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1、城市地铁盾构施工硬岩处理施工技术完整（完整版资料，可直接使用可编辑，推荐下载）城市地铁盾构施工硬岩处理施工技术摘要 :本文通过两个工程实例， 对城市地铁盾构施工硬岩处理常用的竖井开挖和深孔爆破处理技术进行简要描述和分析 , 重点介绍了两种方案的选取经过和施工过程中的重难点 技术，对今后类似工程有一定借鉴作用。关键词 : 地铁； 盾构； 硬岩 ; 处理； 技术在盾构法隧道施工过程中，经常会遇到随机分布的球状花岗岩和基岩，且 球状花岗岩形状大小各异、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，处理速度较慢
2、 ,影响施工进度，有时甚至需变更设计， 成本花费高， 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 当前盾构法施工中一个较大的技术难题 .1 竖井处理某盾构区间在掘进至 176环时，控制参数突变， 掘进速度急速下降 ,刀盘扭 矩波动大，碴温持续升高，出碴量无法控制 ,立即停机处理 . 为探明地质情况， 立即对刀盘前方加密地质钻孔进行补勘 , 岩芯试验报告表明最高强度已达到 176.6Mpa。经对掘进情况进行综合分析，认为盾构机已进入上软下硬地层,且刀 具磨损严重，必须进行硬岩处理并换刀具后才能通过。1.1 工程概况及方案选择周边环境：盾构停机位置处于新湖路北侧，北临万佳
3、停车场、华美居 A 座商业楼 , 隧道上方为人行道和绿化带，上部有自来水管、污水管、燃气管。地质状况：隧道顶部地层由地面至下依次为 7m的素填土和填石层、3.7m硬 塑状淤泥质粘土、1.6m砾砂层，隧道范围内为：2.5m砾砂层、1。2m残积层1 砾质粘性土、11m左右的全风化花岗岩、15m左右的微风化花岗岩（高强度）。 隧道顶板覆土厚度为 12。 3m。方案选择：为使盾构机尽快恢复正常施工，首先进行了带压进仓更换刀具 作业，更换过程中发现大量刀具已受到破坏性的损坏 , 且在带压过程中地面出现 了多次漏气现象 , 保压困难，还剩余 4把刀没有更换完成 , 无法保证在洞内由 NFM盾构机完成硬岩的
4、处理随后决定采用人工挖孔桩的方式处理硬岩， 因挖孔桩开 挖遇砂层后，多次发生涌水涌砂现象，采取措施后仍无法完成挖桩施工。鉴于 以上情况，综合地层状况（填石层和砾砂层无法保压 ）、周边环境（官线较少且 为绿化带，有开挖条件）等相关情况，最后决定采用原位竖井开挖后处理硬岩并 在竖井内敞开换刀方案相关情况见图1.图1竖井开挖处理方案图1.2竖井处理方案坪州站坪州站宝体公园站1*600旋桩桩间截1*800素凝土灌注1I12 竖井平面图* 800素混凝土灌注桩 工22a型钢钢架预埋插筋* 22L=1400,环距 800宝体公园站* 600旋喷桩桩间截水* 800素混凝土灌注桩；20喷混凝土该范围采用塑料
5、素填t11141竖I 井 中 线预埋吊筋* 22L=1400,环距 80014* 800素混凝土灌注桩| C2t喷混凝丄竖井开挖范围为：线路方向为刀盘刖方4m,刀盘后方2。25m,垂直线路方向 为6.5m。竖井初期支护采用I22型钢支撑与30cm厚C20网喷混凝土 .在竖井开 挖范围外采用800素混凝土灌注桩+桩间双管旋喷桩进行地层加固并阻断填 石层和砾砂层中的地下水，然后按常规方法开挖竖井，开挖完成后硬岩采用人 工凿除和静态爆破的方式处理。完成岩石处理和敞开换刀工作后，隧道范围内 及隧道顶板以上2米采用M10砂浆进行回填，其他部位采用粘性土回填至地表。 具体详见图1.施工步骤如下：施工准备、
6、管线改迁一素混凝土灌注桩+双管旋喷桩间止水一竖井位置放样、井圈施工一提升系统安装一第一循环竖井开挖、钢筋网、钢架 安装及喷砼一进入下一循环-完成竖井开挖、支护一刀盘前方硬岩处 理、清理刀盘和换刀一竖井回填一路面恢复、盾构掘进。1。2.1竖井施工1）素桩采用相邻桩隔孔施工方式 .盾壳上方的素桩采用回转钻机施工 ,其余 素桩采用冲孔桩机施工 .2）竖井开挖：每循环开挖由基坑中心向四周进行 ,因水量较大，后采用台阶 式分段开挖，然后在井筒中央挖设超前集水井并及时抽排。刀盘范围的钢架与刀盘焊接，盾壳两侧钢架与盾壳焊接进行加固，钢架焊 接必须紧密、牢靠，确保整个支护体系闭合、稳定、安全。3）刀盘附近范围
7、竖井开挖补强措施 素混凝土和旋喷桩施工期间为保证盾构机安全，可能对盾壳上部 70cm 范围内土体未充分加固和有效止水 .因此在竖井开挖接近至刀盘顶部70cm时，通过风钻引孔，打设长 4。5m, 42mm的小导管，并注水泥一水玻璃 双液浆加固盾壳上方土体后才继续竖井的分步开挖施工。为防止水泥浆液凝 固后抱死盾壳，需在注双液浆之前，先在盾壳周围注聚氨酯，施工工艺与注 水泥浆相同。聚氨酯是一种膨胀性的高分子材料，在遇水膨胀后可起到将盾 壳与双液浆液隔离和止水作用。1。 2.2 刀盘前方硬岩处理 竖井内硬岩的破除主要采用风镐和风钻钻孔静态爆破的方式进行。在用风 钻钻孔后将膨胀剂装入孔内，然后封孔，约
8、10 个小时后 , 膨胀剂使岩石预裂后 采用人工手持风镐的方法将其破除。竖井前方的硬岩根据地层稳定情况 , 硬岩顶部采用预注浆的方式加固风化 层, 然后对岩层采用暗挖小导洞的方式开挖处理， 必要时采用方木木板喷射混 凝土临时支护。当完成一段硬岩的处理后及时进行填充处理。硬岩凿除施工时 , 需要准确对硬岩的深度进行测量，避免出现由于凿除长 度、深度不够而处理不够彻底现象 , 造成后续掘进困难的情况。 当完成设定范围 的岩石处理后，对掘进方向的其他硬岩是否需处理，必须评估后再决定。1.2 。 3 竖井回填在盾构刀盘修理及刀具更换结束后， 进行盾构机刀盘试运转 .确认盾构机 自身满足掘进条件后，回填
9、施工竖井。隧道范围内及隧道顶面以上 2米均采用M1C砂浆进行回填，其他部位采用粘性土进行回填至地面以下300mm最后进行场地恢复。在回填前先用膨润土泥浆将盾构机土仓填满，确保舱内为满仓膨润土泥浆 .在回填过程中用木 板、方木等将刀盘面板上的空隙和卸碴口等密封严实，确保回填料不进入土 仓。回填由下至上分层（每层1m）进行，首先凿除盾构开挖轮廓范围内井壁网 喷砼并割除型钢支架，然后回填砂浆 .每个循环过程中做好工序衔接，确保工 作连续、快速。在拆除支撑后立即回填砂浆，确保基坑稳定、安全。在等强 完成之后，拆除上一层的支撑，开始进行下一循环的回填。2 深孔爆破处理某工程经勘探在盾构区间右线揭露了一段
10、硬岩，需处理侵入隧道岩石范围 为：竖向近3.3m，沿隧道方向20m在左线隧道中线位置揭露出长约 3m范围的 球状风化地层 , 微风花花岗岩层正处于隧道中心位置， 因房屋影响未能全面揭露 球状风化地层。由于硬岩突起段与球状花岗岩的存在影响盾构施工，需提前将 其处理。2 。 1 工程概况及方案选择周边环境：该段位于宝安区新湖路上，南侧100m外为海湾中学，北侧15m外为芙蓉楼和龙年电子有限公司，其桩基础均为钻孔桩型式，深入隧道底下 1 。 6m-8m.隧道上方分布着大量的地下管线， 包括雨水、污水、上水、电信、电力、 燃气、路灯管线 .地质情况：地面04。5m为素填土（夹块石）、4.58.8m为填
11、石；8.8 17.6m 为砂质粘性土；再往下为全、强、中及微风化层。地下水丰富 ,隧顶埋深 1313.6m，隧底埋深2020。6m.方案选择：由于需要爆破处理的岩石位于地表下约1520m,且地面下4.5& 8m为抛石挤淤层，隧道顶多为砂质粘性土或全风化花岗岩，清除侵入 隧道的球状花岗岩和基岩 , 若采用盾构掘进时在洞内处理的方式将面临掘进工 作面可能出现涌砂突泥，也可能引起隧道顶部地面沉降过大危及附近楼房安全 等风险 . 若采用地面冲孔碎岩方式又存在大量管线改迁耗时长， 入岩速度较慢等 问题。为此，最优的办法是采用地面钻孔爆破，将球状花岗岩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
12、构机顺利通过。2。2 深孔爆破处理方案首先采用地质雷达和超生波探明地下管线并作标识， 对已探明基岩突起和球状花岗岩采用地面地质钻垂直打孔（孔径 110mm下直径90mnm勺PVC套管）， 装炸药爆破隧道范围内岩石，使岩石成为单边长度小于20cm的碎块。雷管选用 15m非电雷管，炸药选用乳化炸药，标准直径为60mm具体根据现场的需要加 工. 装药后用中粗砂或碎石作堵塞物。2.2。 1 爆破参数设计1 ）单耗计算依据瑞典的设计方法，单位耗药量计算：q=q1+q2+q3+q4式中 q1- 基本装药量， 是一般陆地梯段爆破的两倍 （本工程爆破对象位于地下1520m左右，且存在地下水，故视为水下爆破）.
13、对水下垂直钻孔，再增加10%。例如普通坚硬岩石的深孔爆破平均单耗q仁0。5kg/m3,则水下钻孔q1=1.0kg/m3, 水下垂直孔 q1=1。 1kg/m3；q2爆区上方水压增量，q2=0。01h2;h2水深，平均取 16m;q3-爆区上方覆盖层增量，q3=0。 02h3;h3-覆盖层（淤泥或土、砂）厚度， 15m;q4-岩石膨胀增量， q4=0。03h;h梯段高度， 3m。q=1.1+0.01 x 16+0。02x 15+0。03x 3=1。65kg/m3。在爆破作业过程可参照上述数据试爆后，针对具体情况调整爆破参数。2）布孔形式与装药结构基岩爆破由于基岩埋深较深，侵入隧道内最高约 3.3
14、米，导致爆破破碎难度较大， 为了便于施工及保证破碎效果， 采取首先对前排孔 （基岩外侧 ）进行爆破 ,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.施工时，首先选择两端和中间岩石较薄的地方开始钻孔，然后逐步向后推进。炮孔间排 距均为0.6m，钻孔超深0.50.8m,装药深度比基岩厚度深约0.40。6m,装药 参数见下表一。表一基岩突起装药参数表台阶高度超深孔距排距孔深单耗装药装药H(m)h ( m)a(m)b (m)L (m)kg /m3Q (k)形式1.00.40。60.61。41。651。48连续2。 00.50.60。62。51.652.64分层3。 00。 60
15、。 70.73。61.654。81分层具体钻孔平面布置及基岩最后处的装药结构如图二、图三所示:装药孔需爆破突起基岩.一孔底标高低于 隧道底标高图2基岩爆破布孔平面示意图地面 L空炸药堵塞 ：需爆破岩石隧道底面超深炸药I超深 鼻 J 轿fl.其中=孔距，=排距超深=（0.50.8）图3 厚度3.0m基岩爆破装药结构示意图球状花岗岩爆破因孤石厚度不均，考虑到测量以及药包吊装过程中产生的误差 （误差累计不 得超过10cm）。孤石爆破时，单孔单体爆破时装药长度与岩石厚度相同，多孔 单体爆破时，布孔形式为矩形，与基岩爆破形式接近，相邻两个炮孔，其中一个炮孔钻至孤石底面（即钻穿），装药至炮孔底部，孤石顶面留 10cm不装药；其 邻孔孔底距离孤石底面10cm,装药至炮孔底部，孤石顶面留 10c
