1、广州轨道交通 XX 工程 XX 盾构区间左线孤石爆破处理总结摘要：本文通过分析广州地区某盾构区间施工过程中遇到孤石并进行爆破处理的典型工况，对孤石群（球状风化岩）复合地层中盾构施工技术进行探索，总结出盾构过孤石群存在的问题和特点、难点，并提出了针对性的解决方法及监理控制要点。 关键词：盾构;隧道;孤石爆破处理 Abstract: This paper analyzes the boulders and blasting processing typical conditions in the Guangzhou area a Shield Zone construction process,
2、explore the BOULDER group of (spherical weathered rock) composite stratigraphic shield construction technology, summed up the shield over boulders base problems and characteristics, difficult, and proposes targeted solutions and supervision control.Key words: Shield; tunnel; boulders blasting proces
3、s 中图分类号：C913.32 文献标识码：A 文章编号： 1 工程概况 1.1 工程简介 根据详勘报告，本标段盾构隧道洞身范围内揭露有孤石存在，为了降低盾构机掘进施工的风险，在详堪资料和地质补钻结论的基础上，进行本次孤石处理工程。 1.2 工程地质与水文地质情况 本工程盾构区间隧道埋深 1524m。地层从上至下主要有填土层、砂层（主要为中粗砂） 、花岗岩残积土层、花岗岩全、强风化带。隧道穿越的地层主要有中粗砂层、粘土层、花岗岩残积土层，局部穿越花岗岩全风化层。其中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。 根据地区经验，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
4、土状的强风化花岗岩中容易发育球状风化孤石。而根据详勘报告，本标段盾构隧道洞身范围内揭露有孤石存在。 地下水按赋存方式分为第四系松散土层孔隙水，块状基岩裂隙水。本标段详勘所揭露的地下水水位埋藏变化较大，稳定水位埋深为0.6010.80m，平均埋深为 3.63m。 2 萝香区间左线孤石分布情况及预处理位置 为了尽量摸清孤石的情况，承包商制定了补充钻探探测“孤石”方案，并根据设计资料和现场调查研究的结论选择了钻探区域。 “孤石”的探测区域主要包括： 1“孤石”出现可能性最大的重点探测区； 2“孤石”出现可能性很大的重点探测区； 3“孤石”出现可能性较大的重点探测区、其余“孤石”探测区几种类型。 待萝
5、香区间补勘工作已完成，结合补充详堪资料，左线揭露孤石钻孔 16 处，其中有 1 处不在隧道范围内，其位置相对集中在萝香区间的 1座山丘附近。左线已探明的孤石情况详见表 2-1： 3 盾构遇孤石后的风险 3.1 盾构遇到孤石后的状况 盾构遇到孤石后主要表现的状况有：刀盘碰到孤石后发出明显的破岩响声，刀盘的油压变化明显，盾构屏幕显示刀盘扭矩变化较大，推进速度变慢，并可以感觉到明显的震动。 盾构通过孤石与正常掘进的各项参数均有明显变化，主要参数变化情况如下 表 3.2-1 掘进参数对照表 3.2 盾构掘进遇到孤石后存在的风险有： 1掘进非常困难，掘进速度缓慢，可能出现卡刀盘现象； 2盾构机姿态难以控
6、制，可能造成回转角增大、上下及左右盾构姿态偏差较大； 3盾构机刀具磨损严重，刀座、刀盘变形严重（见图 3.2-1） ； 4更换刀具困难，特别是当隧道周边围岩不稳定，且盾构埋深太大时，地面不具备加固条件的情况下问题更为严重； 5掘进对地层的扰动大，因而产生地面沉降较大，对地面的建（构）筑物也有不利影响。 4 左线孤石爆破处理 当钻孔探测揭露“孤石”位于隧道洞身，且判断盾构机直接掘进通过该地段存在较大施工安全隐患、或施工成本大于处理“孤石”成本、或工期压力较大时，采取地面预处理方案对“孤石”先进行预处理。地面预处理主要考虑采取：深孔爆破的处理方法。 4.1 孤石爆破处理的原则 1钻探揭露位于隧道洞
7、身直径为 0.4 至约 23m 米的单个孤石采取深孔爆破处理；直径大于约 23m 的孤石优先选择深孔爆破处理。 2钻探揭露位于隧道洞身直径大于约 23m 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。3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； 4钻孔垂直方向揭露两个或以上的孤石，首选采用深
8、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； 5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） 。 6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。 图 4.2.1-1 地面预处理流程图 4.2 爆破施工 通过地面引孔爆破时“孤石”基本分裂成单边小于 0.3 米的岩块。 4.2.1 孤石爆破处理流程（见图 4.2.1-1） 在钻探遇到孤石时，查明孤
9、石的数量、产状、大小、形状； 计算爆破参数； 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；采取人工井下爆破时，须作业人员进入旋挖桩或人工挖孔桩形成的工作井内完成钻孔、装药等工作。 爆破完成“孤石”分裂破碎要求。 使用水泥砂浆封堵钻孔。 4.2.2 爆破施工的基本要点 在工程开工时，根据专项爆破方案设计的爆破参数，取两处孤石进行爆破检验，爆破完成后采取抽芯检测的方式检验爆破效果，并根据爆破效果调整参数。 采取地面引孔爆破时，尽量利用补充钻探阶段的钻孔（主要是发现孤石后查明孤石大小的钻孔）进行爆破，孔位不足时补充处理。钻孔完成后，及时插入
10、 PVC 管，防止塌孔。 当孔内存在地下水时，考虑采用乳化炸药进行爆破。 当孤石较大时，考虑采取分批次爆破的方式，即利用上次爆破挤压土体产生的自由面进行下一次爆破。 为减少爆破施工对地面环境产生的影响，对于爆破孔或工作井应采取确实有效的地面防护措施，防止泥浆、石渣等飞溅造成污染或人员伤害。 为了保证爆破施工的安全，在爆破作业前在主要位置张贴爆破“安民告示” 。在爆破施工作业时按相关要求设置警戒线进行安全警戒，统一爆破警戒信号和起爆信号，并且各警戒点安排专门负责的警戒人员。 4.2.3 盾构机在爆破区掘进 a)刀具的配置和检查更换 使用刀刃加厚的硬岩刀在“孤石”地层中掘进。 在掘进通过“孤石”前
11、，全面检查刀具，当边缘滚刀正常磨损超过10mm、正面滚刀正常磨损超过 20mm、中心滚刀正常磨损超过 25mm 以及出现滚刀其他非正常损坏情况时应立即更换；并且，在掘进过程中随时留意掘进参数的异常变化并及时检查刀具。 b)掘进施工的控制措施 采用小推力、低扭矩、低转速掘进，并把掘进速度控制在 820mm。 根据地层的情况保持一定的土仓压力，可采用半土压半气压提供土仓压力的掘进模式。 掘进过程中适量添加泡沫和水，改良正面土体，降低刀具和土体的摩擦力，减小扭矩，降低刀盘和土体温度，减小刀具的偏磨。 根据掘进的速度匹配合适的注浆速度，并确保同步注浆量；及时对同步注浆未能填充满的管片背面进行二次补充注
12、浆。 在掘进通过“孤石”的过程中加强地面监测，并做好注浆加固的应急准备。 4.2.4 地面钻孔的封孔 进行孤石大小和形状探测、爆破的钻孔均布置在隧道正上方，因此必须严格保证封孔质量。每个钻孔完成后必须马上进行彻底封孔，避免封孔不及时出现的事故和意外。封孔采用水灰比为 0.8 的水泥浆，使用钻杆从钻孔底部自下而上进行，封孔过程中应注意水泥浆的流失，直到钻孔溢浆为止，若水泥浆流失严重，可改用水泥砂浆进行封孔。封孔质量必须经现场管理人员验收。 4.3 孤石爆破处理的效果 4.3.1 孤石的处理效果 通过地面预处理，已探明的孤石均已破碎到预定程度（见图 4.3.1-1与 4.3.1-2） 。 4.3.
13、2 左线盾构的掘进效果 通过孤石预处理后，盾构掘进参数已基本回复正常（见表 4.3.2-1）: 表 4.3.2-1 掘进参数对照表 目前左线盾构机已顺利通过该段孤石群区域。 5 孤石爆破处理中的监理控制要点 孤石预处理属于工程重大风险点，对此，我监理部严格按照规范与要求进行监理： 5.1 爆破前的控制 1爆破专项施工方案及时报监理部进行审批备案； 2检查爆破施工单位资质、管理人员资质、特种作业人员资质是否合法有效； 3检查施工合同（包括分包合同） 、安全协议书、施工人员保险是否签订及办理； 4相关证件是否办理（爆破施工许可证 、 爆炸物品购买许可证 、爆炸物品运输许可证 、 爆炸物品使用许可证
14、等） ； 5周边建（构）筑物、管线、管道已调查清楚并已编写调查报告，需要保护的已做好保护措施，应迁改的已按要求迁改； 6现场渣土提升系统是否安装完成并通过验收； 7爆破器材仓库是否符合规定要求并设有专人管理； 8是否按要求成立爆破指挥部，全面指挥和统筹安排爆破工程的各项工作； 9是否已经完成施工现场周边的安全防护工作； 10测量、监测方案是否审批，监测控制点、施工观测点是否按监测方案布置好，且已测取初始值； 11相关安全生产规章制度、安全生产责职及安全监管架构是否已建立、健全及落实到位； 12施工现场安全与技术交底（含各施工工艺和步骤）是否按要求完成； 13是否对本工程潜在的风险进行辨识和分析
15、，有针对性、可操作性的应急预案编制完成并落实抢险设备、材料、人员、方案等。 5.2 爆破时的控制 1点火爆破前，无关的人与物件是否已经撤离到安全距离以外，并用哨子报警，确认安全后才能点火； 2设立警戒范围：二次爆破300m，深孔爆破200m； 3同时发出视觉和音响信号：第一次信号预告，第二次信号起爆，第三次信号解除警戒； 4点火时必须有专人指挥，禁止使用火柴、香烟等点火； 5现场必须设立警示牌，现场人员必须戴好安全帽； 6不得让无证及闲杂人等进场，不得任意携带火种进场。 5.3 爆破后的控制 1必须仔细听清并确认爆响的数目，如爆响数目与点火数目不符或不清时，应根据导火索燃速，确定进入爆破区检查
16、的时间，但最少应等到最后一个爆响后 30 分钟； 2爆破后，不管有无哑炮，必须对现场进行仔细检查，确认安全后，才能解除警戒； 3处理哑炮时无关人员一律不得停留在场； 4剩余的爆破器材必须按规定退还炸药库； 5待爆破完成后，要及时对爆破区域进行抽芯，检测爆破效果是否达到处理要求。 6 总结 目前左线已顺利通过孤石群区域，但为了正确指导右线，总结左线孤石爆破处理经验亦有非常重大的意义： 1当刀盘刚接触到盾构前方孤石时，刀盘转速、推进速度会减慢，刀盘扭矩数据出会有较大波动，依据刀盘扭矩的变化情况合理制定推力，推力要缓慢增加，切忌过猛。 2 对于在孤石地层掘进，盾构机刀具最主要的破坏形式有刀圈崩断，刀圈偏磨，刀座、刀盘变形等，进入孤石区后调节掘进参数，减慢掘进速度和刀盘转速，令刀具充分碾磨孤石，避免因冲击力过大而减少刀圈崩断、刀圈偏磨，通过控制推力来减少刀座、刀盘变形 3速度减慢后，要调节好土仓压力，严格控制出土量，禁止超挖，并做好同步注浆工作，有必要时可进行隧道内补浆，防止地面沉降过大；4在孤石区要密切关注土仓内状况，及时了解孤石位置情况，防止孤石移动后破坏刀盘和刀具；
