土壓盾構掘進遇孤石的判定及處理技術

齊 嶺

(廣州市城市建設工程監理公司， 廣州 510045)

土壓盾構掘進遇孤石的判定及處理技術

齊 嶺

(廣州市城市建設工程監理公司， 廣州 510045)

本文結合了地鐵21號線盾構施工經驗，論述了土壓盾構法在掘進過程中遭遇孤石的判定方法，并根據孤石的大小及施工環境情況提出了孤石的綜合處理措施，從而提高工作效率，降低了施工風險。

盾構；孤石；判定；處理方法

1 盾構掘進遇孤石的判定

盾構隧道補充勘察為了進一步準確掌握孤石的分布情況，為孤石處理方案提供依據 ， 必須對沿線補充勘察，進行詳細了解，采用地質探測儀對孤石進行探測，發現孤石后對該地段進行加密補勘， 探測寬度宜為 7.0m， 間距 0. 5 米， 詳細掌握孤石的強度、 大小及分布。

施工過程中對孤石的預測和判斷 掘進過程中注意觀察盾構機掘進的異常情況以及掘進參數的異常變化 (例如速度突然變慢、推力、 扭矩突然增大、刀盤振動、 盾構機有異響聲等)，判斷是否碰上孤石。 掘進過程中隨時監測刀具和刀盤的受力狀態， 確保其不超載并觀測刀盤是否受力不均，以防刀盤產生變形。

2 盾構掘進發現前方有硬障礙物

開倉檢查：如掌子面不穩定則嘗試壓氣開倉，掌子面不穩定且不具備壓氣開倉條件則加固后開倉。發現刀盤前面有鉆探時未發現的孤石或地面預處理未達預期效果的孤石（含限于地面條件無法進行地面預處理的孤石），且盾構機直接掘進通過施工風險較大。判斷直接實施洞內靜態爆破時掌子面如有坍塌危險，則根據現場實際條件進行壓氣作業或進行地層加固后再壓氣作業。采用靜態爆破劑或巖石分裂機進行洞內靜態爆破；達到預定效果后盾構機掘進通過。

3 孤石預處理基本思路及處理原則

由于鎮鎮區間采用微動法+鉆孔驗證進行補勘，微動法每5m布設一個微動觀測臺陣，預計可探測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：

盾構機所有刀具均采用帶合金粒的硬巖滾刀，以增強盾構機在硬巖中的掘進能力；鉆孔探測時揭露孤石位于隧道洞身，擬進行地面預處理（當評價盾構機可直接掘進通過此孤石時可不處理）；盾構機掘進過程發現的孤石，如判斷盾構機可直接掘進通過則檢查更換刀具直接掘進通過，如判斷盾構機直接掘進通過風險太大則進行洞內處理后再掘進通過；在選擇地面預處理或洞內處理方案時，總體上優先選擇地面預處理方案，地面不具備條件或處理費用太高時，才選擇洞內處理

進行地面預處理的原則：

1）鉆探揭露位于隧道洞身范圍內直徑為大于0.4的單個孤石采取深孔爆破處理；直徑大于約2～3m的孤石優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的單個孤石當采取深孔爆破處理困難時，可采用豎井開挖結合人工爆破取出處理，當地面不具備挖豎井條件時采取用鉆機將孤石鉆成蜂窩狀再盾構直接破碎通過。

3）鉆孔揭露位于隧道洞身的孤石群采取豎井開挖結合人工處理；

4）鉆孔垂直方向揭露兩個或以上的孤石，首選采用深孔爆破處理方案。當深孔爆破實施困難時可根據地面場地條件在孤石上方挖豎井然后進行人工爆破、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孤石基本分裂成單邊小于0.3米的巖塊。

孤石處理實施階段將根據現場實際情況編制地面引孔爆破或井內爆破孤”的相關方案， 《爆破安全專項施工方案》《爆破施工應急預案》。

4.2 豎井挖孤石施工

根據現場的實際環境及管線條件，擬定豎井的開挖尺寸和深度，并根據地質條件的差異，采取不同的支護措施及地層加固措施， 根據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隧道開挖范圍內的孤石即可，盾構隧道開挖范圍需外放30cm確保施工誤差不會造成影響。

4.3 靜態爆破施工

4.3.1 使用靜態爆破劑實施靜態爆破

將一種含有鉬、鎂、鈣、鈦等元素的無機鹽粉末狀靜態破碎劑，用適量水調成流動狀漿體，直接灌入鉆孔中，經水化反應，使晶體變形，隨時間的增長產生巨大膨脹壓力（徑向壓應力和環向拉應力），緩慢地、靜靜地施加給孔壁，經過一段時間后達到最大值，將混凝土或巖石脹裂、破碎。

4.3.2 使用巖石分裂機實施靜態爆破

此方法采取人工進入豎井底部或土倉內利用巖石分裂機進行硬處理。

在盾構機掘進過程中，如感覺前方遇到硬障礙物，應開倉進行檢查，如地層不穩定則需壓氣開倉（在掘進階段將根據實際情況做《壓氣作業安全專項施工方案》），如地層不穩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行加固后進行開倉（加固方案將在實施階段根據實際情況設計）。開倉后判斷盾構機可直接掘進通過前方孤石，則檢查更換刀具后掘進通過；如判斷盾構機直接掘進通過將有較大施工風險時，則采取洞內處理后再掘進通過。

在倉內采取人工爆破的方法處理孤石，而地層不夠穩定時，主要考慮采取袖閥管進行地層注漿加固措施。在倉內采取靜態爆破的方法處理孤石，而地層不夠穩定時，主要考慮采取壓氣作業措施。當由于周邊地層透氣性較好或不透氣層覆蓋較薄的時候，可先采取袖閥管進行地層注漿加固，然后再進行壓氣作業。

倉內加固當出現盾構機無法繼續掘進，且地質條件不具備帶壓開倉要求，盾構機刀盤又不在預加固體內，則須對盾構機刀盤前方土體進行加固，以達到開倉條件進行刀盤前方硬巖處理。注漿用鋼花管會對盾構機掘進造成障礙，在孤石處理后盾構機掘進前，需從預留注漿孔將鋼管拔除。洞內炸藥爆破施工：孤石處理實施階段將根據現場實際情況洞內炸藥爆破孤石相關方案，而爆破方案和壓氣作業的具體內容則另見《壓氣作業安全專項施工方案》及《爆破安全專項施工方案》。

采用洞內炸藥爆破施工條件：補充鉆探和詳堪未揭露而盾構機掘進過程中發現存在于刀盤前面的孤石，或已經經過地面預處理但盾構機掘進時發現其未達到預定處理效果的孤石（包括限于地面條件無法從地面進行預處理的孤石），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。采用洞內靜態爆破施工條件：主要針對補充鉆探和詳堪未揭露而盾構機掘進過程中發現存在于刀盤前面的孤石，或已經經過地面預處理但盾構機掘進時發現其未達到預定處理效果的孤石（包括限于地面條件無法從地面進行預處理的孤石）。

盾構機直接掘進通過孤石

判斷條件應滿足下列條件：

1）孤石周邊地層較好(或經過加固后較穩定)，施工安全風險較小；

2）從工程經濟、施工進度的角度分析盾構機直接掘進通過更加劃算；

3）孤石強度不高且RQD值較低，若通過孤石的強度及RQD值判斷達到微風化花崗巖的程度則不宜直接掘進通過。盾構機直接掘進通過施工措施

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。

b在掘進通過孤石前，全面檢查刀具，當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以及出現滾刀其他非正常損壞情況時應立即更換；并且，在掘進過程中隨時留意掘進參數的異常變化并及時檢查刀具。

2)掘進施工的控制措施

a采用小推力、低扭矩、低轉速掘進，并把掘進速度控制在8～20mm。

b根據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模式。

c掘進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根據掘進的速度匹配合適的注漿速度，并確保同步注漿量；及時對同步注漿未能填充滿的管片背面進行二次補充注漿。

e在掘進通過孤石的過程中加強地面監測，并做好注漿加固的應急準備。

K928

B

1007-6344（2017）10-0137-01