花岗岩工程地质特征分析及对地铁设计施工的问题与对策.doc

1、花岗岩工程地质特征分析及对地铁设计施工的问题与对策摘要：花岗岩的工程地质特征主要表现为遇水软化、崩解特点；存在“孤石” ；具有独特的组分特征，使其既具有砂土的特征，亦具粘性土特征；部分物理指标偏离较大；岩石中、微风化的岩石强度高等特点；针对其特征，提醒设计施工应注意其工程问题，合理建议其设计施工方法。 关键词：花岗岩残积土及全、强（土状）风化带；明挖法、盾构法、矿山法、钻（冲）孔桩； 中图分类号： P634.2 文献标识码： A 1、工程概况 广州市轨道交通二十一号线 D 标（朱村增城广场）线路长14.34km，起迄里程 YCK45+610.00YCK59+950.00（共设 4 个车站、3

2、个区间及一座停车场） ，本标段线路沿广汕公路布设，呈东西走向；本标段线路敷设方式分别为高架段与地下段；地下段隧道埋深约为15.0323.81m，地下车站埋深约为 17.820.10m。 2、工程地质与水文地质条件 覆盖土层为第四系松散沉积物，主要为冲洪积的砂、粉质粘土、厚度一般小于 20m，下伏基岩为志留纪（S3）花岗岩及元古代（Pt）的花岗片麻岩。 地下水按赋存方式分为第四系松散岩类孔隙水和块状基岩裂隙水。第四系松散岩类孔隙水主要分布在冲洪积砂层及圆砾层，其富水性较好，透水性中等强；块状基岩裂隙水主要赋存在花岗岩的强（岩块状）风化带和中等风化带，其赋存条件与岩石风化程度、裂隙发育程度等有关，

3、岩石裂隙发育、破碎时，岩层渗透性较好，富水性较好，在裂隙不发育地段或当裂隙被充填时，地下水赋存条件相对较差，具弱透水性，富水性也较差，微风化岩其富水性较差，渗透性一般为弱。由于部分强中等风化基岩上覆全风化岩和残积土等为相对隔水层，这部分基岩风化裂隙水具承压水特征。 3、花岗岩工程地质特征分析 3.1 岩石全风化带在成因上属于岩石，但在物理力学性质指标方面具有土的特性，而岩石强风化又区分有成土状、岩状（可单独细分亚层） ，其力学特征有着明显的差别，应考虑两种状态下的力学参数值；岩石全、强（土状）风化带在可挖性方面考虑，它们与岩石强（岩状） 、中风化带有明显的差别，即在垂直方向上岩石强（岩状）风化

4、带的上界为岩土分界线。 3.2 花岗岩残积土及全、强（土状）风化带在水平方向上分布广泛。残积土主要为砂质粘性土、砾质粘性土，土质的均匀性差。在天然状态下具有较好的力学性质，压缩性中等偏高，但遇水会软化、崩解，强度急剧降低。还具有颗粒组成“两头大，中间小”的特点，即颗粒成分中，粗颗粒（0.5mm）的组分及颗粒小的组分（0.005mm）的含量较多，而介于其中的颗粒成分则较少。这种独特的组分特征，使其既具有砂土的特征，亦具粘性土特征，同时也为小颗粒从大颗粒的孔隙中涌出提供可能性。 3.3 花岗岩残积土及全、强风化带具有遇水软化、崩解特点，取样进行了湿化试验，其崩解量为 6.3100%，崩解状态为粉末

5、状崩解块状塌落；根据取样分析，其自由膨胀率为 1.4717.6%，一般不具膨胀潜势。 3.4 由于风化不均匀，在花岗岩残积土、全、强（土状）风化带中可能夹有球状风化体 “孤石” ，其“孤石”分布很不规律，而目前现有的勘察手段较难准确查明其“孤石”分布位置及大小。 3.5 花岗岩残积土、全、强（土状）风化带部分物理指标偏离较大，导致一些所取的土样“失真” ；如全、强（土状）风化花岗片麻岩 C、一般偏小；压缩模量一般偏小；土的状态的判别，采用液限指数判别跟标贯实测击数判别有偏差；压缩系数一般偏大。 3.6 花岗岩残积土及各风化带（包括岩石）应进行石英含量分析，根据试验分析其石英含量约为 78.29

6、8.5%；岩石中、微风化的岩石强度高，根据取样岩石强度部分为 6295MPa，在施工时对盾构刀具影响较大。 4、设计施工的问题与对策 4.1 明挖法 4.1.1 增城广场站：采用明挖法，支护形式采用地下连续墙+内支撑。基坑侧壁：主要为冲洪积砂土、粘土及淤泥层以残积土层。基坑底板：主要为残积土层、局部为全、强风化岩。 4.1.2 设计施工的问题与对策 （1）花岗片麻岩残积土或全、强风化带具有亲水性矿物较多，遇水后易软化、崩解，应防止基坑被地下水浸泡，降低地基土承载力。开挖后应及时封底或采用碎石垫层以予处理。 （2）当地下水动水压力过大时，容易产生管涌、流土等渗透变形现象，以及对砼底板有顶坏作用。

7、可采用抗浮锚杆或抗浮桩。 （3）局部地段存在 “孤石” ，地下连续墙端部应穿过“孤石”位于稳定的岩体，可采取补充勘察并结合物探方法查明其“孤石”分布情况。4.2 盾构法 4.2.1 钟增区间：采用盾构法。洞顶：主要为冲洪积砂土、粘性土、残积土及全风化带 ；侧墙：主要为残积土、全、强风化、局部为中风化岩 ；底板：主要为残积土、全、强风化、局部为中、微风化岩。 4.2.2 设计施工的问题与对策 （1）花岗岩中微风化带抗压强度大，石英含量高，一般情况下，岩石的耐磨性越高，对刀具、刀圈和轴承的磨损程度也越严重，刀具消耗和施工成本就越高，并造成停机换刀次数增加，影响正常掘进，相应的掘进效率也就越低。可根

8、据岩石坚硬程度及岩石石英含量分析的成果，选择合适盾构刀具。 （2）隧道洞身范围内存在“孤石” ，对盾构施工影响较大，特别是对盾构刀具的磨损及盾构姿态的影响。可采用盾构机开仓取走“孤石”或施工前预处理。 （3）隧道洞身上部为全、强（土状）风化花岗片麻岩，下部为中等风化花岗片麻岩，岩土性质差异很大，存在“上软下硬”对盾构施工影响较大，特别是掘进速度慢、盾构姿态容易偏离线位。 工程对策主要是控制土仓压力、控制出土量与掘进土方量的均衡，注意控制注浆压力和注浆量，控制掘进速度等。 4.3 矿山法 4.3.1 出入场线穿山隧道：采用矿山法。进洞口为隧顶全、强风化花岗岩、隧底为中、微风化岩；洞身段为中、微风

9、化岩；出洞口为残积土、全、强风化花岗岩，局部为冲洪积粘土、 “孤石” 。 4.3.2 设计施工的问题与对策 （1）洞口地质条件差，围岩级别为级，洞口易产生管涌、流土、涌水问题以及隧道变形和坍塌问题，应进行清表处理并及时护坡或进行加固处理，防止围岩坍塌。采用新奥法开挖支护（初支） ，即打锚杆设钢筋网钢架支护喷射混凝土。 （2）隧道洞身段为中、微风化花岗岩，岩质坚硬，其开挖效率较低，但在爆破时应注意药量的控制。 （3）隧道后段范围内揭露有“孤石” ，施工开挖时直接挖除。 （4）施工时应及时跟进支护衬砌工作和注意开挖面的动态观测，并作好超前预报工作。 4.4 高架段 4.4.1 象岭站：高架站采用钻

10、（冲）孔桩，基岩埋藏较深，花岗岩残积土及岩石全、强风化带较厚。 4.4.2 设计施工的问题与对策 （1）基岩起伏较大，不利于桩长控制和桩基稳定性，钻（冲）孔桩孔底及孔壁遇水软化崩解、垮塌影响桩体质量和桩基承载力的影响（大大降低承载力） 。可对侧壁及桩底进行注浆加固处理。 （2） “孤石”对桩基施工影响较大，桩端应穿过“孤石”位于稳定的岩体，必要时，可采取逐桩进行超前钻。 （3）桩基施工时应在有代表性的地方按照要求进行试桩试验及载荷试验，从而确定桩型工艺的适用性及承载力是否满足设计要求。 5、结束语 在花岗岩地区勘察时，应详尽分析花岗岩的工程地质特征，在资料整理时，应针对其特征，提醒设计施工应注意其工程问题，合理建议其设计施工方法及措施。 参考文献 1国家标准城市轨道交通岩土工程勘察规范(GB 50307-2012)；2国家标准岩土工程勘察规范(GB50021-2001) 2009 版； 3 铁路工程地质手册 （中国铁路出版社，2005） ； 4 广州市轨道交通二十一号线工程 D 标段岩土工程勘察报告（2012/2013） 。