徐新波

（中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司， 河北 涿州 072750）

1 工程概況

育秀東路站～呂厝站區(qū)間隧道長度1227m，區(qū)間隧道覆土厚度9.9～19.18m，平面最小曲線半徑3000m，最大縱坡7.58‰，采用盾構(gòu)法施工。區(qū)間沿主干道湖濱北路地下敷設(shè)，左右兩側(cè)有大的建筑物，其中砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、全風(fēng)化花崗巖、殘積砂質(zhì)黏性土穿越地層。本區(qū)間范圍孤石發(fā)育，經(jīng)勘探左線存在孤石42處、右線59 處，單軸抗壓強(qiáng)度為65-85MPa。

2 孤石分布規(guī)律及施工中的針對(duì)性措施

2.1 孤石的成因

孤石的形成原因主要包括：①因?yàn)槿斯せ靥顚?dǎo)致在回填土層中存在大的孤石，如：拋石擠淤，軟基處理等，該類孤石勘探難度較大，很難找到其分布規(guī)律。②因?yàn)閹r石具有不同的抗風(fēng)化能力，巖性也不均勻，加上巖體次生裂隙及斷鏈構(gòu)造發(fā)育等會(huì)使巖體出現(xiàn)破碎，降低了其抗風(fēng)化的能力，在風(fēng)化嚴(yán)重的情況下形成孤石。如果花崗巖中存在交叉的節(jié)理時(shí)，巖石會(huì)被節(jié)理分割成棱角形狀，

尤其在3 組節(jié)理交叉的棱角部位風(fēng)化比較集中，且速度較快，棱角經(jīng)過一段時(shí)間的風(fēng)化后逐步變成圓化。并且隨著不斷地產(chǎn)生風(fēng)化作用，巖塊會(huì)逐漸趨于變圓，最終形成花崗巖的球狀孤石。

2.2 分布規(guī)律

盡管球狀的花崗巖風(fēng)化體具有空間不規(guī)則分布、埋藏較深、離散性較大等分布特征，但是也存在其相應(yīng)的規(guī)律：①主要在強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化帶分布；②在垂直的風(fēng)華剖面存在“上小下大、上多下少”的特征，即在不斷的增加高程的情況下，風(fēng)化球狀體也更加密集，體積卻在逐漸變小；③孤石的大小和風(fēng)化程度呈反比例關(guān)系，數(shù)量和風(fēng)化程度呈正相關(guān)，即隨著風(fēng)化的增強(qiáng)孤石在逐漸變小，數(shù)量卻在不斷的增加，該特征恰好吻合第2 點(diǎn)；④全風(fēng)化帶中也可能有較大的孤石存在，而且直徑較小的孤石還可能存在于強(qiáng)風(fēng)化帶中，說明局部地質(zhì)條件和巖性條件等也會(huì)影響到球狀風(fēng)化體的大小。

2.3 盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)遇孤石的處理措施

盾構(gòu)掘進(jìn)遇到孤石對(duì)其進(jìn)行處理時(shí)需綜合考慮其位置、形狀、大小、周邊環(huán)境等因素。如果隧道上方的地面可以挖孔和沖孔，應(yīng)優(yōu)先選擇地面處理方法；如果地面條件不允許挖孔、沖孔，再考慮洞內(nèi)進(jìn)行處理。常見的孤石處理方法詳見表1：

表1 孤石處理常見方法

3 盾構(gòu)穿越孤石的風(fēng)險(xiǎn)

因?yàn)楣率拇笮『头植紱]有規(guī)律可循，較難通過地質(zhì)鉆孔對(duì)其分布情況進(jìn)一步明確，因此增加了盾構(gòu)施工的難度。

球狀風(fēng)化發(fā)育位置不具備明顯規(guī)律，其強(qiáng)度、硬度與周圍巖體存在巨大差異。孤石對(duì)盾構(gòu)施工的影響主要表現(xiàn)在：①刀具磨損嚴(yán)重、刀座變形嚴(yán)重；②無法破碎的孤石，阻礙了盾構(gòu)的掘進(jìn)或使其與軸線偏離；③相對(duì)較慢的掘進(jìn)速度較大的擾動(dòng)了地層，出渣量控制較難，影響到地面的沉降問題。

4 盾構(gòu)穿越孤石采取的措施

（1）在掘進(jìn)過程中通過觀察盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的異常情況及掘進(jìn)參數(shù)的異常變化（掘進(jìn)振動(dòng)大，推力、扭矩突然增大，盾構(gòu)機(jī)有異響等），來判斷是否遇到孤石。

（2）對(duì)從螺旋輸送機(jī)出來的渣土取樣，看其是否含有中風(fēng)化（或微風(fēng)化）巖石碎塊來判斷是否遇到孤石。

（3）盾構(gòu)機(jī)到達(dá)孤石群前提前選擇地點(diǎn)進(jìn)行檢查、更換刀具。

（4）因孤石本身強(qiáng)度大，周圍巖體軟弱，刀具的磨損和破壞很快；盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)通過孤石群，勤檢查、勤更換刀具。

（5）盾構(gòu)機(jī)直接破巖通過孤石群掘進(jìn)參數(shù)易采用適當(dāng)推力（13000～18000kN）、低轉(zhuǎn)速（0.8～1.0rpm/min）掘進(jìn)，嚴(yán)格控制每環(huán)出渣量。

（6）盾構(gòu)掘進(jìn)通過孤石群，掘進(jìn)速度慢（5～10mm/min），孤石對(duì)周圍地層擾動(dòng)大，造成地層缺失，同步注漿量盡可能多注，并及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充二次注漿。

（7）地層較為穩(wěn)定時(shí)，可采取加壓開倉人工機(jī)械破巖、巖石預(yù)裂的方法。

（8）在工作面極其不穩(wěn)定時(shí)，可在倉隔板上或盾殼頂部進(jìn)行注漿孔的預(yù)留，加固掌子面后再開倉進(jìn)行相應(yīng)的處理。

（9）合理的統(tǒng)計(jì)已經(jīng)通過的孤石群掘進(jìn)刀具的磨損情況，通過對(duì)其進(jìn)行量化總結(jié)，通過提前判斷其性能，使刀具得到及時(shí)更換。

5 盾構(gòu)穿越孤石掘進(jìn)參數(shù)控制

5.1 掘進(jìn)模式

以土壓平衡模式代替原氣壓模式，使土倉內(nèi)充滿渣土并和掌子面地層水土得到壓力平衡，使孤石與掌子面風(fēng)化巖地層或砂層的受力差減小。

5.2 刀盤轉(zhuǎn)速

盡量把刀盤轉(zhuǎn)速減小，控制其為0.8～1.0rpm/min 為宜，使周邊地層受持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的刀盤的擾動(dòng)減小，避免周邊土體因多次旋轉(zhuǎn)磨孤石的刀盤而造成超挖。

5.3 刀盤扭矩

組合不同的復(fù)雜地層刀盤扭矩有不同的控制值范圍，對(duì)于風(fēng)化的花崗巖地層（含孤石）應(yīng)控制刀盤扭矩不超過2500KNM，通過刀盤轉(zhuǎn)速和掘進(jìn)速度的降低，使孤石和刀盤間的沖擊力、盾構(gòu)掘進(jìn)和刀具磨損時(shí)擾動(dòng)地層的情況減少。

5.4 掘進(jìn)速度

按照孤石對(duì)隧道斷面侵入的大小對(duì)掘進(jìn)的速度進(jìn)行合理控制，并保證速度和轉(zhuǎn)速較低的穩(wěn)步推進(jìn)，對(duì)掘進(jìn)貫人度嚴(yán)格控制，防止掘進(jìn)速度較快的變化而增加刀盤和孤石的摩擦碰撞力度，進(jìn)而較大程度的磨損到刀盤和刀具。在刀盤剛碰觸到孤石時(shí)應(yīng)控制其速度為10～15mm/min，刀盤切入孤石后應(yīng)控制其速度為5～10mm/min。

5.5 推力

通過推進(jìn)速度來有效地控制總推力，對(duì)刀盤范圍內(nèi)孤石的方位進(jìn)行判斷后，對(duì)各組油缸的分組壓力進(jìn)行有效調(diào)整，避免受軟硬不均的地層影響而導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)偏移向相對(duì)軟的一側(cè)。

5.6 恢復(fù)正常段掘進(jìn)

每次盾構(gòu)機(jī)通過孤石，掘進(jìn)參數(shù)都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，如果參數(shù)逐步正常恢復(fù)，需繼續(xù)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)控制，使其掘進(jìn)5～8m，如果沒有發(fā)生明顯的變化才能逐步恢復(fù)至正常掘進(jìn)的參數(shù)，避免近距離存在類似風(fēng)化程度的孤石。

6 施工情況及結(jié)果評(píng)價(jià)

本區(qū)間按照上述孤石處理方法和孤石段掘進(jìn)參數(shù)控制，很好地完成了左右線盾構(gòu)掘進(jìn)。在孤石繁多的情況下，整條隧道掘進(jìn)過程中只左線開倉更換了一次刀具、右線未開倉換刀。盾構(gòu)貫通后，盾構(gòu)機(jī)刀盤情況良好，未出現(xiàn)刀盤、刀箱損壞的現(xiàn)象。

該段區(qū)間掘進(jìn)后業(yè)主和監(jiān)理對(duì)其施工均給予了肯定和贊揚(yáng)，產(chǎn)生了較大的工期和經(jīng)濟(jì)效益，為今后類似工程施工提供了一些可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

7 結(jié)語

本文針對(duì)廈門地鐵2 號(hào)線育秀東路站～呂厝站區(qū)間孤石段掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了研究、分析與實(shí)踐，詳細(xì)闡述了盾構(gòu)掘進(jìn)孤石段參數(shù)的控制和注意事項(xiàng)。對(duì)孤石的成因做了簡單概述，對(duì)孤石段掘進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了闡述，結(jié)合本區(qū)間左右線成功穿越孤石段地層施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析總結(jié)。本次盾構(gòu)直接掘進(jìn)孤石段地層參數(shù)控制技術(shù)的成功運(yùn)用，為今后盾構(gòu)穿越孤石段地層及類似施工積累了經(jīng)驗(yàn)。