摘要：文章结合广州地铁21号线施工17标中间风井～中新东站区间与中新东站～朱村站区间盾构施工工程的实例，深入分析了孤石的地面爆破处理过程中的难点和风险，提出了孤石的探测方法，介绍了孤石的主要处理方法和施工中应采取的措施。通过对比分析盾构通过孤石处理区的参数，有针对性地将该孤石处理方法应用于不同的工程中。
关键词：地铁盾构；孤石处理
广州市轨道交通二十一号线17标盾构区间隧道工程包括中新站-中新东站的中间风井～中新东站区间和中新东站～朱村站区间，两个盾构区间工程,且两个区间均遇到孤石。
中新东站～朱村站区间出中新东站后，沿着广汕公路由西往东前行，沿线侧穿部分民房，过中间风井后，下穿西福河后，进入朱村站。中新东站～中间风井左线总长966.204m，右线总长964.844m。中间风井～朱村站左线总长1329.047m，右线总长1328.846m，在YCK43+220.201～YCK43+357.000（ZCK43+217.972+350）长136.799m为矿山法盾构管片拼装隧道。中朱区间盾构施工以中新东站东端头作为盾构始发场地，两台海瑞克盾构机自中新东站东端头下井组装调试完成后，左右线先后始发向中间风井掘进，到达中间风井后，盾构过站继续掘进至朱村站西端头井解体退场，完成本区间的盾构掘进工作。
1盾构遇孤石的危害
由于孤石的影响，盾构施工过程中可能出现的主要问题有:
（1）刀具磨损与刀座变形，从而带来施工难度与开仓换刀的安全风险（见图2-1）；
（2）刀盘损坏与刀盘变形将严重影响盾构机工作性能；
（3）刀盘受力不均匀导致主轴承受损或主轴承密封被破坏；
（4）盾构负载加大，千斤顶油压与刀盘油压明显升高，机器发生故障的频率增大；
（5）螺旋机出土口发生喷涌可能造成地面沉降过大；
（6）盾构遇到孤石时可能会造成地表或建（构）筑物隆起；
（7）盾构机在大型孤石中掘进时盾构姿态纠偏困难和管片拼装质量较差；
（8）盾构机过大孤石或孤石群时，盾尾刷易被损坏，更换盾尾刷存在较大风险；
（9）掘进较大孤石或孤石群时，盾构机盾体可能被孤石“卡死”从而不能继续掘进。
2孤石处理原则与探测
根据《广州市轨道交通二十一号线孤石勘察处理工程专项管理办法》要求：孤石勘察钻孔沿隧道中心线上布置，布孔间距为10m，孔深均钻至隧道底部外轮廓线以下1m。钻探时如发现隧道洞身范围内存在“孤石”，则需进一步探测清楚“孤石”的形状和大小。由于“孤石”一般为圆形，其宽度和厚度相差不大，所以探测“孤石”的形状和大小时按以下步骤：
（1）垂直隧道线路方向：以探到孤石的点为中心点向外布置钻孔，垂直隧道轴线方向钻孔间距2m从中心点布置1号钻孔，从1号钻孔向左2m处布置1-2号钻孔，如果1-2号钻孔没有探到孤石则在此孔向右1m处布置1-1号钻孔；如果1-2号钻孔探到孤石，则在此孔左侧2m处布置1-4号钻孔；如果1-4号钻孔没有探到孤石则在此孔右侧1m处布置1-3号钻孔；如果探到孤石钻孔结束，因为1-4号钻孔已超出隧道洞身范围。
（2）沿隧道轴线方向上以原1号探孔上方2m处布置3号钻孔，如果3号钻孔没有探到孤石则向下1m处布置2号钻孔；如果3号钻孔探到孤石则向上2m处布置5号钻孔，如果5号钻孔没有探到孤石，则向下1m处布置4号钻孔；如果5号钻孔探到孤石则向继续向上2m处布置钻孔，直到找到孤石边界，另外反方向以此类推。
（3）其他三个坐标内布置钻孔方法同第四象限。
根据施工补勘孤石揭露，中间风井～中新东站区间孤石处理设计图和中新东站～朱村站区间孤石处理，在两个区间分别有28颗孤石和15颗孤石在盾构影响范围以内。
综合可见，该区间的地质与周边环境复杂，在个别孤石与孤石群周边既存在地下管线或地表建（构筑物），又有可能存在不确定的砂层，因此为本工程孤石处理增加了更大的难度。结合现场工况条件及广州地区类似工程经验，深孔爆破工艺较为适合本项目的孤石预处理。4地面预处理方案
2.1目标
为降低盾构施工风险，对已探明的孤石，从地面采用地质钻机钻垂直孔，装药爆破隧道洞身范围内孤石，使破碎后孤石碎块粒径小于30cm，确保盾构机能顺利排渣并顺利完成孤石段掘进。
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2.2爆破处理孤石流程
（1）在钻探遇到孤石时，查明孤石的数量、产状、大小、形状；
（2）根据已探明得到的数据，合理计算并制定爆破参数；
（3）采取深孔爆破时，利用查明孤石形状和大小的钻孔作为爆破引孔（孔位不足时增加钻孔），在钻孔内安放适量炸药；
（4）爆破完成后进行抽芯检测，判断“孤石”分裂程度是否达到破碎要求；
（5）待“孤石”处理达到预定要求后，使用水泥砂浆封堵爆破孔。
（6）布孔形式及装药结构
孤石的位置及大小已经探明，在探明孤石的范围内以孤石钻孔为基点，在垂直隧道方向和沿隧道轴线方向布孔，孔排距a=b=0.8m，具体方式如下图所示。钻孔过程中详细记录孤石的上岩面与下岩面标高，为爆破装药提供依据。
因孤石厚度不均，考虑补勘定位及药包吊装过程中产生的误差（累计误差不超过100mm）。因此孤石爆破时，当单孔单体爆破时装药长度与孤石厚度相同，多孔单体爆破时，相邻两炮孔，其中一孔钻穿至孤石底面，装药至炮孔底部，孤石顶面留100mm不装药；邻孔孔底距离孤石底面100mm，装药至炮孔底部，孤石顶面留100mm不装药。
2.3总结
为了正确指导今后的盾构掘进，总结现今孤石爆破处理经验亦有非常重大的意义：
2.3.1孤石处理
1)需提醒承包商尽量摸查清楚盾构区间掘进影响范围内的孤石大小、位置、走向等数据；
2)孤石爆破处理前需摸查清楚周边是否存在有影响的建（构）筑物及地下管线，如存在需制定相应保护措施；
3)合理利用实际地理位置对孤石制定相应的爆破处理，过程中需明确该孤石的放药量、放药深度、泄压孔的布置等参数；
4)严格管控炸药的进场、存放及运输等过程，并保留相应的爆破用品使用记录；
5)严格检查爆破人员的证件，未取得相应证件的人严禁进场工作；
6)对孤石进行爆破处理时，安全管理人员与安全监理人员必须到场并亲自指挥；
7)为了落实安全施工，必须严格对待 “肓炮”的检查与处理工作；
8)孤石爆破后要及时封堵爆破孔，避免盾构掘进时地面冒浆或冒气；
9)爆破完成后需对爆破区进行抽芯检测，待孤石达到爆破效果后方可允许盾构通过。
2.3.2盾构掘进
当盾构掘进通过孤石处理区时，需注意以下几点：
1)根据盾构掘进参数及时判断孤石位于刀盘面的哪一位置，依据孤石与刀盘位置关系合理布置千斤顶分区推力，以此能控制好盾构姿态，还能相应保护好盾构刀盘与刀具；
2)严格控制好出土量，出土过程中需特别注意是否伴随有喷涌，如遇到喷涌等现象，可根据实际地质情况，通过调整土仓内高分子材料的注入量来改善出渣效果；
3)盾构过孤石爆破处理区前需摸查清楚周边是否存在有影响的建（构）筑物及地下管线，如存在需制定相应的地面与洞内保护措施；
4)做好地面监测及时反馈监测数据，根据实际监测数据来调整盾构掘进参数；
5)因盾构在孤石处理区掘进期间水土流失较大，需做好同步注浆与补浆工作，合理设定注浆压力与注浆量，特别是发生过喷涌的地段，更需做到反复补浆；
6)执行换刀计划需做到勤检查，勤换刀；刀具更换应遵循先换磨损量大再换磨损量小的顺序；
7)承包商应根据换刀计划储备足够数量的破岩滚刀；
8)盾构过孤石处理区期间，需在地面相应位置安排专人进行沿线巡查并做好巡查记录；
9)盾构过孤石处理区期间，洞内与地面均应准备足够的应急设备与物资，人员保持高度戒备状态，发现问题能及时处理，避免因突发事件而影响地面交通；
10)如遇地面个别监测点沉降较大的情况，可通过洞内与地面同时补浆的措施来避免沉降进一步扩大；
参考文献
[1]付元丰.地铁盾构隧道遇孤石、基岩凸起的地下爆破处理技术[J].建设监理,2018(09):94-96.
[2]许贵华.聚能装药技术在地铁盾构孤石爆破处理中的应用研究[D].厦门大学,2018.
[3]张帆.盾构隧道孤石预爆破破碎范围和设计方法研究[D].华侨大学,2017.
论文作者:魏康林
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/27
标签：盾构论文; 钻孔论文; 东站论文; 隧道论文; 区间论文; 中新论文; 地面论文; 《基层建设》2019年第20期论文;