的危害

1.工期

基岩突起、孤石、孤石群是实际施工中经常出现的问题，这不仅提高了挖掘难度，致使劳动率下降，工期受到影响，也增大了安全管理难度。

2.效益

在地下工程盾构施工中，孤石等问题除了会降低开挖速度外，还会大幅提高施工中所需的人力、材料、机器等费用。除此之外，出现孤石后，很容易造成刀盘受力不均、刀座变形、刀盘变形等问题，致使主轴承密封被破坏、磨损刀具、损害主轴承等，刀盘磨耗不仅会降低刀盘强度，也会降低其刚度，严重的甚至还会换新的刀具刀盘，这样无疑是提高了成本，许多项目也因此而出现亏损现象。

3.盾构掘进中孤石的处理措施

在制定孤石处理措施时，需综合考虑周边环境、孤石的形状、大小、位置等因素。例如：地面不适合冲孔、挖孔，可以选择洞内处理方法；隧道上方地面具备冲孔、挖孔条件，可以选择地面处理方法。

二、工程案例

某地铁1号线，工程地质情况自上而下的情况是：粉质黏土、粗砂、全风化花岗岩。水文地质情况是：砂土富水性好，为强透水层，含水量较大。

1、盾构掘进中遇孤石的风险

1.1 孤石体积较小时，容易导致刀盘受力不均，以致主轴承密封圈和主轴承被损坏。

1.2 在实际施工中，遇见孤石会瞬间增大刀盘前端的压力，致使刀盘被卡死，从而导致刀座变形、刀盘变形、刀具严重磨损等问题，同时也增加了更换新刀具刀盘的难度。

1.3 由于孤石同周边地层的强度存在很大的差异，导致切削时无法固定盾构主轴，这样很难控制盾构姿态，因此，设计的路线很容易出现偏差。

1.4 切削下来的岩石泥块很容易会卡死螺旋输送机，从而造成无法出土或出土困难。

1.5 由于遇见孤石，其施工过程中会对地层造成较大的干扰，从而导致地表发生不同程度的沉降，严重影响了地面建筑物的安全性。

2、孤石处理方法的分析

2.1 孤石探测方法

目前，我们通常采用钻探来探测孤石的分布情况。孤石出现可能性区域被分为四个等级，即一般、较大、很大、最大。其主要的划分方法是根据物探方法、地质分析法以及工程调查法，再结合钻孔进行验证的综合探测方案。

2.2 孤石爆破试验

通过实际的地质勘查结果得出：在爆破孤石或孤石群时，必须在对孤石大小、分布情况进行勘察后，才能确定炮眼大小以及炸药的数量、分布等。孤石爆破的技术参数需通过试验来确定，首先布置爆破炮眼，并确定炮眼深度，其装药量在分析地勘报告后确定。

3、孤石处理方法

3.1 爆破处理

在勘察地勘后，如该地区孤石面积较大，则使用静态爆破方法，其爆破形式、炮眼间距、装药数量、炮眼位置等应根据地勘报告的孤石面积来确定，基于盾构机实际出土能力的考虑，应使孤石爆破的粒径越小越好；因此，在实际的爆破过程中，我们要对装药量、炮眼位置、炮眼深度进行精准地计算，以达到这一效果，可以使盾构机顺利开挖与出土。

1）孤石爆破参数。针对探测到的孤石，如果具备地面处理条件的，爆破法处理是优先选择，且利用原探测孔。

R≤1.0米，设爆破孔1个，炸药单耗：5kg/m3;

1.0 ＜R≤2.0米，设爆破孔3—5个，装药量按4.8kg/m3;

2.0 ＜R≤3.0米，设爆破孔5—6个，装药量按4.6kg/m3;

3.0 ＜R≤5.0米，设爆破孔6—8个，装药量按4.4kg/m3;

R＞5.0米，设爆破孔8个以上，装药量按4.2kg/m3。

2）基岩突起处理。针对探测到的基岩突起，采用爆破法处理，且利用原探测孔。然后布置好爆破孔，炸药单耗按5kg/m3。

3.2 全回旋钻机清除孤石

采用全回旋套管钻机清除孤石主要工艺为：地质钻探明孤石→全回旋套管钻机定位→同步进行全套管设备场地布置与机械、电力系统、后台作业指挥系统定位→作业平台就位→吊装设备就位→套管回旋压入→回旋偏心切削→全断面回旋切断→清除障碍物→障碍物装卸处理→分段清除至作业深度→起拔套管→同步回填砼作业→主机台定位销撤除→转场施工重复上述步骤循环至全部施工完毕→端头加固→盾构机推进。

1）钻机定位。在开钻之前，将钻机固定在准确位置上，并把其依次安装在桩芯位置。安装和检查完钻机设备后，使其进入工作状态，然后定位钻机。全回旋钻机的质量直接取决于钻机定位的准确度。

2）清理上层土体。开钻之前，采用反复旋转套管清理干净上层土体，在挖掘套管内时，可使用冲抓斗，从而将上层土体完全清除干净，促进钻进工作顺利进行。

3）孤石砸碎及清理。在实际施工过程中，当出现孤石时，将最坚硬的钻头安装在前端的钻头上，并在回旋切削的同时用落锤将切削下来的岩石泥块砸碎，最后清理碎石，其方法可使用机械开挖的方式。

4）回填C15砼。将C15砼灌满钻进的孔道内，以确保轻度。为保证施工质量，必须保证灌注的饱满度。

3.3 冲孔桩破碎法

在破碎孤石方法中，经常使用冲孔桩破碎法，在实施该方法之前，必须对孤石的形状、位置、大小进行确定，然后在地表采用十字冲击锤冲击，从而将孤石击碎。为了准确地设置钻孔数量及间距，安装合适的钻头，我们必须对孤石的大小和面积进行准确地判断，因为这些数据直接影响着施工的效果。在进行施工前，必须对图纸进行详细的了解和分析，确保钻进施工不受地下管道的影响，如有市政管道，应及时调整钻进的位置，以保证钻进施工顺利进行。在结束钻进施工后， 应该及时地回填并且夯实，在完成回填夯实后，进行注浆密实，直到整个孤石区域施工结束后。

3.4 盾构机直接掘进

通过地勘报告得出，如果是强风化花岗岩、或是地质条件较好的、或是硬度不高的全风化花岗岩，在掘进出现这类孤石的时，可选择盾构机掘进的方式进行处理。

4、注意事项

4.1 孤石段掘进与正常掘进不同，盾构施工的难度非常大，而且在该施工过程中，要求盾构司机密切关注参数的变化，一旦出现不正常现象，马上停止机器，并汇报；直到找出问题发生的原因后，才能继续推进，这样才能保证施工安全。

4.2 所有环节的掘进参数变化，盾构司机都必须准确地记录好，工程技术人员要分析所有班的掘进参数，如果参数向好，整个孤石层的挖掘可按此参数进行，如果参数趋势不断地变差，则需马上停机，并对刀具进行检查，查看刀盘是否磨损、刀箱是否变形，从而保证施工安全和施工质量。

4.3 在施工过程中，对于刀具要勤检查，以便及时更换，如果施工地段具备常压开仓条件，可多开仓检查几次，如果施工地段不具备该条件，需有计划地对刀具进行带压开仓检查和更换。

4.4 对于孤石强度不超过60MPa，且直径较小的，以及孤石体积较大，且与刀盘的接触面较大的，都可使用该办法。但在施工过程中，必须对参数变化进行密切关注，并认真记录，以便于对刀具进行检查。

三、结语

在我国城市轨道工程建设过程中，探明孤石的地层较多，处理的方法众说纷纭，但总体效果仍不理想，处于摸索阶段，并且尚未找到一种切实有效的处理方法。因此，我们在预知有孤石的情况后，要利用各种技术手段对其情况了解清楚，根据孤石的位置、大小与形状、周边环境以及施工的难度、工期、经济性方面等因素，综合来确定处理措施。

[1]张恒，陈寿根，谭信荣，赵玉报.盾构掘进孤石处理技术研究[J].施工技术，2011（10）.

[2]张芹见.盾构掘进通过花岗岩球状风化体施工技术[J].建筑机械化，2012（8）.

TU75

B

1007-6344（2016）03-0198-01

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