方治綱/FANG Zhi-gang

（中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 晉中 030600）

地鐵盾構(gòu)在孤石群中掘進(jìn)時(shí)，孤石在地層內(nèi)會(huì)發(fā)生隨機(jī)滾動(dòng)，極易造成刀盤偏載，盾構(gòu)姿態(tài)難以控制，在此條件下掘進(jìn)，刀盤貫入度極低，掘進(jìn)過程對(duì)周邊土體擾動(dòng)大，容易造成底層沉降超標(biāo)，甚至危及周邊建（構(gòu)）物安全，同時(shí)在掘進(jìn)過程中刀具容易發(fā)生崩刃、斷軸及螺栓松動(dòng)等現(xiàn)象，對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)施工影響極大。

1 工程概況

濟(jì)南市軌道交通R2 線一期土建工程四標(biāo)段寶華街站-長(zhǎng)途汽車站區(qū)間，右線全長(zhǎng)992.741m，左線全長(zhǎng)998.042m，隧道埋深約9.6～12.3m。寶長(zhǎng)區(qū)間共計(jì)穿越18 處建（構(gòu)）筑物及1 處河道，首次在富水閃長(zhǎng)巖地層中發(fā)現(xiàn)了超大直徑孤石及大規(guī)模孤石群，最大孤石直徑超過2.6m，在世界范圍內(nèi)實(shí)屬罕見，短距離內(nèi)地層變化劇烈，軟硬不均、孤石群、孤石群伴空洞地層交替出現(xiàn)，威脅施工安全，施工難度非常大。

2 施工技術(shù)研究

1）研究應(yīng)用了多種地球物理探測(cè)方法綜合探測(cè)技術(shù)，在工程地質(zhì)調(diào)查和鉆孔地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，采用多種地球物理探測(cè)方法結(jié)果進(jìn)行綜合解譯，實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)面前方沿線空洞和孤石準(zhǔn)確識(shí)別與成像，保證了孤石處理可提前進(jìn)行。

2）研究應(yīng)用了旋挖鉆+潛孔錘接力法孤石處理技術(shù)，上部全、強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖地層采用旋挖鉆機(jī)成孔，下部極硬巖（最高強(qiáng)度達(dá)264MPa），采用潛孔錘鉆機(jī)進(jìn)行孤石置換作業(yè)，有效提高了成孔效率。

3）可提前發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)范圍內(nèi)空洞，采用低強(qiáng)度混凝土進(jìn)行填筑，有效降低了掘進(jìn)過程中對(duì)刀盤及刀具的損耗。

4）盾構(gòu)掘進(jìn)與孤石置換同步進(jìn)行，互不影響，整個(gè)施工過程無需進(jìn)行土體注漿加固，最大化的減少盾構(gòu)隧道施工對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成影響。

3 施工工藝原理

1）多種地球物理探測(cè)方法綜合探測(cè)工藝原理如圖1 所示，在工程地質(zhì)調(diào)查和鉆孔地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，采用地震波法（面波、地震多次覆蓋、微動(dòng)、洞內(nèi)超前探測(cè)等）、地質(zhì)雷達(dá)法、高密度電法、瞬變電磁法、孔間電阻率CT、孔間聲波CT、跨孔地質(zhì)雷達(dá)等方法綜合探測(cè)，通過對(duì)以上多種地球物理探測(cè)方法結(jié)果進(jìn)行綜合解譯，實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)面前方沿線空洞和孤石準(zhǔn)確識(shí)別與成像。

圖1 多種探測(cè)方法綜合探測(cè)工藝原理

2）根據(jù)綜合探測(cè)結(jié)果，進(jìn)行孤石置換處理，上部全、強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖地層采用旋挖鉆機(jī)成孔，下部極硬巖（最高強(qiáng)度達(dá)264MPa），采用潛孔錘鉆機(jī)進(jìn)行孤石置換作業(yè)，孤石置換完成后采用低強(qiáng)度砼進(jìn)行換填；樁間距咬合長(zhǎng)度，根據(jù)鉆孔樁樁經(jīng)進(jìn)行調(diào)整，確保各咬合樁間無空隙，鉆孔樁長(zhǎng)度深入隧道以下1m，置換砼灌注深度到原地面，施工時(shí)采用隔樁跳打方式。具體置換方式如下：①置換孤石大小在孔樁直徑范圍以內(nèi)時(shí)，根據(jù)綜合探測(cè)結(jié)果，確定單獨(dú)孤石位置，進(jìn)行單孔直接置換；②置換孤石大小大于孔樁直徑時(shí)，根據(jù)綜合探測(cè)結(jié)果，確定單獨(dú)孤石位置，采用三孔三角布孔置換或四孔、六孔、九孔矩形補(bǔ)孔置換，樁間距咬合長(zhǎng)度，根據(jù)鉆孔樁樁經(jīng)進(jìn)行調(diào)整，確保各咬合樁間無空隙；③置換緊密孤石群時(shí)，采用在盾構(gòu)掘進(jìn)范圍全斷面置換，樁間距咬合長(zhǎng)度，根據(jù)鉆孔樁樁經(jīng)進(jìn)行調(diào)整，確保各咬合樁間無空隙。

3）空洞處理時(shí)，采用低強(qiáng)度砼進(jìn)行填筑。

4）盾構(gòu)掘進(jìn)與孤石置換同步進(jìn)行，互不影響，盾構(gòu)最佳掘進(jìn)參數(shù)為：推力7 000～8 000kN，扭 矩1 000Nm，轉(zhuǎn) 速1.3r/min。整個(gè)施工過程無須進(jìn)行土體注漿加固，最大化的減少盾構(gòu)隧道施工對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成影響。

5）地鐵盾構(gòu)穿越超大直徑孤石群軟弱不均兼空洞地層掘進(jìn)施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 施工工藝流程圖

4 關(guān)鍵工序施工技術(shù)及操作要點(diǎn)

4.1 多種地球物理探測(cè)方法綜合探測(cè)

在工程地質(zhì)調(diào)查和鉆孔地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，采用地震波法（面波、地震多次覆蓋、微動(dòng)、洞內(nèi)超前探測(cè)等）、地質(zhì)雷達(dá)法、高密度電法、瞬變電磁法、孔間電阻率CT、孔間聲波CT、跨孔地質(zhì)雷達(dá)等方法綜合探測(cè)，通過對(duì)以上多種地球物理探測(cè)方法結(jié)果進(jìn)行綜合解譯，實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)面前方沿線空洞和孤石準(zhǔn)確識(shí)別與成像。

4.1.1 地表普查

1）面波法探測(cè) 在兩條隧道頂部，沿隧道軸線布置兩條地震測(cè)線，測(cè)線上沿隧道軸線相鄰觀測(cè)臺(tái)間距為1.5～3m，累計(jì)布置檢波器108 個(gè)（單條測(cè)線54 個(gè)）；檢波器安裝在路面上，采用沖擊鉆施作直徑約為2cm、深度為7～10cm 的鉆孔，輔以速凝劑耦合；采用大錘在每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)相近處（＜0.3m）進(jìn)行錘擊依次激發(fā)地震波，每個(gè)點(diǎn)錘擊3次并采集。

2）多次覆蓋地震波法 在兩條隧道上方地表陣列式布置觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)連線呈正交網(wǎng)狀形式（網(wǎng)格點(diǎn)為觀測(cè)點(diǎn)）；沿隧道軸線方向布置6 條觀測(cè)測(cè)線，相鄰測(cè)線間距為4m；單條測(cè)線上共布置18 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)間距3m；檢波器安裝在路面上，采用沖擊鉆施作直徑約為2cm、深度為7～10cm 的鉆孔，輔以速凝劑耦合；在每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)相近處（＜0.3m）采用大錘進(jìn)行錘擊，依次激發(fā)地震波，每個(gè)點(diǎn)錘擊3 次并采集。

3）高密度電法 在兩個(gè)隧道外輪廓分別向兩側(cè)外擴(kuò)2m，并在地表布置2 條測(cè)線、在兩條隧道拱頂上方地表沿隧道軸線布置2 條測(cè)線；在兩個(gè)隧道中軸線向兩側(cè)外擴(kuò)2m 的上方地表分別布置4 條測(cè)線；在兩條隧洞軸線中間的地表布置1 條測(cè)線；每條測(cè)線上電極點(diǎn)距為1.5～2m，采用沖擊鉆施作直徑約為2cm、深度為10cm 的鉆孔，電極插入孔中并深入下方土體，累計(jì)布置電極約120 個(gè)；9 條測(cè)線依次數(shù)據(jù)采集。

4）瞬變電磁法 在兩個(gè)隧道外輪廓外延3m布置2 條測(cè)線、在兩條隧道頂部沿隧道軸線布置2條測(cè)線；在兩條隧洞軸線中間布置1 條測(cè)線；每條測(cè)線上測(cè)量點(diǎn)距為2m，5 條測(cè)線依次數(shù)據(jù)采集。

4.1.2 區(qū)域精查

1）地質(zhì)雷達(dá)法 一方面，沿隧道方向共布置9條測(cè)線，在兩條隧道外輪廓外延2m 布置2 條測(cè)線，在兩個(gè)隧道中軸線向兩側(cè)2m 處的上方地表分別布置4 條測(cè)線，在兩條隧道拱頂正上方地表沿隧道軸線布置2 條測(cè)線，在兩條隧道軸線中間布置1 條雷達(dá)測(cè)線；另一方面，在垂直隧道軸線方向布置相交叉的測(cè)線，該測(cè)線以間距2m 依次排列分布，共布置約32 條測(cè)線，受建筑物影響，測(cè)線長(zhǎng)度為12～25m。

2）微動(dòng)探測(cè)法 沿盾構(gòu)隧道左、右線的中心線布設(shè)兩條縱向測(cè)線，單條測(cè)線長(zhǎng)度為143m，測(cè)線按照直線布設(shè)，采用4m 點(diǎn)距進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以滿足分辨率和探測(cè)深度的要求。探測(cè)采用圓形臺(tái)陣來獲取單道信息，探測(cè)深度約為臺(tái)陣布設(shè)半徑的4 倍。

3）孔中物探法 以兩條隧道左右兩側(cè)外廓為基準(zhǔn)，分別各向外延伸1m 進(jìn)行地質(zhì)鉆孔（共施作4 排探測(cè)孔）；隧道軸線方向相鄰鉆孔的間距為6m；部分建筑物位于測(cè)線上無法鉆孔時(shí)，沿建筑物外邊墻1m 處布置探測(cè)孔；鉆孔深度為25m。

4.1.3 多種物探法綜合解譯

通過多種地球物理探測(cè)方法結(jié)果進(jìn)行綜合解譯，對(duì)掘進(jìn)面前方沿線空洞和孤石準(zhǔn)確識(shí)別與成像。

4.2 旋挖鉆+潛孔錘接力法孤石處理

根據(jù)綜合探測(cè)結(jié)果，進(jìn)行孤石置換處理，上部全、強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖地層采用旋挖鉆機(jī)成孔，下部極硬巖（最高強(qiáng)度達(dá)260MPa），采用潛孔錘鉆機(jī)進(jìn)行孤石置換作業(yè)，孤石置換完成后采用低強(qiáng)度砼進(jìn)行換填；樁間距咬合長(zhǎng)度，根據(jù)鉆孔樁樁經(jīng)進(jìn)行調(diào)整，確保各咬合樁間無空隙，鉆孔樁長(zhǎng)度深入隧道以下1m，置換砼灌注深度到原地面，施工時(shí)采用隔樁跳打方式。

4.3 盾構(gòu)同步掘進(jìn)

盾構(gòu)掘進(jìn)與孤石置換同步進(jìn)行，互不影響，整個(gè)施工過程無須進(jìn)行土體注漿加固，最大化的減少盾構(gòu)隧道施工對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成影響。

盾構(gòu)最佳掘進(jìn)參數(shù)為：推力7 000～8 000kN，扭矩1 000Nm，轉(zhuǎn)速1.3r/min。

5 施工控制要點(diǎn)

1）為保證置換樁孤石置換準(zhǔn)確性，鉆機(jī)就位必須進(jìn)行開孔前驗(yàn)收鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤中心與用于定位的“.+”字線點(diǎn)基本重合，誤差不得超過5cm，并檢查鉆機(jī)水平，主動(dòng)鉆桿、立軸導(dǎo)管垂直，整體機(jī)架周正穩(wěn)固。

2）成孔孔徑不得小于設(shè)計(jì)樁徑，要經(jīng)常檢查被磨損的鉆頭外出刃的大小，防止縮頸。成樁后的有效樁徑不得超差士5cm。鉆頭合金遭到破壞應(yīng)及時(shí)更換、修復(fù)。

3）嚴(yán)格控制孔底沉渣，杜絕孔底沉淤、殘留泥砂過厚，或孔壁泥土塌落在孔底，使沉渣超標(biāo)。