1、刍议地铁盾构过硬岩施工技术摘要：本文以深圳地铁修建中盾构技术为例，对遇到过硬岩地质情况时的盾构技术进行了探讨，希望对地铁施工人员有所帮助。 Abstract: In this paper, the construction of the Shenzhen Metro Shield technology, for example, encountered excellent rock geological shield technology, subway construction workers help. 关键词：地铁；盾构；过硬岩 中图分类号：U231+.3 文献标识码：A 文章编号： 工
2、程简介 深圳地处花岗岩分布带，在长期风化的作用下逐渐形成球状风化体，岩质坚硬。由于其强度较高且不均匀，对地铁盾构施工造成重大影响。 二、地铁盾构过硬岩施工技术 根据深圳地铁盾构施工处理花岗岩风化球的工程实践，其常用的办法可归纳为盾构机直接破除法、盾构开仓处理法、竖井或孔桩处理法、深孔爆破处理法四大类。其关键技术如下。 1.盾构机直接破除法 盾构机直接破除法就是通过盾构机刀具配置及优化掘进参数，利用盾构机自身能力破除风化球，俗称“硬吃硬” 。由于风化球岩质较硬，盾构机刀具应以单刃盘形滚刀为主，掘进时应采用小推力、低转速来将其破碎成碎块。在盾构掘进过程中，应随时监测刀具和刀盘受力状态，防止刀盘产生
3、变形。在接近可能存在风化球的位置时，应放慢掘进速度，要严格监测推进油缸和刀盘伸缩油缸的推力、盾构机姿态及土仓压力、出碴量的变化。必要时可进入土仓进行检查，以判断是否存在风化球，并确定风化球与刀盘的位置关系。若盾构掘进速度很慢或风化球随刀盘一起滚动时，应对土体进行注浆加固以“固定”风化球，以免掘进时风化球随刀盘转动。 2.盾构开仓处理法 对较大粒径的风化球，不能从刀盘开口进入土仓且又不能被刀盘破碎；或因土质太软弱，不能产生足够的破碎反力，此时必须进入开挖面人工清除风化球。人工清除是危险性较大的作业，为确保开挖面的稳定，可采用地层预加固处理或者带气压开仓作业。当地面施工条件允许时，地层预加固处理应
4、优先选用。常用的地面加固处理方法有注浆、搅拌桩、旋喷桩等。当地面施工条件不允许时，可以通过盾构机上预留的超前注浆孔进行土体超前注浆加固。但该方法必须防止注入土层的浆液流入刀盘把刀盘固结“抱死” ，为此一般每隔 30 分钟应转动刀盘一周到两周。 3.竖井或孔桩处理法 对具备地面施工条件、已经探明风化球发育的地点，可以提前施做竖井或挖孔桩处理风化球或用冲孔桩破碎风化球。采用人工挖孔桩处理风化球时，一般配合桩孔内爆破。人工挖孔桩的直径常为 2m，而风化球的直径在 0.53.0m 之间，爆破施工应根据风化球大小及其与桩孔平面相对位置关系分别采用不同的爆破处理方法，严格控制爆破振动。桩孔内爆破主要采用以
5、下方法： （1）风化球直径为 0.81.5m 时，要充分利用风化球的自由面，尽量掏出风化球周边的泥土，以提高爆破效果并减少爆破对周围土的扰动。（2）风化球直径在 23m 范围，风化球中心偏离桩井中心且一侧可提供自由面时，可将能提供自由面的一侧土尽量清除，布孔装药时应将有自由面的一侧作为爆破主导方向，用微差爆破的方式将孤石爆破挖除。风化球中心和桩井中心较一致时，由于只有一个方向上的自由面，应采用掏槽爆破工艺将岩石破除。 4.深孔爆破法 深孔爆破法处理风化球是在具备地面处理条件的情况下，对已探明的风化球采用地面地质钻机垂直打孔，装炸药爆破隧道范围内的风化球。要求控制爆破后石块粒径不大于 30cm，
6、便于盾构机出碴施工。 原拟定采用人工挖孔桩的方法处理风化球，施工过程中由于地下水丰富，护壁难以固结，致使人工挖孔桩处理方法未能得到成功应用。决定采用深孔爆破对风化球进行处理。 （1）爆破布孔形式与装药结构设计。由于风化球埋深较深，约1927m，体积较大，厚度 1.06.9m 不等，一次性爆破破碎难度较大，故采取对前排孔先行爆破，然后利用前排孔爆破挤压周围土层产生的自由面，再对后排孔进行逐个起爆。炮孔间排距 0.6m1m，布孔形式采用矩形或梅花桩形。 （2）钻孔参数。钻孔采用地质钻机进行垂直钻孔，土层钻孔孔径、岩石钻孔孔径均为 110mm，下直径 90mm 的 PVC 套管。 （3）起爆网路设计
7、。因待爆破风化球在地表下约 1927m 处，炮孔中有水，因此起爆药包采用软钢丝或绳悬吊于爆破点处，且一端固定于孔口位置，标高误差不得大于 10cm。药包装在特制的 PVC 管体内，该起爆体须具有较好的防水性能并适当用碎石配重，以利于起爆体的就位。 （4）爆破安全距离计算。根据国家爆破安全规程及深圳市公安局的规定，一般民房所能承受的最大允许安全震动速度为 1cm/s，现按1cm/s 以下进行装药设计，反算一次爆破允许的最大装药。具体装药按信息化施工原则，根据测振情况调整。 （5）安全防护措施。地下爆破不会有飞石产生，但爆破后产生的高压气体会将炮孔内的泥浆压出孔外，为了防止涌出的泥浆飞溅，爆破作业
8、时，采取沙包铁皮的联合防护体系。 事实证明，经过深孔爆破对风化球进行预处理后，盾构能够顺利通过，掘进速度较为理想。 5.风化球处理方法的比较 花岗岩风化球处理方法的选择需结合其大小、位置、形状、强度、周边环境等因素综合确定。处理原则是首选地面处理的方式，地面处理不具备条件时考虑洞内处理。从深圳地区的盾构工程实践，按以上处理风化球的考虑因素及原则，各种处理方法的对比如表 1。 表 1 三、结束语 在盾构施工前应结合场地邻近项目工程建设经验的调查，尽可能有的放矢地结合勘察手段对其分布情况进行揭示。在具体处理对策的选择时，充分结合区间的地质条件、环境条件、盾构机条件进行技术、经济对比，选取最优方案或组合方案，方案实施时应特别重视对工程实践中积累的关键技术控制点的把握。 参考文献： 1张厚美.盾构隧道的理论研究与施工实践M.北京:中国建筑工业出版社，2011 2鲍永亮,郑七振,唐建忠.地铁盾构隧道施工监测技术J.铁道建筑，2009(5)
