地铁隧道盾构区间含孤石的基岩凸起地层处理施工关键技术

张 晓

(中铁十二局集团第二工程有限公司，山西 太原030000）

在我国东南部地区，修建城市地铁时花岗岩基岩突起地质和孤石较为常见。因基岩突起起伏较大，隧道段面内基岩的高度相差较多，刀具磨损和损坏严重，给盾构施工带来的很大的难度。孤石是花岗岩风化过程中残留的较难风化的微风化或中风化岩块，通常分布在残积土或砂层中，具有分布广、直径大、硬度高等特点。盾构推进遇到孤石时掘进参数变化较大，并伴随有刀具撞击石头的声音和明显的震动，同时盾构推进姿态难以控制，会造成刀具磨损和损坏严重，甚至刀盘频繁被卡，极大地增加施工成本和施工风险，延长施工工期。因此，需要在盾构推进前对地层中的孤石和部分基岩进行预处理。

1 工程概况

1.1 工程简介

厦门市轨道交通1 号线2 标软件园站～集美大道站区间起点里程为DK27+953.022，终点里程为DK28+897.069，全长944m，含一个联络通道，区间采用盾构法施工。区间平面线路出软件园站后以R350m 小半径折向东北，下穿部队农场、鱼塘、碧溪后以R800m 半径进入集美大道站，区间纵断面线路呈“V”字坡，最大坡度为26‰，最小坡度为2‰，隧顶埋深约4.4m～12m。本区间采用两台厦工中铁土压平衡盾构施工，隧道管片外径6.2m，内径5.5m，环宽1.2m。

1.2 工程水文地质

厦门地区为典型的花岗岩复合地层，软件园站～集美大道站区间线路主要穿越的地层有<11-1-3>硬塑状砂质粘性土、<4-4-3>砂砾、<4-4-2>粗砂、<17-1>全风化花岗岩、<3-1-2>可塑状粉质粘性土及<11-1-2>可塑性砂质粘性土，局部地段有基岩突起和孤石。

区间隧道的地下水主要有围岩孔隙水和裂隙水。孔隙水主要在冲洪积砂层中，地下水位埋深0.4m～10.0m；裂隙水主要赋存于基岩强、中等风化带中，对盾构施工的影响不是很大。

2 半断面基岩和孤石探测

厦门地区花岗岩复合地层基岩岩面起伏变化大，孤石在残积土、全风化和强风化地层中埋藏的随机性大，风化程度不一。

根据勘察单位提供的地质详勘资料，进场后对区间的地质进行了补勘，每个隧道的补勘的探孔有两排，在隧道中心线两侧均匀分布，距离隧道中心线1.8m，纵向钻探孔的间距为5m，以梅花型布置。对孤石发育较多的地段进行加密探测，钻探孔的间距缩小为1m。经过初堪和补勘，区间线路含半断面以下的基岩段有395m 长，直径大于0.7m 的孤石21个。钻孔布置图如图1 所示。

3 半断面基岩及孤石处理

3.1 爆破要求

探明了区间半断面基岩的位置和“孤石”的分布位置及尺寸后，开始进行爆破处理。本区间采用的是中铁厦工产的土压平衡盾构机，刀盘的开口率为35%，中心开口率为38%，螺旋输送机通过的最大粒径为340mm×560mm。为确保刀盘切削下来的渣土和石块能够顺利的进入土仓，从螺旋输送机排出，孤石爆破后的石块粒径必须小于30cm。

图1 钻孔布置示意图

3.2 半断面基岩和孤石处理方法选择

基岩和孤石处理应要考虑场地条件及周边环境，并综合安全风险、工期和费用等方面进行方案比选，选择合理的处理方法。常用的处理方法有地层注浆加固后盾构推进、钻孔爆破、人工挖孔破碎及盾构直接推进共四种。本工程盾构区间为上软下硬复合地层，存在孤石的距离较长，且埋深较深，采用地层注浆加固后推进或人工挖孔破碎的方法处理孤石，施工周期长，风险高，费用大；在上软下硬的复合地层中盾构直接推进无法破碎孤石，只会造成刀具磨损、刀刃崩落、刀座变形及刀盘卡死等问题。综合考虑决定国美仓库下方盾构机直接通过，其余地段选择采用钻孔爆破的方法处理孤石。

3.3 钻孔爆破施工

3.3.1 钻孔

采用地质钻机钻孔，土层和岩层的钻孔孔径均为100mm，PVC 套管的直径为90mm。

（1） 炮孔定位

由测量人员对钻孔的位置进行放样，确定孔位后标注，而后进行钻孔施工，钻孔时要确保地面的硬度和钻杆的垂直度，确保钻孔的精确度。

（2） 钻孔施工

在进行钻孔施工前要对现场进行技术交底，在钻孔遇到孤石时，要详细记录孤石的标高并将炮孔编号。因围岩的裂隙较发育，加上爆破的影响，在钻孔过程中很可能遇到漏浆情况，必要时需要采用双液浆进行裂隙封堵。

（3） 验收

炮孔钻到位后，由现场技术人员进行记录和验收，首先要确保钻孔的垂直度，再检查钻孔内是否通畅，且能够装入套管及药包筒，并做好护壁及成孔工作，验收合格后方可装药施工。

3.3.2 爆破施工

孔内雷管选用毫秒导爆管雷管，起爆雷管选用导爆管，炸药选用防水乳化炸药，标准直径为Φ60mm。 钻机成孔后下放PVC 套管，套管底要安装堵头。孔位布置采用梅花形布置，孔位间距具体参数将前期试验爆破效果和施工过程中的爆破效果进行调整，一般为0.5m～0.8m。孤石中间的孔为装药孔，孤石周边布置空孔。

基岩和孤石在地下爆破时不会有飞石产生，只有炮孔内的泥浆会在高压气体的作用下压出孔外，为了防止涌出的泥浆飞溅，需要采取防护，爆破地面防护如图2 所示。如果本次爆区周围已实施过爆破作业，则需对其周围的爆破残孔用土袋覆盖，防止泥浆喷射。

图2 爆破地面防护示意图

3.3.3 爆破效果检测

基岩和孤石处理后的效果通过地质钻机钻孔取芯进行验证，以抽取出的完整岩芯单向长度≤30cm 为合格。隧道纵向每5m 抽检一个孔，若抽检区域不合格，则补孔进行二次爆破。孤石爆破后取芯岩样如图3 所示。

图3 孤石爆破取芯岩样图

4 结语

厦门市轨道交通1 号线2 标软件园站～集美大道站区间通过对孤石进行探测和爆破处理，取得了良好的效果，盾构机在爆破后的孤石群段与未含孤石段的掘进速度几乎相当，达到了平均每天14m 的进度，且整个区间未进行刀具更换作业，有效的降低了施工风险，缩短了施工工期，提高了施工效率，为类似地质条件下盾构施工提供借鉴。