地铁盾构区间孤石探测及处理方案

盾构区间孤石探测及处理方案编制：复核：审批：二○一一年七月二十八日盾构区间孤石处理方案一、工程概况武汉市轨道交通二号线一期工程第xx标段盾构工程包括【积玉桥站～螃蟹甲站】、【螃蟹甲站～体育南路站（盾构区间部分）】二个盾构区间。盾构机自积玉桥站始发，到达螃蟹甲站后过站，再从螃蟹甲站东端头二次始发,掘进完xx盾构隧道后，从紫砂路盾构井和体育南路站盾构井解体吊出。在紫沙路下，左线盾构下穿已建成的明挖出入场线隧道结构，两结构间净距离仅为1.7m。且两隧道结构在平面上呈小角度斜交，相交段长度约为80m。出入场线在该相交处采用了SMW工法桩，在SMW工法桩施工过程中，发现在地面以下14m～20m范围内存在孤石，盾构穿越此处时必须对孤石进行提前处理。目前，530、531两台盾构机刀盘的开口率以及刀具的配置是适用于软土的地层施工掘进。如遇到孤石地层会造成掘进困难，若处理不好，会引起较严重的土工问题。二、盾构机在软土地层中掘进遇到孤石的危害在盾构法隧道施工过程中，可能遇到随机分布的孤石，且孤石形状大小各异、强度不一，而基岩使隧道内岩土层软硬不均。在这类地层中掘进效率低，刀盘刀具磨损严重，易产生卡刀、斜刀、掉刀、刀具偏磨、线路偏移等，处理起来速度比较慢，严重影响施工进度，有的甚至因施工无法进展而不得不变更设计，花费成本较高，经济效益差；怎样处理好盾构掘进过程中所遇到的球状花岗岩和基岩突起，是我部盾构施工过程中的技术难题。目前，530、531两台盾构机只在刀盘边缘装配有7把滚刀，掘进时若碰到孤石，靠边缘的7把滚刀很难将孤石破碎。在软土地层中，盾构机掘进时滚刀很难产生足够的反力将孤石破碎。若孤石不破碎，盾构机掘进时，孤石会在刀盘前方随着盾构机掘进方向移动，对地层造成很大的扰动。此外，对盾构机刀盘的主轴承、刀盘的钢结构产生伤害，对刀具产生破坏。盾构机的掘进姿态很难控制。三、孤石处理方案1、盾构隧道补充勘察为了进一步准确掌握孤石的分布情况，为孤石处理方案提供依据，必须对沿线补充勘察，进行详细了解。采用地质探测仪对孤石进行探测，发现孤石后对该地段进行加密补勘，探测宽度为7.0m，间距0.5米，详细掌握孤石的强度、大小及分布。孤石探测方案详见附图《xx区间紫沙路段孤石探测点位分布图》。2、施工过程中对孤石的预测和判断掘进过程中注意观察盾构机掘进的异常情况以及掘进参数的异常变化（例如速度突然变慢、推力、扭矩突然增大、刀盘振动、盾构机有异响声等），判断是否碰上孤石。掘进过程中随时监测刀具和刀盘的受力状态，确保其不超载并观测刀盘是否受力不均，以防刀盘产生变形。3、勤检查、勤更换刀具在孤石群这种地层中施工，刀具（包括刀盘）的磨损和破损是很严重的，其主要原因是工作面的地质环境变化非常频繁。因此，对刀具和刀盘的检查和更换就更要成为一种例行工作，要提前在地面选择合理位置进行加固处理。四、孤石处理方法1、处理方法（1）对RQD值小于25%的孤石或孤石周围地层能够较好使其在盾构机刀盘转动时不随之发生转动的孤石，可采取盾构机直接破碎通过；（2）对RQD值大于25%的孤石，不能通过盾构机直接破除的孤石，可预先采取如下措施：①当孤石较小时，对孤石周边风化土层进行袖阀管地面或洞内预加固，以提供盾构机破岩和人工破岩的条件。地面袖阀管注浆洞内注浆加固岩石裂机分裂孤石人工破除孤石②洞内静态爆破或火药爆破。③地面钻孔爆破或冲孔破除孤石。④压气作业条件下人工破除孤石，破除时可采用岩石分裂机等设备。压气作业⑤很大的孤石采用地面挖竖井的方法进行破处，后回填密实盾构通过的方法。进入开挖面或冲孔碎岩等方式清除孤石和基岩突起，其对于工作人员和工程项目都很危险，开挖面崩塌可能会使施工人员伤亡，或冲孔碎岩不彻底等，也可能引起隧道顶部地面过大的沉降。为此，最优的办法是从地面对孤石和基岩突起提前预处理，使其破碎成粒径较小的碎块，以便盾构机顺利通过。结合本工程可能存在孤石的地质情况，采用洞内爆破和地面注浆及爆破两种方法。如在补勘中未发现的孤石，进行地面注浆前，应通过盾构机超前注浆孔及径向孔向掌子面注膨润土，防止注浆困住盾构机。2、袖阀管地面注浆施工2.1加固范围注浆加固范围为隧道外侧1.5m宽，隧道底1m深，隧道顶3m高。注浆孔地面布置按间距1m，扩散半径按0.75m考虑，浆液为水泥-水玻璃双液浆，注浆压力、浆液配比等参数根据现场试验确定，并根据试验调整相应的注浆孔间距。2.2注浆预留孔施工（1）测量放样放样前线对地下构筑物及管线进行调查，可根据实际情况进行调整。测量人员根据图纸要求进行放样。（2）造孔钻机引孔深度为隧道以下1m。为减少地基的附加沉降,造孔过程中严格控制用水量,间隔跳孔施工。对斜孔的施工,应根据设备承台类型及所处的空间位置,严格控制钻孔倾角。各钻孔孔位应按现场的布设标志进行施工,无特殊情况不得随意更改,对需要更改的孔位,必须事先征得业主有关部门及相关人员的同意和确认。造孔至设计深度后,及时往孔内注入按规定配制好的套壳料,在孔内注满套壳料的同时,下入已封底的袖阀管。下入袖阀管过程中,认真检查各连接处是否密封可靠,防止套壳料进入袖阀管内造成管内堵塞而报废。袖阀管直径为50mm。（3）预埋注浆管①钻孔设备及材料XB-500型百米液压式回旋钻机、钻杆、钻头（110mm和89mm两种型号）、套管、袖阀管、标贯锤、岩芯管、粘土粉等。②注浆设备YSB-250/120型半液压式注浆机、搅拌机、压力泵、砂浆泵、双向密封注浆芯管、注浆镀锌管、压力表、注浆高压管等。③施工工艺流程2.3注浆施工方法采用先外围后中间，同排隔孔注浆，邻排错开注浆的原则。注浆材料为纯水泥浆,水泥为普通硅酸盐水泥,强度等级为Po42.5R。注浆压力0.3～0.5MPa,流量15～20L/min,浆液水灰比0.8～1,注浆节长0.5m,单位水泥注入量100～150kg/m。注浆工艺流程图如下：2.3.1钻孔钻孔孔位及钻孔深度严格按照设计进行。钻孔前确定孔位位置，检查钻机机身的定孔位钻孔至设计深度注入套壳料下袖阀管套壳料养护注浆水平度及钻杆的垂直度，要求钻机基本水平，钻孔垂直偏差小于l％。开孔采用Φ110mm口径钻头，待钻进2～3m时，换Φ89mm口径钻头，直至终孔。钻孔采用膨润性粘土泥浆护壁。（1）成孔标准钻孔深度达到设计孔深或钻进比较困难，且接近钻孔设计深度时可终孔。终孔时确记录钻孔深度，并注意对孔口和孔壁的保护。（2）钻孔注意事项①开孔前确保钻机的水平和垂直；钻孔时保持中速，遇到硬层时减速慢钻，防止卡钻。②泥浆护壁要做好，防止塌孔。③作好钻孔的详细记录，主要孔位的钻进深度误差控制在100mm以内。2.3.2下套壳料成孔后应立即灌注套壳料。灌注套壳料的目的是在袖阀管周边形成一道密封圈，防止浆液随意渗透，达不到设计单孔渗透扩散范围的要求，同时能起到劈裂注浆的效果。套壳料采用膨润性粘土粉和水泥浆搅拌而成的悬浊液体。配制参数为：水灰比为1：0.8～1：1，水泥和膨润性粘土粉的比例为1：1～1：2。拌制方法是：先拌制水泥浆，然后加粘土粉搅拌均匀，使之形成悬浊浆液。采用钻机泥浆泵灌注套壳料，先在终孔处灌注，然后缓慢提升钻杆，同时控制进料量大小，严防钻杆提升过快而进料量小，使泥浆掺和到套壳料中。套壳料从孔口溢出表示灌注完成。2.3.3下袖阀管套壳料灌注完毕后，应立即埋插袖阀管。因套壳料的填充下管阻力较大，可以在袖阀管中灌人适当清水，缓慢压管人孔，直至钻孔深度。严禁用力过大，防止管被压弯曲或折断。每下完一节管接头处粘结牢固。袖阀管应埋插在孔位中心，这样套壳料就能均匀地固结在袖阀管周围，注浆效果更为明显。袖阀管的制作：袖阀管采用Φ48PVC管加工而成，依据钻孔需要，袖阀管一般设计成4.0m／节和2.0m／节。其大样图如下。每隔0.35m钻设一圈6个射浆孔（梅花形布置），用软橡胶套包粘好。2.3.4注浆当套壳料达到预定强度(即套壳料自袖阀管埋插之后10～12h)后，进行注浆。在注浆过程中应注意以下几个方面：（1）每次正式注浆前，均要用清水试泵，看注浆机性能是否良好。（2）注浆前在地表及地下均设置监测点，注浆前、注浆中及注浆后及时监测，作到及时反馈信息，指导现场注浆施工。（3）预先打设探测孔，用静力触探的方法探测注浆层的厚度和密实度。（4）注浆过程中力求连续作业，确保注浆达到设计效果和防止浆液堵管。（5）注浆顺序遵循先外围后中间的原则。采取自下而上、分段注浆法进行注浆。（6）注浆压力宜控制在0.15～0.5MPa间。（7）应遵循自下而上，逐节灌注的原则。注浆节长为0.5m,按单位水泥注入量100～150kg/m分节控制,使地层各层位均能达到均匀注入的效果。（8）严格按试验得出的经验配合比进行配制浆液，并结合实际的地质情况进行适当调整。（9）注浆时，可以将注浆孔阀门稍稍打开一下，从流出的水中观察是否有浆液的存在，以便及时推测浆液扩散的动态情况。（10）详细记录注入浆量和注浆压力，根据隧道内和地表的监测数据分析注浆的效果。（11）严格控制注浆流量在7～10L／S，对填充型灌注时也不宜大于20L／S。（12）正式注浆后当压力达到或超过0.5MPa，或者出浆量小于1．1l／min时应停止注浆，严防爆管喷漏浆液伤人。（13）每次注浆完毕或中途停止时，应及时用清水冲洗干净管中的残留浆液，以备多次重复灌浆。（14）严格控制浆液水灰比及其搅拌时间,使浆液具有较好的流动性。（15）注浆前后分别做标准贯人试验，检测注浆前后土体的物理力学性能，未达到设计要求，再进行二次注浆，直至达到设计要求。2.4试验及检测袖阀管加固施工结束后，对注浆体强度、承载力等进行了检测，检查的孔数为5%，不合格率小于20%，满足规范要求。详细阅读