黃春來 張合海

（中交三航（廈門）工程有限公司 廈門 361006）

引言

孤石是指存在于軟質(zhì)風化層中的花崗巖球狀風化體，球狀風化是花崗巖層中十分常見的現(xiàn)象，屬于花崗巖的不均勻風化。由于孤石埋藏分布是隨機的，且形狀各異，大小不一，巖土分布變化劇烈。盾構(gòu)施工過程中遭遇孤石可能出現(xiàn)的主要問題有：刀具磨損嚴重、刀座變形，且更換困難；刀盤磨耗導致刀盤強度和剛度降低，刀盤變形；刀盤受力不均勻?qū)е轮鬏S承受損或主軸承密封被破壞、刀盤堵塞、盾構(gòu)負載加大；被刀盤推向隧道側(cè)面的大漂石甚至導致盾構(gòu)轉(zhuǎn)向，偏離隧道軸線；地層裂隙發(fā)育，地下水豐富，螺旋機易噴涌等；對盾構(gòu)工程施工極為不利。

目前，為盡量減少施工風險，盾構(gòu)隧道施工對孤石多采用地面深孔爆破或沖孔破除孤石等方法進行預處理，但上述方法在周邊環(huán)境受限的情況下具有較大的局限性。本文以廈門一號線某盾構(gòu)區(qū)間在緊鄰高風險建構(gòu)筑物的情況下采用新方法處理孤石及其應(yīng)用效果為例，闡述密集鉆孔預處理孤石技術(shù)。

1 工程概況

廈門地鐵1號線某盾構(gòu)區(qū)間長562m，隧道外徑6200mm，采用復合式土壓平衡盾構(gòu)機施工，所采用盾構(gòu)設(shè)備刀盤設(shè)計通過粒徑不能大于340×560mm。

區(qū)間隧道地表自上而下依次為：<1-1>雜填土、<1-2-1>黏土質(zhì)素填土、<1-2-3>砂質(zhì)素填土、<1-2-4>碎石素填土、<4-2>淤泥質(zhì)土、<8-1-2>黏土、<8-1-3>黏土、<11-1-2>殘積砂質(zhì)黏性土、<11-1-3>殘積砂質(zhì)黏性土、<17-1>全風化花崗巖、<17-2>散體狀強風化花崗巖、<17-3>碎裂狀強風化花崗巖、<17-4-1>中等風化花崗巖。設(shè)計提供勘察資料顯示隧道輪廓范圍內(nèi)在殘積砂質(zhì)黏性土及全風化花崗巖層存在孤石，尺寸從0.5～7.9m 不等，強度 40～80MPa。

工程實施前期，采用物探和鉆探相結(jié)合的方法進行補充勘察。結(jié)合初步勘察資料首先采用地質(zhì)雷達、電磁波CT等物探方法初步確定孤石位置，然后采用鉆探對物探探明的疑似孤石進行鉆孔明確，進一步探明孤石埋深、大小等分布情況。確定在里程ZDK14+432～ZDK14+452存在孤石16處，其中侵入隧道的有11處，見圖1。孤石最大尺寸為8.10m（長）×5.6m（寬）×2.4m（高），最小尺寸 0.57m（長）×0.55m（寬）×0.0.3m（高），需提前進行預處理。

由于孤石分布區(qū)域在鐵路貨場進出通道上，西側(cè)距離鐵路貨場單層磚木結(jié)構(gòu)貨倉僅6.3m，距離鐵路貨倉貨運股道僅13m，屬于鐵路管制區(qū)段；東側(cè)25m處為一彩印廠，廠家布設(shè)有3臺進口高精彩印大型設(shè)備。原計劃采用的地面深孔爆破、旋挖機取孔等預處理方法由于對周邊振動影響或施工占地面積較大，周邊環(huán)境制約較大，施工手續(xù)無法辦理，多種方法均無法實施。經(jīng)過多方比選，確定采取密集鉆孔法處理孤石。

圖1 孤石分布平縱斷面示意圖

2 施工原理

密集鉆孔預處理技術(shù)利用“蜂窩煤”多孔分布的特點，采取地面鉆孔方法在孤石上密集取孔，在孤石內(nèi)部創(chuàng)造較多的自由面，在不改變整個孤石外形的前提下降低孤石的整體性，然后盾構(gòu)機刀盤掘進破碎通過孤石地段。

3 施工工藝

3.1 加密鉆孔

根據(jù)盾構(gòu)機通過巖石粒徑要求，對孤石所在區(qū)域范圍采用間距250～350mm、梅花形布置密集鉆孔，見圖2。密集鉆孔處理范圍為隧道兩側(cè)50cm范圍內(nèi)，上下各1m范圍內(nèi)孤石。

鉆孔過程中必須確保鉆機擺放的垂直度，堅決避免串孔；其次鉆進過程中必須將巖石芯樣取出，嚴禁封孔的時候做回填用。

圖2 密集鉆孔處理孤石平面示意圖

3.2 注漿加固

該區(qū)域密集鉆孔完成后，對地層進行加固，加固區(qū)域為隧道上3m，左右下各1m，加固縱向長度為孤石區(qū)域外加1m。

加固主要考慮兩個方面：①由于鉆孔非常密集，鉆進過程中，地層中的殘積土層遇水極易崩解，從而造成上部土體失穩(wěn)，故需要對隧道上部土層進行注漿加固；②對孤石周邊地層進行加固，防止推進過程中孤石出現(xiàn)滾動；同時也預留了洞內(nèi)開倉處理條件。

注漿孔平面布置按間距1m，擴散半徑按0.75m考慮，漿液為水泥漿，注漿壓力、漿液配比等參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，并根據(jù)試驗調(diào)整相應(yīng)的注漿孔間距。

（1）鉆孔。采用套管護壁水沖法鉆進成孔，鉆進深度應(yīng)達到注漿固結(jié)段高度。在鉆孔過程中要做好記錄，以供注漿作業(yè)參考。

（2）下管。根據(jù)注漿要求，在注漿部位下注漿管。首先在連接好的注漿管底部加下悶蓋，將注漿管下入鉆孔中，要確保注漿管下到孔底，上部要高出地面，然后在注漿管中加滿水，利用重力作用，使注漿管不會浮起，之后將套管緩慢地提出，最后在注漿管上部蓋上悶蓋，以防止雜物進入注漿管，影響注漿作業(yè)質(zhì)量。

（3）封孔。套管拔出后，在地面1m處以下采用砂或碎石填充，在地面1m處以上至地面段和孔口周圍采用速凝水泥砂漿封堵，以防止注漿過程中冒漿現(xiàn)象發(fā)生。

（4）注漿。采用先外圍后中間，同排隔孔注漿，鄰排錯開注漿的原則。注漿材料為純水泥漿，水泥為普通硅酸鹽水泥，強度等級為po42.5R。注漿壓力0.3～0.5MPa，流量15～20L/min，漿液水灰比0.8～1，注漿節(jié)長0.5m，單位水泥注入量100～150kg/m。采取分段式注漿，每段注漿長度稱為注漿步距?；ü荛L度為注漿步距長度。注漿步距一般選取0.6～1m，這樣可以有效地減少地層不均一性對注漿效果的影響。

注漿過程中，每段注漿完成后，向上或向下移動一個步距的芯管長度。人工采用2個管鉗對稱夾住芯管，兩側(cè)同時均勻用力，將芯管移動。每完成3～4m注漿長度，要拆掉一節(jié)注漿芯管。注漿結(jié)束后，在注漿管上蓋上悶蓋，以便于復注施工。

3.3 盾構(gòu)通過孤石

注漿加固完成后，盾構(gòu)機推進通過孤石區(qū)域。盾構(gòu)在孤石密集鉆孔區(qū)段推進時，嚴重控制推進速度不超過20mm/min，刀盤轉(zhuǎn)速小于0.8r/min。

施工過程中嚴格觀察盾構(gòu)機掘進的異常情況及掘進參數(shù)的異常變化，必要時采取開倉措施。

4 實施效果

孤石分布區(qū)段長20m，密集鉆孔共耗時10d，通過加密鉆孔破碎處理孤石后，盾構(gòu)機刀盤可以輕易將孤石破碎，螺旋機可輕易將孤石破碎排出，排出巖塊粒徑80%在30cm以下，見圖3。盾構(gòu)掘進過程中刀盤扭矩1800～2300kN·m，推力 1500～1800t，平均推進速度可達 10～15mm/min，推進參數(shù)相對正常，在孤石段掘進未出現(xiàn)異常情況，路面及周邊建筑情況一切正常，處理效果較理想，同時不存在掘不動或掘進時刀盤異常磨損等現(xiàn)象，盾構(gòu)接收后除2把滾刀軸承密封滲漏、4把刮刀有合金脫落外，刀具無其他損傷。整體處理效果較理想。

圖3 密集鉆孔處理孤石渣樣圖

5 結(jié)語

采用密集鉆孔方法處理孤石，與地面深孔爆破方案相比，無需辦理前期復雜手續(xù)，且不存在炸藥危險品管理等較大風險源，節(jié)省工期；采用小型機具，有著占地小、移動靈活及震動噪音小等優(yōu)點，無需長期復雜的交通疏解，對周邊的建筑物無損害且不會產(chǎn)生過大噪音擾亂周邊居民生活，較為適宜城市復雜環(huán)境下盾構(gòu)施工孤石預處理。

[1]祁世亮.隧道孤石處理技術(shù)應(yīng)用研究[J].隧道建設(shè)，2010，30（1）：110～113.