土壓盾構(gòu)掘進(jìn)遇孤石的判定及處理技術(shù)

齊 嶺

(廣州市城市建設(shè)工程監(jiān)理公司， 廣州 510045)

土壓盾構(gòu)掘進(jìn)遇孤石的判定及處理技術(shù)

齊 嶺

(廣州市城市建設(shè)工程監(jiān)理公司， 廣州 510045)

本文結(jié)合了地鐵21號(hào)線盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)，論述了土壓盾構(gòu)法在掘進(jìn)過程中遭遇孤石的判定方法，并根據(jù)孤石的大小及施工環(huán)境情況提出了孤石的綜合處理措施，從而提高工作效率，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。

盾構(gòu)；孤石；判定；處理方法

1 盾構(gòu)掘進(jìn)遇孤石的判定

盾構(gòu)隧道補(bǔ)充勘察為了進(jìn)一步準(zhǔn)確掌握孤石的分布情況，為孤石處理方案提供依據(jù) ， 必須對(duì)沿線補(bǔ)充勘察，進(jìn)行詳細(xì)了解，采用地質(zhì)探測(cè)儀對(duì)孤石進(jìn)行探測(cè)，發(fā)現(xiàn)孤石后對(duì)該地段進(jìn)行加密補(bǔ)勘， 探測(cè)寬度宜為 7.0m， 間距 0. 5 米， 詳細(xì)掌握孤石的強(qiáng)度、 大小及分布。

施工過程中對(duì)孤石的預(yù)測(cè)和判斷 掘進(jìn)過程中注意觀察盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的異常情況以及掘進(jìn)參數(shù)的異常變化 (例如速度突然變慢、推力、 扭矩突然增大、刀盤振動(dòng)、 盾構(gòu)機(jī)有異響聲等)，判斷是否碰上孤石。 掘進(jìn)過程中隨時(shí)監(jiān)測(cè)刀具和刀盤的受力狀態(tài)， 確保其不超載并觀測(cè)刀盤是否受力不均，以防刀盤產(chǎn)生變形。

2 盾構(gòu)掘進(jìn)發(fā)現(xiàn)前方有硬障礙物

開倉檢查：如掌子面不穩(wěn)定則嘗試壓氣開倉，掌子面不穩(wěn)定且不具備壓氣開倉條件則加固后開倉。發(fā)現(xiàn)刀盤前面有鉆探時(shí)未發(fā)現(xiàn)的孤石或地面預(yù)處理未達(dá)預(yù)期效果的孤石（含限于地面條件無法進(jìn)行地面預(yù)處理的孤石），且盾構(gòu)機(jī)直接掘進(jìn)通過施工風(fēng)險(xiǎn)較大。判斷直接實(shí)施洞內(nèi)靜態(tài)爆破時(shí)掌子面如有坍塌危險(xiǎn)，則根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件進(jìn)行壓氣作業(yè)或進(jìn)行地層加固后再壓氣作業(yè)。采用靜態(tài)爆破劑或巖石分裂機(jī)進(jìn)行洞內(nèi)靜態(tài)爆破；達(dá)到預(yù)定效果后盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)通過。

3 孤石預(yù)處理基本思路及處理原則

由于鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)間采用微動(dòng)法+鉆孔驗(yàn)證進(jìn)行補(bǔ)勘，微動(dòng)法每5m布設(shè)一個(gè)微動(dòng)觀測(cè)臺(tái)陣，預(yù)計(jì)可探測(cè)出孤石群及大部分孤石的位置，部分直徑較小的孤石則可能未被探測(cè)到，因而擬按以下基本思路處理本工程施工中遇到的孤石：

盾構(gòu)機(jī)所有刀具均采用帶合金粒的硬巖滾刀，以增強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)在硬巖中的掘進(jìn)能力；鉆孔探測(cè)時(shí)揭露孤石位于隧道洞身，擬進(jìn)行地面預(yù)處理（當(dāng)評(píng)價(jià)盾構(gòu)機(jī)可直接掘進(jìn)通過此孤石時(shí)可不處理）；盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程發(fā)現(xiàn)的孤石，如判斷盾構(gòu)機(jī)可直接掘進(jìn)通過則檢查更換刀具直接掘進(jìn)通過，如判斷盾構(gòu)機(jī)直接掘進(jìn)通過風(fēng)險(xiǎn)太大則進(jìn)行洞內(nèi)處理后再掘進(jìn)通過；在選擇地面預(yù)處理或洞內(nèi)處理方案時(shí)，總體上優(yōu)先選擇地面預(yù)處理方案，地面不具備條件或處理費(fèi)用太高時(shí)，才選擇洞內(nèi)處理

進(jìn)行地面預(yù)處理的原則：

1）鉆探揭露位于隧道洞身范圍內(nèi)直徑為大于0.4的單個(gè)孤石采取深孔爆破處理；直徑大于約2～3m的孤石優(yōu)先選擇深孔爆破處理。

2）鉆探揭露位于隧道洞身直徑大于約2～3m的單個(gè)孤石當(dāng)采取深孔爆破處理困難時(shí)，可采用豎井開挖結(jié)合人工爆破取出處理，當(dāng)?shù)孛娌痪邆渫谪Q井條件時(shí)采取用鉆機(jī)將孤石鉆成蜂窩狀再盾構(gòu)直接破碎通過。

3）鉆孔揭露位于隧道洞身的孤石群采取豎井開挖結(jié)合人工處理；

4）鉆孔垂直方向揭露兩個(gè)或以上的孤石，首選采用深孔爆破處理方案。當(dāng)深孔爆破實(shí)施困難時(shí)可根據(jù)地面場(chǎng)地條件在孤石上方挖豎井然后進(jìn)行人工爆破、人工取出第一塊孤石，按從上往下的順序依次處理下方的孤石；

4 地面處理方法

4.1 爆破施工

通過地面引孔爆破時(shí)孤石基本分裂成單邊小于0.3米的巖塊。

孤石處理實(shí)施階段將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況編制地面引孔爆破或井內(nèi)爆破孤”的相關(guān)方案， 《爆破安全專項(xiàng)施工方案》《爆破施工應(yīng)急預(yù)案》。

4.2 豎井挖孤石施工

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境及管線條件，擬定豎井的開挖尺寸和深度，并根據(jù)地質(zhì)條件的差異，采取不同的支護(hù)措施及地層加固措施， 根據(jù)孤石的大小及與隧道洞身的位置確定豎井開挖的位置、尺寸大小及深度。原則上只要處理盾構(gòu)隧道開挖范圍內(nèi)的孤石即可，盾構(gòu)隧道開挖范圍需外放30cm確保施工誤差不會(huì)造成影響。

4.3 靜態(tài)爆破施工

4.3.1 使用靜態(tài)爆破劑實(shí)施靜態(tài)爆破

將一種含有鉬、鎂、鈣、鈦等元素的無機(jī)鹽粉末狀靜態(tài)破碎劑，用適量水調(diào)成流動(dòng)狀漿體，直接灌入鉆孔中，經(jīng)水化反應(yīng)，使晶體變形，隨時(shí)間的增長產(chǎn)生巨大膨脹壓力（徑向壓應(yīng)力和環(huán)向拉應(yīng)力），緩慢地、靜靜地施加給孔壁，經(jīng)過一段時(shí)間后達(dá)到最大值，將混凝土或巖石脹裂、破碎。

4.3.2 使用巖石分裂機(jī)實(shí)施靜態(tài)爆破

此方法采取人工進(jìn)入豎井底部或土倉內(nèi)利用巖石分裂機(jī)進(jìn)行硬處理。

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，如感覺前方遇到硬障礙物，應(yīng)開倉進(jìn)行檢查，如地層不穩(wěn)定則需壓氣開倉（在掘進(jìn)階段將根據(jù)實(shí)際情況做《壓氣作業(yè)安全專項(xiàng)施工方案》），如地層不穩(wěn)定且覆土過薄或氣密性差不能滿足壓氣要求則需要刀盤周邊地層進(jìn)行加固后進(jìn)行開倉（加固方案將在實(shí)施階段根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)）。開倉后判斷盾構(gòu)機(jī)可直接掘進(jìn)通過前方孤石，則檢查更換刀具后掘進(jìn)通過；如判斷盾構(gòu)機(jī)直接掘進(jìn)通過將有較大施工風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，則采取洞內(nèi)處理后再掘進(jìn)通過。

在倉內(nèi)采取人工爆破的方法處理孤石，而地層不夠穩(wěn)定時(shí)，主要考慮采取袖閥管進(jìn)行地層注漿加固措施。在倉內(nèi)采取靜態(tài)爆破的方法處理孤石，而地層不夠穩(wěn)定時(shí)，主要考慮采取壓氣作業(yè)措施。當(dāng)由于周邊地層透氣性較好或不透氣層覆蓋較薄的時(shí)候，可先采取袖閥管進(jìn)行地層注漿加固，然后再進(jìn)行壓氣作業(yè)。

倉內(nèi)加固當(dāng)出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)無法繼續(xù)掘進(jìn)，且地質(zhì)條件不具備帶壓開倉要求，盾構(gòu)機(jī)刀盤又不在預(yù)加固體內(nèi)，則須對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀盤前方土體進(jìn)行加固，以達(dá)到開倉條件進(jìn)行刀盤前方硬巖處理。注漿用鋼花管會(huì)對(duì)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)造成障礙，在孤石處理后盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)前，需從預(yù)留注漿孔將鋼管拔除。洞內(nèi)炸藥爆破施工：孤石處理實(shí)施階段將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況洞內(nèi)炸藥爆破孤石相關(guān)方案，而爆破方案和壓氣作業(yè)的具體內(nèi)容則另見《壓氣作業(yè)安全專項(xiàng)施工方案》及《爆破安全專項(xiàng)施工方案》。

采用洞內(nèi)炸藥爆破施工條件：補(bǔ)充鉆探和詳堪未揭露而盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)存在于刀盤前面的孤石，或已經(jīng)經(jīng)過地面預(yù)處理但盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)發(fā)現(xiàn)其未達(dá)到預(yù)定處理效果的孤石（包括限于地面條件無法從地面進(jìn)行預(yù)處理的孤石），且該孤石周邊地段滿足采取炸藥爆破手段。

孤石破碎程度要求：將孤石基本分裂成單邊小于0.3米的巖塊。采用洞內(nèi)靜態(tài)爆破施工條件：主要針對(duì)補(bǔ)充鉆探和詳堪未揭露而盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)存在于刀盤前面的孤石，或已經(jīng)經(jīng)過地面預(yù)處理但盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)發(fā)現(xiàn)其未達(dá)到預(yù)定處理效果的孤石（包括限于地面條件無法從地面進(jìn)行預(yù)處理的孤石）。

盾構(gòu)機(jī)直接掘進(jìn)通過孤石

判斷條件應(yīng)滿足下列條件：

1）孤石周邊地層較好(或經(jīng)過加固后較穩(wěn)定)，施工安全風(fēng)險(xiǎn)較??；

2）從工程經(jīng)濟(jì)、施工進(jìn)度的角度分析盾構(gòu)機(jī)直接掘進(jìn)通過更加劃算；

3）孤石強(qiáng)度不高且RQD值較低，若通過孤石的強(qiáng)度及RQD值判斷達(dá)到微風(fēng)化花崗巖的程度則不宜直接掘進(jìn)通過。盾構(gòu)機(jī)直接掘進(jìn)通過施工措施

4）刀具的配置和檢查更換

a使用刀刃加厚的硬巖刀在孤石地層中掘進(jìn)。

b在掘進(jìn)通過孤石前，全面檢查刀具，當(dāng)邊緣滾刀正常磨損超過10mm、正面滾刀正常磨損超過20mm、中心滾刀正常磨損超過25mm以及出現(xiàn)滾刀其他非正常損壞情況時(shí)應(yīng)立即更換；并且，在掘進(jìn)過程中隨時(shí)留意掘進(jìn)參數(shù)的異常變化并及時(shí)檢查刀具。

2)掘進(jìn)施工的控制措施

a采用小推力、低扭矩、低轉(zhuǎn)速掘進(jìn)，并把掘進(jìn)速度控制在8～20mm。

b根據(jù)地層的情況保持一定的土倉壓力，可采用半土壓半氣壓提供土倉壓力的掘進(jìn)模式。

c掘進(jìn)過程中適量添加泡沫和水，改良正面土體，降低刀具和土體的摩擦力，減小扭矩，降低刀盤和土體溫度，減小刀具的偏磨。

d根據(jù)掘進(jìn)的速度匹配合適的注漿速度，并確保同步注漿量；及時(shí)對(duì)同步注漿未能填充滿的管片背面進(jìn)行二次補(bǔ)充注漿。

e在掘進(jìn)通過孤石的過程中加強(qiáng)地面監(jiān)測(cè)，并做好注漿加固的應(yīng)急準(zhǔn)備。

K928

B

1007-6344（2017）10-0137-01