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摘要：地铁隧道施工过程中，为了提高土方挖掘工作进度，往往采用盾构施工技术。由于地铁隧道施工环境复杂，在施工过程中很容易遇到坚固的块状或者球状花岗岩，这些岩石大小不易，增加了盾构机施工的难度，很容易造成刀具的磨损，影响到地铁施工进度。因此，必须对地铁盾构施工遇到的孤石进行处理。本文分析了盾构施工法的优点，孤石对盾构施工法的影响，并结合深圳地铁五号线翻身站、民治站、灵芝站的盾构施工遇到的孤石，采取的孤石预处理方法。
关键词：城市地铁；盾构施工；孤石处理技术
引言：孤石指在软化风化层的花岗岩球状风化体，这种球状风化在花岗岩层中比较常见，是由于花岗岩岩性不均匀、抗风化能力不同以及断裂地质构造发育造成的岩体破碎经过多年风化造成的现象。花岗岩球状风化体我国珠三角一带的广州、深圳、珠海等沿海城市分布比较多，花岗球状风化体和大型卵石经过风化以后都可能成为孤石，由于孤石分布随机、大小不一、形状各异，给盾构施工带来巨大的障碍，很容易造成刀具的磨损、造成隧道地面不均匀沉降等问题，威胁到地铁施工安全。因此，地铁施工过程中， 必须对孤石进行有效的处理。
1.盾构施工法的优势
盾构施工法暗挖施工中的一种全机械化施工方法，盾构机械在地下隧道施工时通过盾构外壳和管片支撑四周围岩，防止围岩因为挖掘出现隧道坍塌现象，并在隧道开挖前方用切削装置开挖土体，并挖掘的土体运输到隧道外。为了防止隧道出现坍塌或者地面不均匀沉降现象，在施工的时候需要依靠千斤顶支撑，并在盾构机械设备上安装混凝土管片，后期注浆时管片自然掉落。盾构机不仅是施工工具，而且还是临时支撑结果，它主要用来抵挡外向水压和地层压力，防止地下水压突然增加，地下水大量涌出造成隧道坍塌现象。与其他暗挖施工方相比，盾构施工具有一定优势：第一，隧道开挖的时候在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作业，可以确保隧道施工安全。第二，盾构施工一般在隧道进行，施工的时候不会影响到地面交通，在河底施工的时候不会影响到河道运输。第三，盾构施工方法不会受到自然气候的影响。第四，盾构施工时的噪音比较小、不会产生较大的震动，对地面周围建筑造成扰动，影响到地面建筑的安全。第五，采用盾构施工时，盾构结构的推进、出土、拼装衬砌等过程可以实现全自动化作业，降低了工人的劳动强度，提高了地铁隧道施工的效率。
2.孤石对盾构施工的影响
孤石大部分分布地下在10-30米处，而这一深度正好是国内地铁隧道施工的深度范围，所以地铁隧道施工的时候很容易碰到孤石。孤石在垂直风化剖面上一般上多下少、上小下大的特点，随着高程的加剧，孤石的密度不断增加，孤石随着风化程度不断减少，但是数量却随着风化程度不断增加。由于孤石单轴抗压强度比较大，但是孤石四周的风化碎石强度低，所以盾构施工的时候，刀具切割的时候很容易出现孤石滚动，导致盾构刀具破碎，影响到地铁隧道施工的进度，并损坏刀具。其次，由于盾构机在掘进过程中，很容易造成孤石在地层随机滚动，滚动到刀盘或者盾构机上，造成盾构机刀盘偏移、偏载，操作人员无法控制盾构机的问题。其次，地铁隧道施工的时候，如果施工区域的地质环境比较复杂，存在地面空洞，隧道施工的时候，破坏了地面空洞的应力和压力导致空洞出现坍塌。此外，由于地铁隧道深度远远大于地下水位，与地下水位形成压力差，导致地下水不断渗透，地层缺水，土层出现孔隙。砂砾层或者砾层如果过度缺水，导致多孔介质土层固结，引起地表大范围沉降。
3.特殊环境下城市地铁盾构施工孤石预处理技术
3.1工程概况
深圳地铁5号线全长48千米，经过深圳的罗湖区、龙华区、龙岗区、南山区是深圳城市轨道交通网络的主干线，一共有27个地铁站，翻身站、灵芝站以及民治站采用盾构施工的时候遇到孤石。翻身站主要以砂质粘性土和砂层为主，拱顶以上为素土、杂填土以及粉质粘性土，在车站的左线发现5块孤石，右线发现6块孤石；灵芝站主要以砾质粘性土和全风化花岗岩，土层含水量十分丰富，由于该站临海，所以含水量和海水量密切联系，花岗岩在成岩、后期构造、风化作用不一，导致花岗岩风化不均匀，该站的左线和右线之间有8块比较大的孤石；民治站的隧道主要以砾质粘性土、全风化花岗岩，左右线的球状风化体达到了19个，强度为150MPa—180MPa。
3.2孤石预处理技术
为了探明孤石分布、大小，采用钻探的方式对三个站点的地质进行探测，确定了孤石的位置、发育情况、强度以及水体之间的关系，制定了科学的施工方案。在隧道的上方具备冲孔、挖孔条件地层使用地面处理方式，不具备地面处理条件则采用洞内处理方式。
3.2.1超前注浆加固盾构掘进施工
铁隧道施工过程中，深圳作为沿海区域，城市地下水与海水关系密切，所以砂层含水量比较丰富，在施工的时候，砂层内的水不断外渗，打破了原有岩层的平衡状态，导致水压和岩层应力变化，严重可能造成坍塌和地面不均匀沉降。民治站隧道的全风化岩比较多，对盾构施工的影响比较大。地面条件不好无法进行注浆加固或者地质条件比较好的地层用盾构机进行掘进，确定孤石位置以后，将钢管从盾构机预留超前注浆孔插入刀盘前方的土体进行注浆。浆液的配比为水灰1：1，注浆压力控制在0.2MPa，超过这个压力值立即停止注浆。注浆加固的范围主要在隧道周边3米，球体后方1米左右，注浆结束以后，继续用盾构机进行掘进，直到再次遇到孤石。盾构机的掘进速度为0.5cm/min，推力大小为1200KN，刀盘转动速度为2.5r/s，在掘进的时候，要时刻关注掘进参数的变化，根据地质情况调整掘进参数，防止刀盘局部过载，造成刀具变形。下图为注浆固定孤石示意图：
3.2.2冲击桩破碎法
冲击桩破碎法指根据孤石的位置、大小、形状，采用十字冲击锤的冲碎孤石的施工方法。根据孤石的大小，然后选择合适的冲击钻机、钻孔间距。在钻进前，必须勘察施工区域是否存在水电管道和管线，施工区域上部是否有建筑物在钻孔上部，如果有则调整钻机的位置，钻孔结束以后，用原土对钻孔位置进行分层回填并夯实。
3.2.3钻孔爆破孤石
钻孔爆破孤石指通过炸药爆破的方式破碎孤石。首先根据孤石的形状、大小和位置确定爆破孔的数量、炸药量和爆破孔的位置，然后用小口径钻头从地面下钻，在孤石上钻出爆破孔，然后在爆破孔内放入适量的炸药进行爆破。一次爆破以后，清除孔内的岩石在进行下一次爆破，直到孤石全部分裂、破碎。
结束语：
由于孤石的位置、大小、形状以及施工区域环境不同，所以孤石处理技术也不同。在实际施工过程中，施工单位必须根据具体的施工环境、施工风险、施工进度、孤石大小等选择合适的处理基础，从而提高孤石处理效率和地铁盾构施工进度，确保地铁隧道施工质量。
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论文作者:王强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第16期
论文发表时间:2018/11/13
标签：盾构论文; 隧道论文; 地铁论文; 花岗岩论文; 地层论文; 地面论文; 球状论文; 《建筑学研究前沿》2018年第16期论文;