深圳地鐵2號線盾構(gòu)機(jī)通過孤石的處理技術(shù)

賀朝榮

（深圳市市政工程總公司，廣東深圳 518034）

0 前言

泥水盾構(gòu)機(jī)在土層中掘進(jìn)，能夠顯著體現(xiàn)這種技術(shù)的高效、安全等優(yōu)勢。但是，在盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)過程中，如果碰到堅硬的巖石或者其它障礙物，往往會成為比較棘手的問題。盾構(gòu)穿越孤石地層是盾構(gòu)隧道施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。盾構(gòu)在該類地層中掘進(jìn)，常發(fā)生盾構(gòu)偏離軸線、噴涌、開挖面失穩(wěn)、結(jié)泥餅、刀盤刀具嚴(yán)重磨損，甚至在巖層中發(fā)生因邊緣刀具磨損嚴(yán)重而使盾構(gòu)機(jī)被圍巖卡住等風(fēng)險事件。

深圳地鐵2號線東延線香蜜站 (原香蜜湖站)—香梅北站區(qū)間采用盾構(gòu)掘進(jìn)，在隧道線路中碰到一塊堅硬的孤立巖石。在盾構(gòu)通過之前，預(yù)先采取處理措施，即采取地面人工挖孔、劈裂地下孤石等方法，使盾構(gòu)順利通過了該地段，解決了盾構(gòu)施工的技術(shù)難題，為類似工程提供了寶貴的經(jīng)驗。

1 工程概述

深圳地鐵2號線東延線香蜜站 (原香蜜湖站)—香梅北站區(qū)間位于深圳市福田區(qū)，區(qū)間起迄里程為Y(Z)CK20+941.286～Y(Z)CK21+686.056。原始地貌為臺地及其間溝谷。區(qū)間范圍處于沖洪積平原區(qū)與臺地區(qū)交接地帶。

該區(qū)間自香梅北站始發(fā)，到香蜜站接收。根據(jù)Z3-2TXX-20勘探孔顯示，地層自上而下主要為：素填土、礫質(zhì)粘土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖。巖層裂隙水較發(fā)育，但廣泛分布在花崗巖的中～強(qiáng)風(fēng)化帶、構(gòu)造節(jié)理裂隙密集帶中。

據(jù)勘察報告顯示，在香蜜站(原香蜜湖站)—香梅北站區(qū)間右線Z3-2TXX-20空位處存在微風(fēng)化花崗巖，埋深8.8～11.0 m，經(jīng)補(bǔ)勘實(shí)驗發(fā)現(xiàn)該巖石的抗壓強(qiáng)度在160～190 MPa，且孤立存在。孤石位置縱剖面見圖1所示，平面位置見圖2所示。孤石與隧道的立面關(guān)系見圖3所示。

2 孤石處理方案

2.1 處理目的

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，上述孤石將對盾構(gòu)刀盤刀具具有破壞性作用，使盾構(gòu)機(jī)無法正常掘進(jìn)。為避免這一施工風(fēng)險，將在盾構(gòu)到達(dá)之前，將該巖石進(jìn)行處理，保障盾構(gòu)的正常掘進(jìn)。

2.2 處理方法

經(jīng)過反復(fù)研究，決定采用下面的處理方案：測量定位后，采用人工挖孔將孤石上方土層挖開，找到孤石，然后采用劈石機(jī)將孤石劈開取出，最后采用M10砂漿或素混凝土回填孔位，回填至隧道上方3 m后采用原土回填。

2.3 孔位布置

經(jīng)補(bǔ)勘顯示，孤石平面最大尺寸為3 m左右，為保證將隧道范圍的孤石全部取出，擬布設(shè)一個直徑3 m的孔。如果在施工過程中還發(fā)現(xiàn)另有孤石，再進(jìn)行加孔開挖處理（見圖4）。

3 人工挖孔施工

3.1 挖孔施工工藝流程

人工挖孔施工的整個工藝流程如下：場地清理→放線、定孔位→做井圈（高于原地面30 cm）→挖第一節(jié)孔土方→綁扎護(hù)壁鋼筋、支模澆灌第一節(jié)護(hù)壁混凝土→在護(hù)壁上二次投測標(biāo)高及孔位十字軸線→安裝、調(diào)試垂直運(yùn)輸架、吊土桶、污水泵、鼓風(fēng)機(jī)、照明設(shè)施等→第二節(jié)孔挖土→清理孔四壁、校核孔直徑→拆上節(jié)模板、支第二節(jié)模板、校對孔中垂直、澆筑第二節(jié)護(hù)壁混凝土→重復(fù)第二節(jié)挖土、支模、澆灌護(hù)壁混凝土工序，循環(huán)作業(yè)直至出現(xiàn)孤石(穿過隧道范圍)→清理巖渣、排除孔底積水。

3.2 挖孔作業(yè)

松散土層用人工鋤、鏟、鎬開挖，進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層后用風(fēng)鎬破碎掘進(jìn)或采用爆破，挖孔時需每節(jié)校正孔中心及幾何尺寸偏差，經(jīng)檢查合格后才能進(jìn)行下一道工序。每個孔孔徑3.0 m，每節(jié)護(hù)壁的開挖深度為1.25 m，遇到砂層流砂時為0.5 m，并及時澆灌，盡量減少孔內(nèi)涌砂。孔開挖超過5 m以后，孔內(nèi)施工時要用鼓風(fēng)機(jī)連續(xù)向孔內(nèi)送風(fēng)，風(fēng)管口要求距離孔底2 m左右，孔內(nèi)照明采用低壓防爆燈泡，燈泡位置離孔底2 m，不能直接放在井底。

為保證混凝土護(hù)壁的整體性，在淤泥和流砂層土質(zhì)以上土層均按設(shè)計要求用Φ14鋼筋作拉結(jié)筋，以免護(hù)壁脫節(jié)下沉。

3.3 土方運(yùn)輸

在孔口安裝支架及0.5 t慢速卷揚(yáng)機(jī)。土用吊桶提升。

3.4 排水

開挖過程中，如有少量地下水要隨挖隨用吊桶將泥水一起吊出，如滲水量較大，則在孔底一側(cè)挖集水坑，用高揚(yáng)程水泵排出。

3.5 護(hù)壁制作

設(shè)計孔徑3 m的，護(hù)壁厚度200 mm，縱向鋼筋Φ14@150，箍筋Φ8@150，外插筋用Φ14@250。自設(shè)計隧道頂1 m至隧道底1 m均采用同等大小的玻璃纖維筋。

孔成形模板采用鋼制，按比例分塊定型，普通型的鋼模高為1.0 m。拆上節(jié)、支下節(jié)，循環(huán)周轉(zhuǎn)使用，模板間用U形卡連接，上下各設(shè)一道型鋼圈頂緊，鋼圈由兩半圓組成，用螺拴連接，不另設(shè)支撐，以便澆筑混凝土和下一節(jié)挖土操作。為了滿足工期要求，每孔配制一套以上模板（見圖5）。

3.6 澆筑護(hù)壁混凝土

孔護(hù)壁混凝土由現(xiàn)場集中機(jī)械攪拌，通過料糟輸送至基坑底料斗蓄存，用手推車運(yùn)至孔口，再用吊桶垂直運(yùn)至孔內(nèi)操作面，人工從護(hù)壁上口澆灌。混凝土采用高標(biāo)號早強(qiáng)水泥，1～3 cm碎石，坍落度控制在7～9 cm，強(qiáng)度等級為C25。在正常的情況下，每挖深一個節(jié)高，立即綁扎護(hù)壁鋼筋、支模后澆筑混凝土，混凝土應(yīng)一次連續(xù)澆筑完成，不得在有積水淹入模板的情況下澆筑護(hù)壁混凝土。

澆灌護(hù)壁混凝土?xí)r，用敲擊模板及用鋼揪插實(shí)方法。發(fā)現(xiàn)護(hù)壁有蜂窩、漏水現(xiàn)象，及時加以堵塞，防止孔外水通過護(hù)壁流入孔內(nèi)。應(yīng)確保護(hù)壁混凝土厚度符合設(shè)計要求，以防塌孔。護(hù)壁混凝土內(nèi)模的拆除，應(yīng)在24 h后進(jìn)行。

護(hù)壁混凝土施工中，每三節(jié)校核一次垂直度，護(hù)壁頂高出地面30 cm。

3.7 其他技術(shù)要求

（1）成孔施工過程中，護(hù)壁要正圓形，防止土層側(cè)壓力對護(hù)壁的破壞，必要時護(hù)壁混凝土采用早強(qiáng)混凝土。

（2）為防止不良土層的塌方造成井圈下陷，護(hù)壁內(nèi)要加插Φ14@250的吊筋和Φ8@150箍筋，在隧道范圍內(nèi)，采用同等大小的玻璃纖維筋。若地下水對施工有較大影響時，應(yīng)在護(hù)壁接口處加插導(dǎo)流膠管，進(jìn)行有組織排水，管根部留碎石濾水層。

4 劈石處理方案

采用風(fēng)槍、液壓劈裂槍、風(fēng)鎬劈裂孤石，再用吊桶將碎石吊出地面。過程如下：

（1）選擇具有凌空面的巖石或具有夾層的巖石部分優(yōu)先拆除依次向巖層中心推進(jìn)。

（2）打孔：首先在巖石上用風(fēng)槍鉆孔，每間隔1 m垂直打孔，孔距40—60 cm、孔深55 cm以上時，孔徑采用42 cm的鉆頭。

（3）插入劈裂槍，將巖石分裂，破壞巖層結(jié)構(gòu)。

（4）清渣：用吊桶將碎石吊出孔，在個別巖石經(jīng)分裂機(jī)分裂后仍很緊，人工撬松，風(fēng)鎬進(jìn)行敲擊，可迅速破碎巖石；施工采用風(fēng)槍打孔和一臺液壓劈裂槍配合進(jìn)行，施工作業(yè)時，引孔后用液壓劈裂槍對巖石進(jìn)行分裂。

5 孔位回填

待孤石清理完畢后，及時將孔位回填。先采用M10砂漿或素混凝土回填至隧道上方3 m后，換用原土回填。原土回填后要求壓實(shí)，壓實(shí)度達(dá)到90%以上。

6 結(jié)語

該工程自2009年8月1日開始至2009年8月15日結(jié)束，整個孤石處理順利完工。

盾構(gòu)穿越孤石地層是盾構(gòu)隧道施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。通過這次成功的實(shí)踐，可以得出以下結(jié)論：

（1）在泥水盾構(gòu)碰到的情況下，采取地面人工挖孔、劈裂地下孤石等措施，可以成功地通過堅硬巖石地段。

（2）這項技術(shù)是盾構(gòu)隧道成功過孤石的有效技術(shù)。本文敘述的工程案例可為類似工程提供寶貴的經(jīng)驗。

[1]GB50446-2008，盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范[S].

[2]齊震明，唐檢軍.深圳地質(zhì)條件下盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)[J].西部探礦工程,2005,（8）．