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摘要：地铁隧道盾构在孤石发育地层中掘进，通过采用爆破预裂处理、预裂孔+冲孔桩冲除处理、旋挖钻旋挖处理、盾构直接切削孤石处理技术进行孤石处理。结果表明，几种处理方法均能达到孤石处理目的，通过采用不同的处理方法，虽工期、成本、效果各有区别，但可为类似工程提供较好的参考。
关键词：盾构隧道；孤石；旋挖钻；爆破；冲桩；
0引言
盾构法施工是国内成熟的施工工艺，以其施工速度快、质量好、环境影响小等优点，已被广泛应用在地铁施工中。而盾构掘进施工在孤石发育地层掘进施工，塌方、孤石、刀具磨损是盾构法隧道工程施工难点和风险之一。孤石引起盾构隧道施工土体塌方、刀具磨损严重，对工程和社会带来不良影响。
本文以广州市轨道交通某施工地铁标段为背景，针对地质条件复杂，砂层厚，孤石发育频繁且分布不规律，周边建（构）筑物复杂，盾构在此条件下施工受影响大，风险高，孤石处理时间长，风险大，导致盾构隧道施工工期滞后，影响整个工期计划等问题，采用了爆破预裂处理、预裂孔+冲孔桩冲除处理、旋挖钻旋挖处理、盾构直接切削孤石处理技术[1]-[3]，达到孤石处理效果，为类似工程提供参考借鉴。
1工程概况
广州市轨道交通某施工地铁标段盾构区间，其中一区间全长约1.8km，隧道洞身主要处于<3-2>中粗砂层、<4N-2>粉质黏土层、<5H-2>花岗岩残积土层、<6H>全风化花岗岩层、少量强风化花岗岩层和中风化花岗岩及微风化花岗岩层；二区间全长约2km，隧道洞身主要处于<3-2>中粗砂层、<4N-2>粉质黏土层、<5H-2>花岗岩残积土层、<6H>全风化花岗岩层、少量<7H>强风化花岗岩层为主。两区间隧道均有存在孤石，盾构施工过程中频繁遇到孤石，受孤石影响不小。
其中勘察发现的孤石6处，采用预裂孔+冲桩孤石处理2处，旋挖钻取孤石处理1处，预爆破孤石处理3处。盾构掘进施工过程遇到孤石有6处，分别旋挖钻处理孤石1处，刀盘前爆破孤石处理3处。盾构遇未探明孤石采取直接切削过孤石通过十多次。
2解决思路
孤石处理方法有多种[4]-[5]，本文针对在不同工况下采取了不同的处理方法，如根据不同地面环境、实际施工情况、对施工的影响程度等，分别选择有利的施工方法。
1）施工场地允许，工期充足，对周边环境影响较小的情况下，通过采用潜孔钻机预先对孤石按一定间距进行预裂孔钻，再使用冲桩机对孤石进行冲碎，并将孤石破除隧道底部一定深度，确保后续盾构能顺利通过。
2）在要求工期短速度快，效率高，效果好，对周边环境影响要求高，通过采用旋挖钻机直接将孤石旋挖取出或者将孤石压至隧道底部以下一定深度，避免孤石二次影响盾构施工。
3）在工期和周边环境影响可控时，对已探明的孤石，采用百米钻机或潜孔钻机按一定爆破间距引孔，埋设PVC爆破套管，并根据需爆破孤石的大小和周边环境计算出炸药用量，将孤石一次爆碎，并保证地面建筑物和地面环境安全。对盾构掘进施工过程遇到的孤石，也可采用微差爆破方法，将孤石一次爆碎，并能确保盾构机、地面建筑物和地面环境安全。
4）无法采用其他措施对孤石进行处理是，通过选择合理的掘进参数，直接掘进切削孤石，减小刀具磨损和提高使用效率。
3爆破技术应用
1）预裂孔+冲桩孤石处理
采用该施工工艺处理的孤石，位于在盾构端头加固区隧道范围内。2处孤石采用Φ100mm@400mm高风压潜孔钻对孤石进行预裂后，采用桩径Φ1200mm咬合100mm冲孔桩破除孤石，破除冲孔深度至隧道底部以下1m，回填采用黏土夯实回填至地面标高。
2）旋挖钻破除孤石处理
采用该工艺处理的孤石有2处，均位于隧道内，其中一处位于盾构刀盘前方。通过钻探探明孤石边界后，采用旋挖桩径∅1200mm咬合100mm旋挖破除孤石，将孤石取出或压至隧道底部，以达到孤石处理的效果，孤石处理完成后采用M7.5砂浆回填至地面标高。
3）预爆破孤石处理
采用该工艺爆破处理孤石有3处。根据盾构通过孤石爆破区、周边建构筑物、管线情况，来确定爆破后孤石碎块是否能顺利进入土仓排出仓外以及爆破震动对周边建构筑物的影响。主要通过控制爆破孔间距和炸药量，来确保孤石碎块能顺利进入土仓排出仓和周边建构筑物的安全不受影响，因此，根据爆点距离建构筑物距离，爆破震动控制在2.0cm/s，来控制最大一段装药量，以达到孤石爆破的目的和周边建构筑物的安全。
装药孔间距为0.5m梅花布置，为了确定孤石的平面大小，装药孔采取向外扩展的方式进行钻孔，钻至孤石轮廓外0.5m，确保整个孤石被包络在装药孔中。钻机采用百米钻，孔径90mm，孔内下孔径75mmPVC套管护孔。
爆破时，对周边建构筑物进行爆破震速监测，必要时对建构筑物及管线进行保护。爆破完成后，爆破孔采用水泥浆回填密实，并采用地面袖阀管注水泥浆方式，加固爆破导致的松散地层。
4）刀盘前爆破孤石处理
采用该工艺爆破处理孤石有3处，。根据盾构通过孤石爆破区、周边建构筑物、地下管线和盾构机情况，来确定爆破后孤石碎块是否能顺利进入土仓排出仓外以及爆破震动对周边建构筑物、地下管线和盾构机的影响。主要通过控制爆破孔间距和炸药量，来确保孤石碎块能顺利进入土仓排出仓、周边建构筑物、地下管线、盾构机本身的安全不受影响，因此，根据上述条件，爆破震动控制一般民用建筑取2.0cm/s，相邻隧道15cm/s，来控制最大一段装药量，通过微差爆破方法能保证爆破震动对相邻隧道和周边建构筑物、地下管线、盾构机的安全，以达到孤石爆破的目的。
装药孔间距为0.5m梅花布置，距刀盘前方设置一排@300mm的减震孔，为了确定孤石的平面大小，装药孔采取向外扩展的方式进行钻孔，钻至孤石轮廓外0.5m，确保整个孤石被包络在装药孔中。钻机采用百米钻，孔径90mm，孔内下孔径75mmPVC套管护孔。
5）盾构掘进切削过孤石
采用盾构掘进切削直接通过孤石的其中8处，其中3处共通过孤石约15m，累计掘进246环进行开仓检查刀具更换；另外5处共通过孤石约18m，累计掘进247环进行开仓检查刀具更换。主要通过小推力，低扭矩，高转速、低贯入度的掘进参数进行推进，检查换刀发现刀具磨损正常，偏磨现象较少。对于此方法，关键在于掘进参数与操作机手。
4结论
通过几种孤石处理方法的成功使用，各方法有不同的优势。预裂冲桩处理工期相对较长，成本较低，处理效果好；旋挖钻处理，工期短，效率高，效果好，成本相对较高；爆破处理，工期可控，效果较好，成本较低；盾构直接切削过孤石，工期可控，效率一般，有一定风险。
盾构隧道孤石处理技术成功应用于在球孤石发育频繁的花岗岩地层施工中，实施效果良好。针对不同施工工况，通过采用预裂孔+冲孔桩破除处理孤石、旋挖钻破除孤石、预爆破处理孤石、刀盘前爆破处理孤石、盾构掘进切削过孤石等技术手段，避免盾构在球状风化体发育频繁的花岗岩地层的施工风险；同时，保证了地面交通、地面周边建构筑物、地下管线和盾构机自身的安全，取得较好的效果，为类似工程提供参考。
参考文献：
[1]钟洪波，陈增锐，冯日荣，等.孤石发育地层盾构下穿房屋关键技术研究[J].广东土木与建筑，2017（5）：32-36.
[2]仇培云，魏鑫，戚玉亮，等.孤石发育地层城市轨道交通工程盾构施工风险分析[J].广东土木与建筑，2018（8）：23-25.
[3]竺维彬，鞠世健.复合地层中的盾构施工技术[M].北京：中国科学技术出版社，2006.
[4]贺朝荣.深圳地铁2号线盾构机通过孤石的处理技术[J].城市道桥与防洪，2010（12）：114-116.
[5]张恒，陈寿根，谭信荣，等.盾构掘进孤石处理技术研究[J].施工技术.2011，40（19）：78-81.