淺談盾構(gòu)隧道工程地下花崗巖球狀殘留體勘探技術(shù)

黎壽

摘要：據(jù)統(tǒng)計(jì)，盾構(gòu)隧道工程施工中大約40%的施工風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源于地質(zhì)條件。廣州東部是花崗巖球狀殘留體的發(fā)育地區(qū)。在花崗巖球狀殘留體地段進(jìn)行盾構(gòu)施工，存在重大安全風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。詳細(xì)、可靠的地質(zhì)水文資料是盾構(gòu)工程成功的基本條件，直接決定了工程的成敗。因此，如何快速準(zhǔn)確可靠地掌握花崗巖球狀殘留體的地下分布特征是該不良地層盾構(gòu)施工的關(guān)鍵因素和急需解決的課題。針對(duì)該難題，本文結(jié)合廣州地鐵六號(hào)線二期工程某標(biāo)段的工程實(shí)例，闡述地下花崗巖球狀殘留體勘探技術(shù)，以指導(dǎo)類似施工。

關(guān)鍵詞：花崗巖球狀殘留體、地質(zhì)鉆探、重大安全風(fēng)險(xiǎn)

1 前言

廣州東部是花崗巖球狀殘留體的發(fā)育地區(qū)，由于城市建設(shè)需要，廣州地鐵線路的規(guī)劃也不可避免地需要穿越花崗巖球狀殘留體區(qū)域?；◢弾r球狀殘留體由于其風(fēng)化程度明顯區(qū)別于周圍巖土體而以孤立塊體的形式存在，因此在習(xí)慣上常被稱為“孤石”。由于花崗巖球狀殘留體的存在會(huì)造成風(fēng)化程度等級(jí)的突變，因此往往給工程勘探、施工、設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性評(píng)估造成不良影響。[1]花崗巖球狀殘留體的存在對(duì)地下工程尤其是盾構(gòu)隧道工程施工影響極大，盾構(gòu)機(jī)在通過(guò)花崗巖球狀殘留體地段時(shí)，刀盤受到較大的瞬間荷載的沖擊，這除了大大降低生產(chǎn)進(jìn)度外，還會(huì)對(duì)刀盤和刀具造成破壞性的影響，存在重大設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。花崗巖球狀殘留體主要分布在強(qiáng)風(fēng)化帶或殘積土層中，這類土層有遇水軟化、易崩塌的特性，盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間擾動(dòng)容易造成超挖，引起地面產(chǎn)生大的沉降，存在重大安全風(fēng)險(xiǎn)。[2]

由于花崗巖球狀殘留體分布并無(wú)規(guī)律，很難判斷花崗巖球狀殘留體數(shù)量及尺寸。因此，在盾構(gòu)隧道工程的施工階段，必須對(duì)花崗巖球狀殘留體有一個(gè)全面具體的調(diào)查和勘探研究，了解其分布形式、分布位置、個(gè)體大小等分布特征。還要提取巖芯樣品，進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)或進(jìn)行原位測(cè)試以獲取相應(yīng)施工參數(shù)。

2 工程概況

2.1項(xiàng)目簡(jiǎn)況

廣州市軌道交通六號(hào)線二期工程【施工六標(biāo)】土建施工項(xiàng)目位于廣州市東部——蘿崗區(qū)，線路主要沿開(kāi)創(chuàng)大道行進(jìn)，西起于暹崗站東端頭，沿開(kāi)創(chuàng)大道向東，逐漸轉(zhuǎn)至路北穿越蘿崗站后，繼續(xù)沿開(kāi)創(chuàng)大道東行，下穿北二環(huán)（沈海高速）高架橋后，轉(zhuǎn)向開(kāi)創(chuàng)大道路南，下穿隔坡涌后再轉(zhuǎn)至開(kāi)創(chuàng)大道路中，最后進(jìn)入香雪站西端頭。

2.2 工程地質(zhì)情況

本標(biāo)段盾構(gòu)區(qū)間隧道埋深為15～24m。隧道穿越的地層主要有<3-2>中粗砂層、<4N-2>粘土層、<5H-2>花崗巖殘積土層，局部穿越<6H>花崗巖全風(fēng)化層。其中<5H-2>花崗巖殘積土在水平方向上分布廣泛，在垂直方向上分布嚴(yán)重不均。

根據(jù)詳勘資料，本標(biāo)段共有23個(gè)鉆孔揭露了花崗巖球狀殘留體。其中花崗巖球狀殘留體位于隧道范圍內(nèi)的鉆孔有3個(gè)。暹蘿區(qū)間10個(gè)鉆孔揭露花崗巖球狀殘留體，其位置基本集中于暹蘿區(qū)間的3座山丘附近；其中揭露的1個(gè)花崗巖球狀殘留體位于隧道范圍內(nèi)。蘿香區(qū)間13個(gè)鉆孔揭露花崗巖球狀殘留體，其位置相對(duì)集中在蘿香區(qū)間的1座山丘附近，其中揭露的7個(gè)花崗巖球狀殘留體位于隧道范圍內(nèi)。

3 地下花崗巖球狀殘留體勘探技術(shù)方案

3.1 勘探方式

考慮到要為下一步確定施工參數(shù)提供數(shù)據(jù)支持，且地質(zhì)鉆探方式的工程成本較低，采用地質(zhì)鉆探取芯的方式。

3.2 布孔原則與方法

一、布孔原則

（1）詳勘中已揭露花崗巖球狀殘留體在隧道洞身范圍內(nèi)的鉆孔附近隧道線路出現(xiàn)花崗巖球狀殘留體的幾率最大，因此將之作為補(bǔ)充鉆探的重點(diǎn)區(qū)域來(lái)考慮；

（2）詳勘中已揭露花崗巖球狀殘留體的鉆孔相對(duì)集中的地段，一般為山丘附近的地段，因此也將之作為補(bǔ)充鉆探的重點(diǎn)區(qū)域來(lái)考慮；

二、布孔方法

（1） 花崗巖球狀殘留體出現(xiàn)可能性最大區(qū)域：采用三級(jí)加密的布孔方式，第一級(jí)布孔間距為7.5米；根據(jù)第一級(jí)鉆孔的實(shí)際情況判斷，如孔間出現(xiàn)花崗巖球狀殘留體的機(jī)率很大，則在第一級(jí)布孔的每?jī)煽组g增加一個(gè)鉆探孔，使臨近兩孔的孔距不超過(guò)5米；根據(jù)第一、第二級(jí)鉆孔的實(shí)際情況判斷，如孔間出現(xiàn)花崗巖球狀殘留體的機(jī)率仍然很大，則將孔距增密到2.5米/個(gè)；在第二或第三級(jí)加密鉆孔前，如判斷孔間出現(xiàn)花崗巖球狀殘留體的機(jī)率不大或盾構(gòu)機(jī)足以應(yīng)付風(fēng)險(xiǎn)，則終止加密鉆孔。

（2）花崗巖球狀殘留體出現(xiàn)可能性很大的區(qū)域：暫定兩級(jí)加密的布孔方式，第一級(jí)布孔間距為10米；根據(jù)第一鉆孔的實(shí)際情況判斷，如孔間出現(xiàn)花崗巖球狀殘留體的機(jī)率仍然很大，則將孔距增密到5米/個(gè)；在第二級(jí)加密鉆孔前，如判斷孔間出現(xiàn)花崗巖球狀殘留體的機(jī)率不大或盾構(gòu)機(jī)足以應(yīng)付風(fēng)險(xiǎn)，則終止加密鉆孔。

3.3 鉆探測(cè)到花崗巖球狀殘留體后的周邊加密鉆孔

一、探測(cè)花崗巖球狀殘留體的形狀和大小

鉆探時(shí)如果發(fā)現(xiàn)隧道洞身范圍內(nèi)存在花崗巖球狀殘留體，則需測(cè)清楚花崗巖球狀殘留體形狀和位置。由于花崗巖球狀殘留體一般為圓形，其寬度和厚度相差不大，并考慮到盡量使鉆孔在處理花崗巖球狀殘留體時(shí)可重復(fù)利用以降低成本所以探測(cè)花崗巖球狀殘留體的形狀和位置時(shí)按以下程序布孔：

（1）以探到花崗巖球狀殘留體的點(diǎn)為中心點(diǎn)向外布置鉆孔圈，每圈等距布置4個(gè)鉆孔；

（2）第一圈以花崗巖球狀殘留體厚度的1/2為半徑以中心點(diǎn)向外布置；

（3）如第一圈鉆孔還不能找到花崗巖球狀殘留體的邊界，則距第一圈圓周向外0.4米布置第二圈鉆孔；

（4）如第二圈鉆孔還不能找到花崗巖球狀殘留體的邊界，則距第一圈圓周向外0.4米布置第三圈鉆孔；

（5）依次類推，直到找到花崗巖球狀殘留體邊界為主。

二、花崗巖球狀殘留體的周邊加密探測(cè)鉆孔

探測(cè)到某地段存在花崗巖球狀殘留體后，以隧道外邊線為邊界，在其周圍布置加密鉆孔，以探清楚其周邊是否還存在花崗巖球狀殘留體：

（1）第一圈鉆孔以花崗巖球狀殘留體邊界向外1.5米布置；

（2）第二圈鉆孔以第一圈圓周向外2.5米布置；

（3）第三圈鉆孔以第二圈圓周向外5米布置。

3.4 鉆探孔的深度

鉆探孔均應(yīng)鉆至隧道底部外輪廓線，并貫穿整個(gè)花崗巖球狀殘留體。

4 鉆探效果分析

本標(biāo)段蘿香區(qū)間共完成鉆孔350個(gè)，揭露花崗巖球狀殘留體共115個(gè)。根據(jù)花崗巖球狀殘留體勘探地質(zhì)報(bào)告，結(jié)合對(duì)巖芯的分析然后對(duì)這些鉆孔花崗巖球狀殘留體的分布特征進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，研究花崗巖球狀殘留體的地下分布規(guī)律。[3]

（1）根據(jù)本標(biāo)段蘿香區(qū)間的實(shí)際施工情況， 蘿香區(qū)間盾構(gòu)施工實(shí)際遇到花崗巖球狀殘留體共141個(gè)，花崗巖球狀殘留體勘探揭示率（揭示出來(lái)的花崗巖球狀殘留體數(shù)量占盾構(gòu)施工實(shí)際遇到數(shù)量的比率）為81.6%，效果較為理想。對(duì)于花崗巖球狀殘留體發(fā)育密集的區(qū)域，揭示效果很好，然而對(duì)于單個(gè)花崗巖球狀殘留體，揭示率效果不大理想。

（2）花崗巖球狀殘留體發(fā)育密集區(qū)多為靠近山丘附近的殘積土中，一般地層線變化比較劇烈處容易發(fā)育花崗巖球狀殘留體，地層線平緩的地方花崗巖球狀殘留體出現(xiàn)幾率不大。

（3）花崗巖球狀殘留體大小主要集中在0～5m ，且此大小范圍的花崗巖球狀殘留體主要分布在殘積土中，球徑大于5m的花崗巖球狀殘留體主要分布在全～強(qiáng)風(fēng)化帶中。

5 結(jié)語(yǔ)

本文采用地質(zhì)鉆探取芯的方法對(duì)地下花崗巖球狀殘留體的分布規(guī)律、發(fā)育情況、賦存特征和地質(zhì)特征進(jìn)行了分析和探討，在實(shí)際應(yīng)用中取得了較為理想的效果。由于地下花崗巖球狀殘留體發(fā)育具有較大的離散性，在宏觀層面上，鉆探結(jié)果不能完全揭示花崗巖球狀殘留體的特征。對(duì)花崗巖球狀殘留體的分布規(guī)律未能從其形成機(jī)理的角度進(jìn)行深入分析，這是在今后的工作中需要進(jìn)一步研究的地方。

參考文獻(xiàn)

[1] 李建強(qiáng)，馮濤，何平；花崗巖球狀風(fēng)化綜合勘察技術(shù)研究；鐵道建筑； 2008年10期

[2] 張良輝；廣州復(fù)合地層中盾構(gòu)施工技術(shù)難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施[J]；施工技術(shù)；2005年06期