盾构施工技术交流会 盾构穿越高强硬岩段及孤石群施工技术 盾构穿越高强硬岩段及孤石群施工技术
中铁十三局集团第二工程有限公司 牛会勤
内容提要：本文结合广州市轨道交通三号线北延段【同和站～永泰站盾构区间】施工实例，系统地介绍了盾构机穿越高强硬岩段及孤石群施工技术。
关 键 词：盾构机 穿越 高强硬岩 孤石群 施工技术 1 工程概况 1.1 工程简介
广州市轨道交通三号线北延段施工区间3标【同和站～永泰站盾构区间】土建工程，区间线路起于同和站北端，沿同泰路向北走向，依次穿越广州白云机电公司职工宿舍，榕树东路居民楼，广州市白云山制药厂厂房车间及职工宿舍，三次穿越同泰路，经过盾构始发井（中间风井）及一6m宽排洪渠，到达永泰东站方向盾构吊出井。 1.2 工程地质和水文地质 1.2.1 工程地质
本区间土、岩层自上到下主要有：<1>人工填土层； <3-1>冲积-洪积粉细砂层；<3-2>冲积-洪积中粗砂层；<4-1>冲积-洪积土层；<4-3>坡积土层；<5H-1>可塑状花岗岩残积土；<5Z-1>可塑状混合花岗岩残积土；<5H-2>硬塑状花岗岩残积土；<5Z-2>硬塑状混合花岗岩残积土；<6H>燕山期花岗岩岩石全风化带；<6Z>震旦系混合花岗岩岩石全风化带；<7H>燕山期花岗岩岩石强风化带；<7Z>震旦系混合花岗岩岩石强风化带；<8H>燕山期花岗岩岩石中风化带；<8Z>震旦系混合花岗岩岩石中等风化带；<9H>燕山期花岗岩岩石微风化带；<9Z>震旦系混合花岗岩岩石微风化带。 1.2.2 水文地质
同和至永泰区间地下水类型按其赋存方式可分为二种类型：第四系松散层孔隙水，基岩裂隙水。其主要特征分述如下：
第四系孔隙水主要赋存于冲洪积沉积的细砂层<3-1>和中粗砂层<3-2>，本场地砂层多呈夹层状透镜体状，厚度变化大，含少量粘粒，具中等透水性。
块状基岩裂隙水主要赋存于燕山期花岗岩及震旦系混合花岗岩强、中风化裂隙中，由于强风化带上部全风化岩和残坡积土以土性为主，透水性差，在一定程度上起到相对隔水作用，因此本层基岩风化裂隙水具微承压水特征。
第四系孔隙水和基岩风化裂隙水水力联系密切，地下水补给主要来源于大气降水垂向渗流补给。 地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
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2 高强硬岩段及孤石群情况 2.1 高强硬岩段情况
始发井→同和站方向ZDK-6-630.729～ZDK-6-699.319，YDK-6-623.934～YDK-6-689.000段,隧道洞身全部穿越微风化花岗岩<9H>，裂隙不发育，岩石完整，岩石天然单轴抗压强度最大fc=134.5MPa，围岩强度高，盾构掘进困难。
始发井→永泰站方向ZDK-7-243.929～ZDK-7-369.500，YDK-7-246.222～YDK-7-350.000段,隧道洞身全部穿越微风化混合花岗岩<9Z>，裂隙发育，岩石较完整，岩石天然单轴抗压强度最大fc=158.0MPa，围岩强度高，盾构掘进困难。
图1 高强硬岩段微风化花岗岩照片
2.2 孤石群情况
孤石是相对于它的围岩或周围介质而言的。在花岗岩类残积土及全、强风化带中，局部位置发育中、微风化孤石，坚硬的孤石呈“球”状。花岗岩的球状风化是该类岩石的一种普遍的风化现象，其特征是体积比较小，直径一般为1.0～3.0m，个别体积较大。球状风化发育位置不具备明显规律，其强度、硬度与周围岩体存在巨大差异。
同泰区间孤石补勘10个钻孔揭露有孤石，其中半山酒家路边山坡上（TYG-12）及白云山药厂（TYG-39）钻孔揭露的为单个孤石，白云机电幼儿园（TYG-143、TYG-143-1、TYG-144）钻孔揭露的为孤石群，以上5个钻孔揭露的孤石处于隧道内，其它5个钻孔揭露的孤石均在隧道拱顶以上。具体见表1。
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表1 同泰区间孤石补勘一览表
序号 孔口标高（m） 隧道拱顶标高（m） 与隧道位置关系 隧道内 孤石风化备注 程度 中风半山化花酒家岗岩 山坡 钻孔号 里程 孤石标高（m） 1 TYG-12 ZDK-7-370.50 39.49 14.19～12.49（1.7m） 18.94 2 TYG-28 YDK-6-566.23 50.87 24.77～23.57（1.2m） 22.59 微风拱顶化花以上 岗岩 微风拱顶化花以上 岗岩 隧道内 隧道内 隧道内 隧道内 3 TYG-33 ZDK-6-554.71 51.00 31.40～30.60（0.8m） 22.51 4 TYG-39 ZDK-6-437.26 56.84 22.84～21.54（1.3m） 22.12 微风白云化花山药岗岩 厂 中风化花岗岩 5 TYG-143 YDK-5-710.40 44.80 19.50～18.60（0.9m） 21.47 6 TYG-143-1 YDK-5-705.63 44.80 21.60～21.20（0.4m） 21.50 7 TYG-144 YDK-5-700.27 44.90 20.40～19.70（0.7m） 21.53 白云中风机电化花幼儿岗岩 园 中风化花岗岩 8 TYG-147 YDK-5-647.34 49.94 38.94～34.64（4.3m）31.94～31.79（0.15m） 46.44～43.64（2.8m）42.54～40.94（1.6m）25.14～23.94（2.2m） 39.40～34.40（5.0m）33.00～31.10（1.9m） 21.85 微风拱顶化花以上 岗岩 微风拱顶化花以上 岗岩 微风拱顶化花以上 岗岩 9 TYG-147-1 YDK-5-648.96 49.94 21.85 10 TYG-147-2 YDK-5-647.85
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图2 TYG-39钻孔揭露孤石芯样照片
3 盾构穿越高强硬岩段施工
盾构机在硬岩中掘进，关键是刀盘刀具布置必须适应该地层的掘进，但同时也要做好掘进管理及施工过程中的刀盘刀具管理。概括为“地质是基础，盾构是关键，人是根本。” 3.1 地质是基础
影响盾构机在硬岩中掘进的地质因素：岩体质量指标RQD、岩土渗透性、岩石的软化性。 3.1.1 岩体质量指标RQD(rock quality designation)
RQD是用来表示岩石的完整性，其确定方法是：采用直径为75mm的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，提取直径为54mm的岩芯，将长度小于10cm的破碎岩芯及软弱物质剔除，然后测量处理后的岩芯总长度与采集岩芯段的钻孔总进尺的比值，以百分数表示。RQD值与岩体质量等级关系见表2。
表2 RQD值与岩体质量等级关系一览表
RQD值(%) 岩体质量 0～25 很差 25～50 差 50～75 较好 75～90 好 90～100 很好 [实例1] 四号线[仑头～大学城站盾构区间]始发300m段盾构隧道主要穿过微风化混合岩地层〈9Z〉、中风化混合岩地层〈8Z〉，岩石单轴抗压强度达到100.7MPa，四号线始发300m段地质剖面（见图3），微风化混合岩岩样（见图4）。由于工期紧，此段由原设计矿山法施工变更为盾构法施工。渣样分析反映出此段岩层裂隙发育，盾构机通过此300m硬岩段是可行的。
4 中铁十三局集团有限公司 盾构施工技术交流会 盾构穿越高强硬岩段及孤石群施工技术 图3 四号线始发300m段地质剖面图 图4 四号线开仓取出的裂隙发育的微风化混合岩岩样照片 [实例2]三号线北延段[同和站～永泰站盾构区间]始发井～永泰吊出井右线剩余110多米硬岩采用盾构机掘进通过，其岩性为混合岩，岩石单轴抗压强度最大158MPa，裂隙发育，盾构掘进最低进度3环/天，最高进度10环/天。
图5 三号线北延同泰始发井～永泰吊出井右线开仓裂隙发育照片
始发井～同和站左线剩余70多米硬岩采用盾构机掘进通过，其岩性为花岗岩，岩石完整性好，岩石单轴抗压强度最大134.5MPa，盾构掘进进度1环/天。
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