花崗巖孤石專(zhuān)項(xiàng)勘察及處理

鄭熙凌

摘要：本文介紹了花崗巖孤石的形成機(jī)理及特性、工程地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，以廣州市城市軌道交通十四號(hào)線工程馬頭莊站至楓下站區(qū)間巖土工程勘察為實(shí)例，對(duì)花崗巖孤石的專(zhuān)項(xiàng)勘察及處理進(jìn)行論述，其經(jīng)驗(yàn)可供類(lèi)似工程借鑒。

關(guān)鍵詞：孤石成因;地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn);專(zhuān)項(xiàng)勘察;孤石處理

1.引言

在花崗巖地區(qū)，施工過(guò)程中常常發(fā)現(xiàn)埋藏于巖土層中的孤石，由于孤石離散性大、空間特性不規(guī)律、埋藏深度不確定的特點(diǎn)，給工程勘察、設(shè)計(jì)、施工帶來(lái)很大的困難，也帶來(lái)許多嚴(yán)重的工程隱患和危害，是一種比較突出的不良工程地質(zhì)現(xiàn)象。因此，必須在勘察階段了解清楚孤石的總體分布、走向規(guī)律、工程特性及物理力學(xué)指標(biāo)，為下一步工程設(shè)計(jì)、施工提供可靠的依據(jù)。本文以廣州市城市軌道交通十四號(hào)線工程馬頭莊站至楓下站區(qū)間巖土工程孤石專(zhuān)項(xiàng)勘察為例，從前期工程地質(zhì)調(diào)繪及詳勘工作、花崗巖孤石的專(zhuān)項(xiàng)勘察方案、現(xiàn)場(chǎng)判別、工程施工及處理措施等方面，介紹了花崗巖地區(qū)應(yīng)對(duì)孤石的勘察方法和工程施工處理辦法。

2.孤石的成因及分布規(guī)律

2.1形成原因

花崗巖孤石的形成主要有3方面原因：（1）人工回填造成。（2）洪積土層中因山洪搬運(yùn)而來(lái)的孤石。（3）巖石在化學(xué)風(fēng)化和物理風(fēng)化的作用下，經(jīng)完全風(fēng)化成土而未經(jīng)搬運(yùn)的為殘積土，巖石中除石英等耐蝕礦物外均風(fēng)化成次生礦物，原巖結(jié)構(gòu)形態(tài)均保存，原礦物位置排列不變，并具有微弱的黏結(jié)力，塊體可用手捏碎，巖體一般風(fēng)化較均一，為全強(qiáng)風(fēng)化巖，而夾雜在殘積土和全強(qiáng)風(fēng)化巖里面的中風(fēng)化巖和微風(fēng)化巖則稱(chēng)為孤石。

2.2分布規(guī)律

花崗巖地區(qū)地下“孤石”的分布具有離散性大、空間特性不規(guī)律、埋藏深度不確定等特征，但也存在著一定的分布規(guī)律，其在垂直風(fēng)化剖面上有如下一些分布規(guī)律：（1）因殘積土層一般均較薄，殘積土中分布的“孤石”較少，主要分布于全風(fēng)化帶和強(qiáng)風(fēng)化帶中;（2）在垂直剖面上隨著深度的增加，孤石的密度會(huì)減小，但體積會(huì)增大，即“上多下少，上小下大”的總體規(guī)律特性;（3）孤石的大小隨著風(fēng)化程度增強(qiáng)而減小，而數(shù)量卻隨著風(fēng)化程度的增強(qiáng)而增加。

3.工程地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)

（1）對(duì)于盾構(gòu)隧道工程，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)若遇到未知的孤石，掘進(jìn)十分困難并容易卡刀盤(pán)，盾構(gòu)軸線難以控制，刀具磨損非常嚴(yán)重，刀座和刀盤(pán)易變形;位于不良地層時(shí)，特別是在隧道地質(zhì)條件較差或孤石上方存在建筑物、道路及密集管線時(shí)，進(jìn)倉(cāng)換刀困難;盾構(gòu)在孤石地層中掘進(jìn)時(shí)震動(dòng)很大，刀盤(pán)壓力較難控制，對(duì)保護(hù)地面環(huán)境極為不利。（2）對(duì)于明挖工程，采用淺基礎(chǔ)時(shí)，易產(chǎn)生基礎(chǔ)不均勻沉降，使建筑物產(chǎn)生裂縫等;采用樁基礎(chǔ)時(shí)，有可能將孤石誤判為穩(wěn)定的樁端持力層，造成斷樁或樁身破壞，嚴(yán)重影響樁基質(zhì)量。

4.專(zhuān)項(xiàng)勘察方案

4.1鉆孔布置原則

廣州市城市軌道交通十四號(hào)線工程馬頭莊站至楓下站區(qū)段位于白堊紀(jì)花崗巖地區(qū)，根據(jù)前期詳勘資料，隧道大部分位于花崗巖殘積土、全強(qiáng)風(fēng)化巖層，后期根據(jù)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行了孤石專(zhuān)項(xiàng)勘察工作，共布置88孔，布孔原則如下：（1）布孔間距為lOm～20m。（2）原詳勘鉆孔間距大于30m小于40m的中間布置一個(gè)孔;原詳勘鉆孔間距大于40m的中間布置兩個(gè)孔。（3）對(duì)詳勘剖面隧道位于殘積土、全強(qiáng)風(fēng)化巖層的地段進(jìn)行鉆探;隧道位于第四系土層的地段不必鉆探。（4）鉆孔平面位置在隧道范圍內(nèi)。

4.2技術(shù)要求

（1）鉆孔深度進(jìn)入隧道結(jié)構(gòu)底板Im。（2）當(dāng)有鉆孔揭露孤石時(shí)，以該孔為中心往小里程方向和大里程反向沿隧道中心各5m處布置一個(gè)加密孔，加密孔編號(hào)以該孔編號(hào)為主號(hào)（以料一l和料一2形式進(jìn)行編號(hào)）。孤石邊界探測(cè)以揭露孤石的鉆孔為中心在隧道中心線和垂直隧道中心線上2m處各布置鉆孔2個(gè)，當(dāng)揭露孤石時(shí)外擴(kuò)2m繼續(xù)加密探邊，未揭露孤石時(shí)內(nèi)縮Im探邊為止，詳見(jiàn)圖1。

4.3專(zhuān)項(xiàng)勘察成果

根據(jù)本次勘察揭露情況，區(qū)間右線隧道內(nèi)揭露孤石4段，為MZS23-MF-G61孔附近，共16個(gè)鉆孔有揭露，揭露層厚0.30m～4.lOm，平均厚度1.79m，層頂埋深14.70m—25.40m（高程9.20～19.90m），層底埋深15.60m～27.60m（高程6.30m～19.OOm）。其中有13個(gè)孔揭露的孤石位于隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)，平面上鉆孔揭露孤石位置情況見(jiàn)圖2。本次勘察揭露孤石主要為微風(fēng)化花崗巖，飽和狀態(tài)巖石抗壓強(qiáng)度f(wàn)r為52.7MPa～114.7MPa，標(biāo)準(zhǔn)值為67.2MPa，巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ類(lèi)。

隧道縱斷面及橫斷面揭露孤石情況見(jiàn)圖3及圖4。

4.4孤石處理

如圖3，區(qū)間右線隧道主要揭露孤石4段，孤石I大小約3.3m×6.Om×3.lm，孤石Ⅱ大小約0.5m×0.5m×0.5m，孤石Ⅲ大小約3.6m×5.Om×2.2m，孤石Ⅳ大小約1.9m×1.9m×1.5m;孤石體積約O.lm3～61.4m3，埋深約22m～27m。孤石Ⅱ體積較小，可不做處理;孤石I和Ⅳ位于隧道內(nèi)，體積較大，需作地面處理;孤石Ⅲ主要位于隧道上方，風(fēng)險(xiǎn)較大，需作地面處理。

采用地面處理的方式主要分為2種：

（1）將隧道內(nèi)及隧道上方的孤石全部取出，為盾構(gòu)推進(jìn)清除障礙物，采用的清障設(shè)備有全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)、旋挖鉆機(jī)等。

（2）將孤石破碎，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)碎石可從刀盤(pán)開(kāi)口處進(jìn)入土艙內(nèi)經(jīng)螺旋輸送機(jī)處排出，破碎孤石的方法主要有地質(zhì)鉆機(jī)成孔、埋置炸藥、控制爆破等。采用該方法處理孤石時(shí)，需注意將孤石的大小粒徑進(jìn)行控制，以便于螺旋機(jī)能順利排出碎石。

5.結(jié)語(yǔ)

鑒于孤石對(duì)盾構(gòu)施工的影響，花崗巖地區(qū)最好做相應(yīng)的孤石專(zhuān)項(xiàng)勘察及處理，探明孤石的位置，提前處理，以避免盾構(gòu)施工期間突發(fā)性遭遇孤石，從而造成設(shè)備損壞、人員傷亡、工期延長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)損失等負(fù)面影響。

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