盾構(gòu)穿越花崗巖球狀風(fēng)化孤石群的施工關(guān)鍵技術(shù)

黃恒儒

(廣州市盾建地下工程有限公司，廣東 廣州 510030)

0 引言

花崗巖地層由于其物質(zhì)組成特點(diǎn)，在風(fēng)化過(guò)程中很容易發(fā)育出未風(fēng)化或者微風(fēng)化的堅(jiān)硬球狀體，即“孤石”。孤石的存在對(duì)地下工程尤其是盾構(gòu)隧道工程施工影響極大，容易導(dǎo)致地面沉降、設(shè)備損壞、隧道質(zhì)量事故等風(fēng)險(xiǎn)，是盾構(gòu)施工的“天敵”之一。在廣州北部和東部部分地區(qū)，廣泛分布有燕山期花崗巖，由于風(fēng)化不均產(chǎn)生了大量孤石，孤石的分布在部分區(qū)域較為零散而部分區(qū)域則密集成群，廣州地鐵3、6、21號(hào)線等建設(shè)時(shí)均因遇到孤石而導(dǎo)致工期滯后。近年來(lái)，業(yè)內(nèi)總結(jié)出的孤石處理方式主要有2種:一是在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)孤石進(jìn)行處理，如使用盾構(gòu)直接切削孤石、洞內(nèi)火工爆破孤石或洞內(nèi)液壓劈裂機(jī)處理孤石;二是在盾構(gòu)施工前對(duì)孤石進(jìn)行預(yù)處理，如采用地面沖孔破除孤石、人工挖孔樁挖除孤石、地面鉆孔爆破孤石等［1－5］。這些方法在應(yīng)對(duì)單體孤石時(shí)取得了良好的效果，但在孤石發(fā)育密集的孤石群區(qū)，施工風(fēng)險(xiǎn)和困難比單體孤石要大得多，采用單一的孤石處理方式往往具有一定的局限性。為此，本文依托廣州市6號(hào)線(蘿崗站—香雪站)盾構(gòu)區(qū)間的施工實(shí)例，分析盾構(gòu)在孤石群地層中的施工風(fēng)險(xiǎn)，從孤石預(yù)處理、盾構(gòu)掘進(jìn)和開(kāi)艙等方面系統(tǒng)地研究盾構(gòu)穿越孤石群的方法。

1 工程概況

廣州軌道交通6號(hào)線 (蘿崗站—香雪站)區(qū)間位于廣州市蘿崗區(qū)，隧道直徑為6 m，采用盾構(gòu)法施工。該工程隧道線路上通過(guò)勘探揭露及盾構(gòu)掘進(jìn)遇到的孤石約200多塊，其中孤石發(fā)育密集的區(qū)域包括檢察院段孤石群、大朗村段孤石群和隔陂涌段孤石群等。

檢察院段左線孤石群位于里程ZDK40+030～+123，通過(guò)補(bǔ)勘揭露孤石27塊。孤石天然抗壓強(qiáng)度為80～110 MPa，RQD值為80% ～100%，主要發(fā)育于〈5H－2〉硬塑狀花崗巖殘積土和〈6H〉全風(fēng)化花崗巖殘積土中。左線檢察院段孤石群縱斷面見(jiàn)圖1。

圖1 左線檢察院段孤石群縱斷面圖(單位:m)Fig.1 Longitudinal profile of left tunnel tube showing boulder groups(m)

2 孤石群形成機(jī)制及盾構(gòu)穿越孤石群主要施工風(fēng)險(xiǎn)

2.1 孤石形成機(jī)制及其地質(zhì)特征

花崗巖在形成演化期間由于受構(gòu)造應(yīng)力和風(fēng)化應(yīng)力的影響形成許多相互正交的節(jié)理，在這些節(jié)理切割形成的花崗巖塊狀巖石露出地表后不斷受風(fēng)化作用的過(guò)程中，其突出棱角部位易受風(fēng)化并趨向球形，便形成了球狀風(fēng)化體，俗稱“孤石”。花崗巖球狀風(fēng)化體的分布雖無(wú)固定規(guī)律，但也有一些明顯特征:其大小隨著風(fēng)化程度的增強(qiáng)而減小，而數(shù)量卻隨著風(fēng)化程度的增強(qiáng)而增加，但在垂直風(fēng)化剖面上具有“上多下少、上小下大”的特點(diǎn)［1］。

花崗巖球狀風(fēng)化孤石群風(fēng)化的殘積土主要為砂質(zhì)黏性土及礫質(zhì)黏性土，土質(zhì)均勻性差，含砂量高，遇水易軟化崩解;風(fēng)化殘留的孤石抗壓強(qiáng)度高，與周邊風(fēng)化的軟弱地層的強(qiáng)度差異極大;一般在孤石密集發(fā)育的區(qū)域周邊地層含水量較高。

2.2 盾構(gòu)穿越孤石群主要施工風(fēng)險(xiǎn)

盾構(gòu)在掘進(jìn)孤石群時(shí)，主要靠刀盤上的滾刀破巖前進(jìn)，而滾刀能否順利破巖主要取決于盾構(gòu)能否提供足夠的切削力破巖以及孤石不能移動(dòng)［2］。盾構(gòu)在通過(guò)孤石群地層時(shí)，主要存在以下風(fēng)險(xiǎn)。

1)掘進(jìn)速度慢，掘進(jìn)參數(shù)波動(dòng)大，對(duì)周邊地層擾動(dòng)較大，容易超挖，導(dǎo)致出現(xiàn)地面沉降的風(fēng)險(xiǎn)。

2)掘進(jìn)時(shí)周邊軟弱土體破壞，使孤石移動(dòng)，盾構(gòu)姿態(tài)難以控制［1，4］。

3)孤石強(qiáng)度太高或孤石滾動(dòng)使?jié)L刀無(wú)法順利破巖，在掘進(jìn)中容易出現(xiàn)刀具損壞失效的問(wèn)題，導(dǎo)致盾構(gòu)不能正常掘進(jìn)，甚至被迫停機(jī)。

4)盾構(gòu)在孤石群中連續(xù)破巖掘進(jìn)，需要頻繁開(kāi)艙換刀，而孤石群周邊地層自穩(wěn)性差，加上掘進(jìn)施工擾動(dòng)，開(kāi)艙作業(yè)困難。

3 盾構(gòu)穿越孤石群施工總體思路

傳統(tǒng)的孤石預(yù)處理方式有盾構(gòu)直接切削孤石、液壓劈裂機(jī)預(yù)處理孤石、洞內(nèi)火工爆破處理孤石、沖孔預(yù)處理孤石、人工挖孔挖除孤石及地下深孔爆破孤石等［1－5］。在孤石群地層中，盾構(gòu)無(wú)法直接掘進(jìn)通過(guò);沖孔法在應(yīng)對(duì)垂直方向上密集交叉重疊的孤石時(shí)容易偏孔、卡錘，基本難以實(shí)施;人工挖孔挖除孤石法在處理水平方向上密集分布的孤石時(shí)布孔間距縮小，開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)增大且孤石難以徹底挖除干凈，施工工效也較低;采用洞內(nèi)火工爆破和液壓劈裂機(jī)處理孤石的方法更是時(shí)刻伴隨著開(kāi)艙的安全風(fēng)險(xiǎn)且效率低下。相對(duì)而言，采用地下深孔爆破方式處理孤石群比較徹底，爆破破碎孤石后盾構(gòu)掘進(jìn)難度降低，有利于控制地面沉降、姿態(tài)跑偏、刀具損壞等風(fēng)險(xiǎn)，其施工工效高而且環(huán)保;但對(duì)孤石群實(shí)施爆破只是破碎了巖體卻未能把巖石取出而徹底解決掘進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)，盾構(gòu)在長(zhǎng)距離的孤石群中掘進(jìn)仍存在刀具損壞的問(wèn)題，且爆破擾動(dòng)及花崗巖殘積土易軟化崩解的特點(diǎn)也會(huì)對(duì)開(kāi)艙更換刀具作業(yè)帶來(lái)巨大的困難。因此，在盾構(gòu)穿越孤石群的施工中，除了采用深孔爆破預(yù)處理孤石以外，為保證盾構(gòu)掘進(jìn)穩(wěn)定須采用特殊的掘進(jìn)技術(shù)，并利用合適的輔助措施以確保開(kāi)艙換刀作業(yè)順利實(shí)施。

4 盾構(gòu)穿越孤石群的施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 地下隱蔽巖體爆破預(yù)處理技術(shù)

4.1.1 地下隱蔽巖體爆破技術(shù)

4.1.1.1 爆破的技術(shù)指標(biāo)

孤石處理的目標(biāo)是使巖石破碎后減少其塊體尺寸使掘進(jìn)難度降低，并在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中碎石能順利地通過(guò)刀盤開(kāi)口進(jìn)入土艙，最后通過(guò)螺旋機(jī)排出。因此，爆破的技術(shù)指標(biāo)主要有2方面:一是結(jié)合本工程盾構(gòu)設(shè)備參數(shù)，地面鉆孔爆破處理后的孤石碎塊尺寸不超過(guò)300 mm;二是降低巖石的RQD值，將之控制在50%以下。

4.1.1.2 爆破布孔及裝藥結(jié)構(gòu)

采用深孔爆破處理孤石的主要困難是爆破沒(méi)有臨空面，為解決這一難題，可采用鉆孔分段微差爆破法。該技術(shù)是采用毫秒延時(shí)雷管，在孔間、孔內(nèi)以毫秒級(jí)的時(shí)間間隔，按一定順序起爆，利用封閉巖體與周邊圍巖介質(zhì)的差異，分期爆破，第1期爆破形成空腔，為第2期爆破提供自由面，經(jīng)多孔多段微差擠壓爆破，最終破碎巖體［5］。

爆破孔采用鉆機(jī)成孔后下90 mm的PVC套管護(hù)孔，套管底需安有堵頭。孔位布置采用矩形或梅花形，間距0.5～0.8 m，其中孤石中間的孔為裝藥孔，孤石周邊布置空孔，如圖2所示。

圖2 爆破布孔平面示意圖Fig.2 Plan layout of blasting holes

因孤石厚度不均，在裝藥時(shí)須考慮到測(cè)量以及藥包吊裝過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。因此，單孔單體爆破時(shí)裝藥長(zhǎng)度與巖石厚度相同;多孔單體爆破時(shí)，相鄰2個(gè)炮孔，其中1個(gè)炮孔鉆至孤石底面(即鉆穿)，裝藥至炮孔底部，孤石頂面留10 cm不裝藥，鄰孔孔底距離孤石底面10 cm，裝藥至炮孔底部，孤石頂面留10 cm不裝藥。爆破裝藥結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

圖3 爆破裝藥結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Charging structure of blasting holes

4.1.1.3 地下爆破藥量的確定

本工程爆破對(duì)象位于地下18～22 m，且存在地下水，故視為水下爆破。依據(jù)瑞典的設(shè)計(jì)方法，單位耗藥量

式中:q1為基本裝藥量，是一般陸地梯段爆破的2倍，對(duì)水下垂直鉆孔，再增加10%(普通堅(jiān)硬巖石的深孔爆破平均單耗q1=0.5 kg/m3，則水下鉆孔q1=1.0 kg/m3，水下垂直孔q1=1.1 kg/m3);q2為爆區(qū)上方水壓增量，q2=0.01h2;h2為水深，m;q3為爆區(qū)上方覆蓋層增量，q3=0.02h3;h3為覆蓋層(淤泥或土、砂)厚度，m;q4為巖石膨脹增量，q4=0.03h;h為梯段高度，m。

本工程h=4 m，h2平均取20 m，h3=18 m，則

在爆破作業(yè)過(guò)程中參照上述數(shù)據(jù)試爆后，再針對(duì)具體情況調(diào)整爆破參數(shù)。確定炸藥單耗量以后，根據(jù)孤石的體積計(jì)算不同孤石裝藥參數(shù)。

4.1.1.4 爆破振速監(jiān)測(cè)

爆破施工前應(yīng)對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，了解周邊建構(gòu)筑物的情況，并根據(jù)建構(gòu)筑物與爆破中心的距離、建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)強(qiáng)弱及重要性選擇監(jiān)測(cè)對(duì)象。爆破作業(yè)時(shí)，將爆破監(jiān)測(cè)儀置于建構(gòu)筑物基礎(chǔ)上表面(若基礎(chǔ)埋于土層下，則選擇最近基礎(chǔ)且堅(jiān)實(shí)的地面作為測(cè)點(diǎn))，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)反饋數(shù)據(jù)，調(diào)整爆破參數(shù)，確保周邊環(huán)境安全。

4.1.1.5 封孔措施

實(shí)施爆破施工后，爆破孔的存在容易使盾構(gòu)掘進(jìn)或壓氣開(kāi)艙出現(xiàn)噴涌、冒泥漿或漏氣的問(wèn)題，故要求爆破后周邊區(qū)域的鉆孔必須封好。一般是采用鉆機(jī)從鉆孔底部自下而上灌滿水泥漿，如需要短時(shí)間內(nèi)凝固時(shí)可采用水泥－水玻璃雙液漿灌注。

4.1.2 爆破效果驗(yàn)證

4.1.2.1 鉆孔取芯驗(yàn)證

爆破后對(duì)孤石進(jìn)行抽芯驗(yàn)證，抽芯巖石粒徑小于300 mm，并經(jīng)統(tǒng)計(jì)，爆破后巖石RQD值可達(dá)到25% ～50%。孤石爆破后取芯巖樣見(jiàn)圖4。

4.1.2.2 掘進(jìn)參數(shù)比對(duì)

對(duì)比爆破前后盾構(gòu)掘進(jìn)情況，可見(jiàn)推力、扭矩有所降低，掘進(jìn)速度上升，施工工效提高明顯。孤石爆破處理前后掘進(jìn)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

圖4 孤石爆破后取芯巖樣圖Fig.4 Rock cores taken after blasting

表1 孤石爆破處理前后掘進(jìn)參數(shù)對(duì)比Table 1 Tunneling parameters before and after the boulder blasting

4.2 地層壓密注漿加固技術(shù)

4.2.1 注漿方法的選擇

花崗巖殘積土自穩(wěn)性差，孤石發(fā)育密集部位地下水豐富，并經(jīng)爆破施工及盾構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間的掘進(jìn)擾動(dòng)導(dǎo)致地層松動(dòng)，壓氣時(shí)容易出現(xiàn)地面漏氣導(dǎo)致無(wú)法穩(wěn)壓、掌子面土層松動(dòng)塌落等問(wèn)題，無(wú)法實(shí)施帶壓進(jìn)艙作業(yè)，故壓氣作業(yè)前宜先對(duì)周邊地層進(jìn)行注漿改良。

地層注漿按漿液注入形態(tài)可分為充填灌漿法、滲透注漿法、壓密注漿法及劈裂注漿法［6］。根據(jù)花崗巖殘積土的特性，采用壓密注漿法、劈裂注漿法方法均可行，但從成本和工期方面考慮，本工程采用壓密注漿法進(jìn)行地基加固。

4.2.2 壓密注漿主要參數(shù)設(shè)計(jì)

4.2.2.1 注漿材料的選擇與配合比

壓密注漿的材料一般采用強(qiáng)度較高的硬砂漿類材料［7］，塌落度較小，其對(duì)注漿設(shè)備和注漿方法要求很高。為達(dá)到壓密注漿的目的，同時(shí)又規(guī)避硬砂漿類注漿材料的缺點(diǎn)，本工程采用濃水泥漿－水玻璃雙液漿作為注漿材料，并要求雙液漿注入后馬上初凝，以減少漿液流失，實(shí)現(xiàn)壓密注漿的效果。現(xiàn)場(chǎng)配置時(shí)，雙液漿初凝時(shí)間控制在20 s以內(nèi)，可按以下配比進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)整:水泥漿的水灰質(zhì)量比為0.5∶1，水泥漿溶液與水玻璃溶液體積比為2∶1，水玻璃與水體積比為1∶2～1∶3。

4.2.2.2 注漿范圍

地層壓密注漿以實(shí)現(xiàn)壓氣開(kāi)艙檢查刀具為目的，注漿范圍設(shè)計(jì)為:垂直方向隧道底部至頂部以上5 m，橫向?yàn)樗淼纼蓚?cè)以外2 m，縱向?yàn)槎軜?gòu)切口后方1 m至刀盤前方3 m。注漿孔間距1.2 m，盡量布置在爆破孔上，使爆破擾動(dòng)最大的部位得到最強(qiáng)加固。

4.2.2.3 注漿量

壓密注漿不以注漿壓力為最終控制［8］，僅控制注漿量。注漿量的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮土的空隙體積、漿液注入率、漿液流失等［9］，可按式(2)計(jì)算。

式中:K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，在中粗砂地層一般取0.5～0.7，細(xì)砂和黏性土一般取0.3～0.5;V為注漿對(duì)象的土量;n為土的孔隙率。實(shí)際注漿量應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)不同的地層條件試驗(yàn)調(diào)整，本工程經(jīng)過(guò)多次注漿和壓氣試驗(yàn)，最終確定每立方土體的注漿量控制在0.2～0.27 m3較合適，既節(jié)約成本又能達(dá)到壓氣開(kāi)艙的目的。

4.2.3 壓密注漿的實(shí)施

由于雙液漿初凝時(shí)間較短，一般的注漿設(shè)備和注漿方法不能滿足要求，故采用鉆孔及注漿設(shè)備一體化的雙重管注漿機(jī)進(jìn)行雙重管注漿:先進(jìn)行鉆孔，鉆孔完成后直接利用內(nèi)設(shè)雙重管的鉆桿進(jìn)行注漿，水泥漿及水玻璃溶液通過(guò)雙重管在孔底混合，調(diào)整雙液漿的配合比，可達(dá)到雙液漿注入后馬上初凝的效果，以實(shí)現(xiàn)地層壓密的目的。

4.2.4 開(kāi)艙效果

實(shí)施壓密注漿后，注漿點(diǎn)周邊形成漿泡，漿泡擠壓周邊土體使之密實(shí)以達(dá)到壓氣開(kāi)艙的目的。本工程在施工過(guò)程中，采用壓密注漿輔助壓氣開(kāi)艙達(dá)20多次，成功率高達(dá)90%以上，效果較好。

4.3 帶壓進(jìn)艙檢查及更換刀具技術(shù)

在花崗巖殘積土的地質(zhì)條件下，一般需要先對(duì)地層進(jìn)行加固后才能常壓開(kāi)艙，但地層加固必須整體較強(qiáng)、無(wú)薄弱部位，否則仍存在較大風(fēng)險(xiǎn)，故常壓開(kāi)艙成本高、工期長(zhǎng)。為此，本工程采用對(duì)開(kāi)艙部位地層進(jìn)行簡(jiǎn)單的壓密注漿改良后實(shí)施帶壓進(jìn)艙作業(yè)的方法，具有成本低、工期短的優(yōu)點(diǎn)。

4.3.1 帶壓進(jìn)艙輔助措施

1)盾殼后部止水措施。盾殼及管片背后存在的空隙一般情況下容易成為往土艙透水的通道，并且向土艙壓氣時(shí)又會(huì)造成漏氣現(xiàn)象。在壓氣作業(yè)前，應(yīng)通過(guò)盾尾注水泥－水玻璃雙液漿、盾體徑向孔注低強(qiáng)度化學(xué)漿等措施使盾殼后部形成密封止水環(huán)。

2)掌子面泥膜護(hù)壁措施。為增強(qiáng)土艙周邊地層的氣密性，增大壓氣作業(yè)的成功率，可往土艙注入高黏度、高質(zhì)量的膨潤(rùn)土漿，并反復(fù)攪拌和置換艙內(nèi)渣土，最終在掌子面形成泥膜。

3)壓氣置換氣體。換刀過(guò)程的工作氣壓為靜止?fàn)顟B(tài)下土艙頂部壓力加約0.03 MPa的增量。進(jìn)艙作業(yè)前，首先進(jìn)行壓氣置換土體，壓氣置換土體時(shí)氣壓比換刀的工作氣壓高約0.02 MPa。壓氣置換土艙土體工作完成之后，將土艙氣壓緩慢地降至工作氣壓，然后穩(wěn)壓觀察約1 h，穩(wěn)壓過(guò)程中除了氣壓必須保持穩(wěn)定以外，還須打開(kāi)艙壁3—9點(diǎn)位以上閥門檢查艙內(nèi)渣土和水位面變化情況，確定掌子面穩(wěn)定后，方可進(jìn)艙作業(yè)。

4.3.2 刀具更換

盾構(gòu)刀具更換遵守“拆一裝一”的換刀原則，對(duì)損壞的刀具進(jìn)行更換。換刀時(shí)各組人員應(yīng)統(tǒng)一采用“逐臂更換”、“由外到內(nèi)”或“由內(nèi)到外”等換刀順序。

4.4 掘進(jìn)孤石群施工參數(shù)控制技術(shù)

4.4.1 掘進(jìn)參數(shù)控制

盾構(gòu)在掘進(jìn)孤石群過(guò)程中，要控制好各項(xiàng)掘進(jìn)參數(shù)，做到平穩(wěn)掘進(jìn)，一方面能減少刀具的異常損壞，另一方面能減少對(duì)地層的擾動(dòng)。

1)在刀盤前和土艙注入泡沫或膨潤(rùn)土改良渣土，達(dá)到潤(rùn)滑刀盤、減少刀具磨損和降低扭矩的目的。

2)采用低轉(zhuǎn)速、低速度平穩(wěn)掘進(jìn)，并嚴(yán)格控制掘進(jìn)貫入度，防止?jié)L刀不轉(zhuǎn)造成偏磨或滾刀過(guò)載損壞。對(duì)于滾刀不轉(zhuǎn)或滾刀偏磨的臨界貫入度，可參考文獻(xiàn)［10］的研究成果。

式中:hmin為臨界最小貫入度，mm;hmax為臨界最大貫入度，mm;R為滾刀半徑，mm;T為滾刀刀尖寬度，mm;Fm為滾刀額定荷載，kN;S為刀間距，mm;ψ為刀壓分布系數(shù);σt為巖石抗拉強(qiáng)度，MPa;σc為巖石抗壓強(qiáng)度，MPa。

3)采用土壓平衡模式掘進(jìn)，控制出土量，防止超挖。

4)控制掘進(jìn)姿態(tài)平穩(wěn)不蛇形，減少對(duì)土層的擾動(dòng)。

5)在掘進(jìn)過(guò)程中，確保同步注漿流量與掘進(jìn)速度匹配，注漿材料可采用砂漿。

4.4.2 掘進(jìn)異常情況分析

盾構(gòu)在孤石群中掘進(jìn)，應(yīng)遵守“勤檢查、勤換刀”的方針，尤其是在掘進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)異常時(shí)要及時(shí)檢查換刀，不能盲目掘進(jìn)。掘進(jìn)異常情況可通過(guò)以下方式進(jìn)行判斷。

1)掘進(jìn)時(shí)在土艙壁附近勤聽(tīng)聲音判斷刀具使用情況。正常掘進(jìn)時(shí)一般滾刀切割巖石聲音比較均勻，其他雜音較小，如聽(tīng)到土艙內(nèi)有硬物滾動(dòng)的異響，則可能有部分刀具損壞滾落艙內(nèi)，或聽(tīng)到盾殼周邊與巖石摩擦發(fā)出間斷性的較清脆響聲，則可能邊緣滾刀已磨損過(guò)量。

2)通過(guò)掘進(jìn)參數(shù)判斷刀具的狀態(tài)。掘進(jìn)過(guò)程中如出現(xiàn)以下情況則可能刀具已部分損壞:①推力大，但扭矩小、速度小;②扭矩大，但速度小;③扭矩、速度波動(dòng)明顯較平常大。

3)觀察螺旋機(jī)排出的渣樣判斷刀具的磨損情況。正常低速均勻掘進(jìn)時(shí)，一般排出的石渣比較均勻，當(dāng)排出的渣土中的碎石大小不一，異于平常時(shí)，則可能部分刀具已損壞。

5 實(shí)施效果

蘿香區(qū)間自2012年2月28日盾構(gòu)始發(fā)，2012年6月21日—8月4日左線通過(guò)檢察院段孤石群，2012年12月16日—2013年12月30日右線通過(guò)大朗村段孤石群。爆破前后盾構(gòu)掘進(jìn)工效及刀具損耗對(duì)比如表2所示。

表2 爆破前后盾構(gòu)掘進(jìn)工效及刀具損耗對(duì)比表Table 2 Shield tunneling efficiency and cutter wearing before and after blasting

6 結(jié)論與建議

盾構(gòu)掘進(jìn)孤石是盾構(gòu)工程的重大難題，而在孤石群地層中，盾構(gòu)須長(zhǎng)距離連續(xù)掘進(jìn)軟硬不均地層，其施工難度遠(yuǎn)大于盾構(gòu)通過(guò)單體孤石，單一的孤石預(yù)處理方式一般帶有一定局限性，并不能把施工風(fēng)險(xiǎn)降低到可控范圍。對(duì)于盾構(gòu)穿越孤石群地層，宜根據(jù)地質(zhì)和周邊環(huán)境情況，從降低盾構(gòu)破巖難度、減少刀具磨損和保證及時(shí)更換刀具等方面綜合考慮應(yīng)對(duì)措施，以確保盾構(gòu)在掘進(jìn)中平穩(wěn)、安全。根據(jù)在蘿香區(qū)間盾構(gòu)穿越孤石群的施工實(shí)踐和研究，得出以下結(jié)論和建議。

1)在孤石群地層中，系統(tǒng)采用地下爆破預(yù)處理孤石、控制參數(shù)保證盾構(gòu)平穩(wěn)掘進(jìn)、壓密注漿法輔助帶壓開(kāi)艙檢查換刀的措施能使施工風(fēng)險(xiǎn)可控，施工工效明顯提高，施工成本降低。

2)采用地下隱蔽巖體爆破技術(shù)預(yù)處理孤石群，其關(guān)鍵是要使巖石破碎后尺寸減小利于進(jìn)入刀盤和方便螺旋機(jī)排出，以降低盾構(gòu)的掘進(jìn)難度。爆破地下孤石可采用鉆孔分段微差爆破的方法以解決地下爆破沒(méi)有臨空面的難題。

3)在孤石群地層中開(kāi)艙安全風(fēng)險(xiǎn)大，尤其是爆破施工后開(kāi)艙成功率很低，不能保證及時(shí)更換刀具，造成盾構(gòu)掘進(jìn)困難甚至停滯。采用帶壓開(kāi)艙換刀，可先進(jìn)行壓密注漿，以較低的成本和工期改良刀盤周邊地層，并封阻爆破施工形成的漏氣通道，能大大提高開(kāi)艙的成功率，并且在壓氣作業(yè)過(guò)程中，還可采用盾殼后部止水、掌子面泥膜護(hù)壁等輔助措施。

4)在盾構(gòu)掘進(jìn)孤石群過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制推力、扭矩、貫入度、姿態(tài)、排土量等各項(xiàng)參數(shù)，并可通過(guò)聽(tīng)掘進(jìn)聲音、觀察渣樣、分析參數(shù)的方法來(lái)判斷掘進(jìn)異常情況，及時(shí)檢查更換刀具，使盾構(gòu)保持平穩(wěn)掘進(jìn)。

5)孤石群是盾構(gòu)工程的重大風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)工程的進(jìn)度、成本、質(zhì)量具有較大影響，有時(shí)甚至成為決定項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵。因此，對(duì)孤石的處理，建議工程參建單位提前策劃、綜合考慮，在勘察階段提供出詳細(xì)準(zhǔn)確的地質(zhì)信息，在設(shè)計(jì)階段盡量規(guī)避孤石密集區(qū)域，在施工階段盡量于盾構(gòu)掘進(jìn)之前處理，把風(fēng)險(xiǎn)降低到可控范圍。

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