地铁线路孤石群地质处理方案研究

地铁线路孤石群地质处理方案研究

1隧道洞身孤石含量和布孔情况分析隧道埋深为15.24m。该层主要由填充土层、砂砾层（主要为中厚砂）、花岗岩残留土层、花岗岩全风化带组成。隧道穿越的地层主要有<3-2>中粗砂层、<4N-2>粘土层、<5H-2>花岗岩残积土层,局部穿越<6H>花岗岩全风化层。其中<5H-2>花岗岩残积土在水平方向上分布广泛,在垂直方向上分布严重不均。而在硬塑状的花岗岩残积土层、坚硬土状的全风化花岗岩、半岩半土状的强风化花岗岩中容易发育球状风化孤石。根据详勘报告,本标段盾构隧道洞身范围内揭露有孤石群存在。为了尽量摸清孤石的情况,对沿线进行补充勘探,对孤石出现可能性的区域采用三级加密的布孔方式,第一级布孔间距为7.5m;根据第一级钻孔的实际情况判断,如孔间出现“孤石”的机率很大,则在第一级布孔的每两孔间增加一个钻探孔,使临近两孔的孔距不超过5m;根据第一、第二级钻孔的实际情况判断,如孔间出现“孤石”的机率仍然很大,则将孔距增密到2.5m/个;在第二或第三级加密钻孔前,如判断孔间出现“孤石”的机率不大或盾构机足以应付风险,则终止加密钻孔。补勘揭露在某段里程隧道中心线以东3.5m范围内连续4个钻孔有微风化孤石存在,孤石埋深约为13.2~18.65m,位于<5H-2>及<6H>地层中,最大厚度3.6m,最小厚度为0.2m;同一个钻孔有多达4块孤石进入隧道范围内;中风化岩样孤石单轴极限抗压强最大26.20MPa,微风化岩样孤石单轴极限抗压强度最大120.3MPa。2单带繁殖方案2.1盾构刀盘刀具偏移施工该段线路的工法是采用盾构工法,在盾构法施工隧道施工过程中,孤石可能随机分布在地层中,其形状大小各异、强度不一,导致隧道内岩土软硬不均。盾构刀盘刀具在此类地层中掘进极易产生卡刀、斜刀、偏磨等,导致线路发生偏移,处理起来非常困难,严重影响施工进度。本标段孤石群强度高、分布密集,且又主要分布在软弱的<5H-2>地层中,如不采用洞外预处理方式提前对孤石群进行预处理,则盾构机难以克服如此复杂的地质条件,并且工期风险异常大,极有可能在盾构机通过该孤石群过程中导致地面严重塌陷、管线断裂、周边建(构)筑物严重开裂或倒塌的地质灾害,因此必须对孤石群预处理。2.2洞外人工处理孤石预处理根据孤石的位置、大小、硬度及施工条件等分洞外处理和洞内处理两种。洞内处理方法有直接挤开、微爆破、注浆加固等,一般适用于孤石较小、地表施工条件不容许的情况。洞外处理主要方法有:冲孔法、深孔爆破法、旋挖法、连续墙成槽机抓取法、人工挖孔爆破取出法、人工挖孔人工破除法、施做一竖井取出法,地面预注浆加固后盾构破除法等。其中以深孔爆破、旋挖桩结合人工爆破取出、人工挖孔桩结合人工爆破取出的处理方法为主,当地面不具备爆破条件时,可通过旋挖桩或人工挖孔桩形成的工作井进行人工处理,人工处理主要考虑如何将“孤石”取出,而静态爆破则也可作为人工处理的备选方案。在条件许可的情况下,应尽量采用洞外处理方法,其优点是可大大减少对隧道施工的干扰以及节省施工工期。2.3深孔爆破结合人工爆破处理方案钻探揭露位于隧道洞身直径为0.4至约2~3m的单个孤石采取深孔爆破处理;直径大于约2~3m的孤石优先选择深孔爆破处理。钻探揭露位于隧道洞身直径大于约2~3m的单个孤石当采取深孔爆破处理困难时,可采用旋挖桩结合人工爆破取出处理,当地面不具备摆放旋挖桩机条件时采取人工挖孔桩结合人工爆破取出处理。因本工程沿线存在的花岗岩残积层在施工旋挖桩钢护筒时容易受扰动在护筒外侧形成涌水、涌泥通道,有一定的施工风险,故第一次采用旋挖桩结合人工爆破处理时应进行试验,验证此方案是否可行及需如何采取防护措施。钻孔揭露位于隧道洞身的孤石群采取旋挖桩或人工挖孔桩结合人工处理。钻孔垂直方向揭露两个或以上的孤石,首选采用深孔爆破处理方案。当深孔爆破实施困难时可根据地面场地条件在孤石上方施工旋挖桩或人工挖孔桩,然后进行人工爆破、人工取出第一块孤石,按从上往下的顺序依次处理下方的孤石。对于拟采用深孔爆破的孤石,当周边建(构)筑物距爆破点安全距离不足或其他条件限制无法爆破时,根据地面场地情况采用旋挖桩或人工挖孔桩结合人工处理(包括静态爆破)。对于跨越隧道边线的孤石,采用深孔爆破时,只处理位于隧道洞身内的岩体。2.4处理流程按地面预处理的原则,处理流程如图1所示。2.5施工场地难以实施(1)本工程中孤石区位于广州某三甲医院住院部大楼旁,医院内设ICU重症监护室和心血管、脑外科等手术室,严禁采取冲孔法、爆破法等震动和噪声较大的方法预处理,因此冲孔法、深孔爆破法、人工挖孔爆破取出法被排除。(2)由于现场施工场地狭小,大型设备无法进场作业,因此噪声稍小的潜孔锤冲孔法、旋挖法、连续墙成槽机抓取法也无法实施。(3)排除以上处理方法后,只能采取人工挖孔人工破除法、施做一竖井取出法,地面预注浆加固后盾构破除法等,但竖井施工需要较大施工场地,葫芦吊、空压机等设备噪音又大,因此也不可实施。(4)而地面预注浆加固后盾构破除法,不但工期风险大,并且因为加固效果难以保证,极有可能在盾构通过该孤石群过程中导致地面严重塌陷、管线断裂、周边建(构)筑物严重开裂或倒塌的地质灾害。经现场多次论证分析,只能采取效果直观、对周边环境影响最小且最原始的人工挖孔法对该孤石群进行地面预处理。3人工挖孔桩开挖。在特殊的钢筋混凝土支护结构上,分层分在人工挖孔前,沿孤石处理范围周边进行双重管帷幕注浆,旋喷桩孔底至进入<5H-2>地层3m为止,以切断开挖范围与外界的水力联系,确保医院住院部大楼及周边管线的安全,为人工挖孔桩安全施工创造有利条件。在有孤石段隧道纵向做三排ue7882m(净空ue7881.6m)人工挖孔桩,每排7个,共21个;人工挖孔桩间距2.2m、排距2.2m、孔深至底板以下0.5m(孔深18.5m)。开挖时首先用ue78816@50钢筋超前支护,然后开挖,每循环0.5m,采用现浇C20钢筋混凝土护壁,下部7.5m采用同规格玻璃纤维筋代替钢筋。本工程采用人工挖孔桩预处理孤石的方法,成功的凿出了大小孤石共约16块,主要为中风化、微风化混合片麻岩,孤石大而坚硬,其中7#人工挖孔桩14.8m处凿出的孤石,直径约2.6m,15#人工挖孔桩17m处凿出的孤石,直径约1.2m。凿出的孤石用膨胀剂或静力破碎机破成小块后取出,然后回填C10低标号混凝土。实践证明,采用人工挖孔法对孤石群的预处理,施工效果良好,有效避免了在这类地层中掘进时硬岩对盾构刀盘刀具的磨损,降低了盾构掘进刀具偏磨和线路偏移的风险,确保了盾构机的安全通过,