CN102518442A - 一种盾构掘进溶沟地段孤石群的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及盾构掘进孤石群探测与处理技术，具体为一种盾构掘进溶沟地段孤石群的处理方法，解决采用传统方法处理时无法准确探测孤石群并进行快速处理的问题，首先根据地质勘察报告，找出可能出现孤石地段；在孤石地段沿着隧道纵向方向布设测试孔，测试孔内下放PVC管，PVC管管壁上开设密集小孔，PVC管底端密封，向测试孔内灌满水，在相邻两孔内的PVC管中分别放置电极，采用高密度电阻率仪进行跨孔探测并采集数据，确定孤石位置；通过爆破设计优化，并利用配重使药包准确定位，并采用先爆破孤石周边孔挤压产生空间后逐排爆破方式，该方法对孤石探测准确率高，工艺简单；采用爆破技术确保孤石爆破最大块度小于25cm，避免二次爆破，孤石处理效率高。

Description

一种盾构掘进溶沟地段孤石群的处理方法

技术领域

本发明涉及盾构掘进孤石群探测与处理技术，具体为一种盾构掘进溶沟地段孤石群的处理方法。

背景技术

中国城市地铁建设进入飞跃发展阶段，在南方地区，几乎所有地铁施工中均遇到孤石群，在海滨城市或冲积地层也有孤石，采用孤石处理是盾构施工关键技术，它不仅是安全风险控制重要手段，而且还是施工提高工效的一条捷径。然而现有孤石探测与处理技术始终不能保证孤石探测的准确率和处理效果，给盾构施工带来巨大的风险。

目前，地铁施工孤石群采用物探后运用地面人工挖孔、冲孔桩进行破碎孤石，或者在地面进行加固后，等掘进遇到孤石后进仓进行人工破除，在实际施工中，这几种方法均存在各自的优缺点，具体如下：

1、人工挖孔处理

利用雷达探测，探出孤石后，采用人工挖孔桩挖到孤石，并对孤石进行破除，然后采用砂浆混凝土进行回填。

优点：能够完全处理孤石。

缺点：探测准确率低、孤石多时不经济、安全风险大。

2、冲孔桩进行破碎孤石

利用地面物探，探出孤石后，采用冲击钻钻孔对孤石进行破除，然后采用砂浆混凝土进行回填。

优点：操作简单

缺点：探测准确率低、孤石多时工效低、工期长、费用高。

3、盾构开仓处理孤石

利用地面物探，探出孤石后，首先在地面上的地层进行加固，然后当盾构遇到孤石时停机开仓进行孤石破除。

优点：处理效率高。

缺点：加固工期长，质量不易控制，很难满足常压开仓。

此外，在城市交通拥挤的今天，对盾构施工进度要求高，采用传统方法进行孤石群处理时交通疏解占用时间长。

综上所述，到目前为止还没有切实可行的准确探测孤石群后能进行快速处理的好方法，也未见相关的文献报道。

发明内容

    本发明为了解决采用传统方法对孤石群进行处理时存在无法准确探测孤石群并进行快速处理的问题，提供一种盾构掘进溶沟地段孤石群的处理方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种盾构掘进溶沟地段孤石群的处理方法，包括以下步骤：

步骤一、根据地质勘察报告，对盾构隧道范围基岩突起的地段进行详勘，并对填充地层进行研究，根据孤石形成规律找出可能出现孤石地段；

步骤二、在可能出现孤石地段沿着隧道纵向方向布设3排测试孔，孔探测宽度为轨道盾构区，排孔横向间距大于隧道半径+0.2米，排孔纵向间距不大于9米，孔深为隧道底部5米以下；

步骤三、测试孔内下放内径不小于70mm的PVC管，PVC管管壁上开设密集小孔，PVC管底端密封；

步骤四、向测试孔内灌满水，在相邻两孔内的PVC管中分别放置电极，然后采用高密度电阻率仪进行跨孔探测并采集数据，根据采集到的数据形成电阻图，在图上可根据孤石电阻率和土体电阻率的不同，确定孤石位置；

步骤五、爆破设计

①单位耗药量计算

单位耗药量计算：q=q₁+q₂+q₃+q₄

式中：q₁—基本装药量（一般陆地梯段q1=0.5kg/m³爆破的两倍，对水下垂直钻孔再增加10%）；

q₂—爆区上方水压增量（q₂=0.01h₂）；

h₂—水深；

q₃—爆区上方覆盖层增量（q₃=0.02h₃）；

h₃—覆盖层厚度；

q₄—岩石膨胀增量（q₄=0.03h）；

h—梯段高度（孤石高度）。

②爆破孔布设

布孔形式采用矩形或梅花桩形，爆破孔间排距均为0.6m～0.8m，孤石周边土层设计周边孔，采取首先对周边孔进行爆破挤压周围土层产生自由面，再对周边孔内的爆破孔进行逐个起爆；

③装药结构

孤石厚度在1m以下，采用距离孤石顶部10cm不装药，其余装药长度与岩石厚度相同；孤石厚度在1.0m～2.0m，采用在中间设一段炮泥堵塞间隔装药；孤石厚度在2.0m以上，采用在中间间隔设两段炮泥堵塞间隔装药； 

步骤六、爆破实施

①钻孔：钻孔深度为钻穿孤石为准，钻孔结束后下放PVC套管；

②药包加工：根据钻孔参数和验孔情况计算药包长度，将乳化炸药和雷管装入PVC管内形成药包；③抗浮配重：按照ρ（炸药密度）* L₁（药包长度）+ρ（碎石密度）* L₂（配重长度）＞ρ（泥浆水密度）* L（钻孔内泥浆水高度）进行配重计算；④药包定位：将整个药包悬吊在PVC套管内准确的位置上；⑤填塞作业：将填塞材料慢慢放入PVC套管内，使炮孔填塞密实；⑥起爆；即完成了对溶沟地段孤石群的处理。

爆破结束后，采用离孤石中心约30cm位置对称钻两个孔进行取芯，当钻出岩芯破碎块最大长度小于25cm时，爆破效果较好；如果最大岩块大于25cm并且超过两块，直接利用效果检查孔重新装药进行二次爆破。

爆破结束后，采用离孤石中心约30cm位置对称钻两个取芯孔进行取芯，当钻出岩芯破碎块最大长度小于25cm时，从取芯孔插入袖阀管进行后退式分段注浆，以封闭扰动区，注浆范围以注浆压力不大于1Mpa来确定。

本发明技术方案带来的有益效果：

（1）利用测试孔灌水后插入电极，然后采用高密度电阻率仪进行跨孔探测，确保探测准确率和孤石定性判断，能够100%的探测出溶沟地层中的孤石，探测准确率高，工艺简单，推广前景好；

（2）采用地面深孔无临空面爆破技术，通过爆破设计优化，并利用配重使药包准确定位，并采用先爆破孤石周边孔挤压产生空间后逐排爆破方式，实现爆破效果，确保孤石爆破最大块度小于25cm，避免二次爆破，孤石处理效率高，确保盾构机快速通过；

总之，本发明所述的对溶沟地段孤石群的处理方法新颖、独特、科学、合理、简单，填补了目前没有盾构掘进溶沟地段孤石群处理方法的空白。

具体实施方式

一种盾构掘进溶沟地段孤石群的处理方法，包括以下步骤：

步骤一、根据地质勘察报告，对盾构隧道范围基岩突起的地段进行详勘，并对填充地层进行研究，根据孤石形成规律找出可能出现孤石地段；

步骤二、在可能出现孤石地段沿着隧道纵向方向布设3排测试孔，一排沿隧道中心布设，另外两排分布在其两侧，孔探测宽度为轨道盾构区，排孔横向间距大于隧道半径+0.2米，排孔纵向间距不大于9米，钻直径为φ110孔，为了消除孔底探测盲区，要求测试孔深度需钻至隧道底5m以下。

步骤三、测试孔内下放内径不小于70mm的PVC管，PVC管管壁上开设密集小孔，并用塑料扎丝扎紧，PVC管底端密封，上下管之间应采用连接头连接，连接处须涂抹专用胶水，并用透明胶带在接头处缠绕几圈，塑料套管下至孔底，孔口平地面或高出地面5-10cm左右。

步骤四、向测试孔内灌满水，在相邻两孔内的PVC管中分别放置电极，然后采用高密度电阻率仪进行跨孔探测并采集数据，每个测孔断面必须进行两次数据采集，然后根据数据形成电阻图，并确定孤石位置。

步骤五、爆破设计

①单位耗药量计算

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（一般陆地梯段q1=0.5kg/m³爆破的两倍，对水下垂直钻孔再增加10%。）；

q₂—爆区上方水压增量（q₂=0.01h₂）；

h₂—水深；

q₃—爆区上方覆盖层增量（q₃=0.02h₃）；

h₃—覆盖层厚度；

q₄—岩石膨胀增量（q₄=0.03h）；

h—梯段高度（孤石高度）。

②爆破孔布设

布孔形式采用矩形或梅花桩形，爆破孔间排距均为0.6m～0.8m。孤石周边土层设计周边孔，采取首先对周边孔进行爆破挤压周围土层产生的自由面，再对周边孔内的爆破孔进行逐个起爆；

③装药结构

孤石厚度在1m以下，采用距离孤石顶部10cm不装药，其余装药长度与岩石厚度相同；孤石厚度在1.0m～2.0m，采用在中间设一段炮泥（大约为20cm）堵塞间隔装药；孤石厚度在2.0m以上，采用在中间间隔设两段炮泥堵塞间隔装药； 

④最大装药量设计

首先根据国家《爆破安全规程》规定，确定爆破地震安全速度V，城市早期建筑物所能承受的最大允许安全震动速度为2.0～2.5cm/s，然后测量离爆破点最近的建筑物距离R。根据公式V=k(Qm/R)α计算允许的最大装药Qmax。

V---爆破地震安全速度（cm/s）

Q---最大一段装药量（kg）

R---爆破区至被保护物距离（m）

m---药量指数，取m=1/3

k---与爆破场地条件有关系数，溶沟地段取k=190

α---与地质条件有关系数，该地层α=1.8

步骤六、爆破实施

首先进行孤石定位，根据探测结果，测量班在地面用油漆做好孤石中心定位。

①钻孔

采用地质钻机及跟管钻机进行垂直钻孔，孔径均为110mm，记录好钻孔地质情况，钻孔深度为钻穿孤石为准，钻孔结束后下直径90mm的PVC套管，钻孔采用水箱进行循环水利用，确保现场文明施工。

②药包加工

炮孔验收合格后，对装药爆区范围内设置警戒，首先根据钻孔队提供的钻孔参数和验孔情况计算好药包长度，然后将直径为Φ60mm乳化炸药和雷管装入75mm PVC管内形成药包。

③抗浮配重

采用粒径0.5㎝、1.50g/cm³的碎石，炸药密度约取1.00g/cm³；孔内泥浆水密度约为1.15g/cm³，按照ρ（炸药密度）* L₁（药包长度）+ρ（碎石密度）* L₂（配重长度）＞ρ（泥浆水密度）* L（钻孔内泥浆水高度）进行配重计算；

④药包定位

药包加工好后，在75mm PVC管壁上端钻两孔，用铁丝绑定后系上绳索，并对号入座开始下药包。然后准确测量PVC管与绳索的长度之和，将整个药包悬吊到准确的位置上，误差控制在+10㎝之内，最后用铁丝把绳索固定在90mm的PVC套管管壁上，使其不再移动。

⑤填塞作业

先将细沙填塞材料慢慢放入90mmPVC套管内，每填入30～50cm后用炮棍检查是否沉到底，并轻轻压实并堵严，当细沙比药包高1米时，换用石子填塞材料重复上述作业完成填塞，防止炮孔填塞不密实。

⑥起爆网络敷设

炮孔采用正向装药起爆，防止亚爆，一个孤石分两个非电起爆网路，是起爆雷管选用两发瞬发电雷管，两套网路并联后，用砂袋放置爆破口周围，然后用钢板盖住砂袋，最后再在钢板上堆放砂袋。

⑦起爆

在爆破施工作业时以爆破中心周围50米为警戒线进行安全警戒，确保现场所有人员撤离至安全地带。统一爆破警戒信号和起爆信号，由各警戒点警戒人员发信号通知爆破班组长警戒完毕。班组长下达准爆命令。爆破员要鸣哨示警两次，每次吹三次长音哨子，确认安全后方可启动起爆器进行爆破。

步骤七、爆破效果检查

爆破结束后，采用离孤石中心约30cm位置对称钻两个孔进行取芯，当钻出岩芯破碎块最大长度小于25cm时，爆破效果较好；如果最大岩块大于25cm并且超过两块，直接利用效果检查孔重新装药进行二次爆破。

步骤八、注浆封闭扰动区

爆破结束后，采用离孤石中心约30cm位置对称钻两个取芯孔进行取芯，当钻出岩芯破碎块最大长度小于25cm时，从取芯孔插入袖阀管进行后退式分段注浆，以封闭扰动区，注浆材料采用水泥—水玻璃双液浆，注浆范围以注浆压力不大于1Mpa来确定。

此外，为了使盾构施工更安全可靠，在盾构进入溶沟孤石处理区前对其进行优化，采用加密式非封闭式格栅对刀盘进行改造，确保盾构有效处理爆破后块度较大的爆破体（直径大于25cm块石），减少石爆破块进入开挖仓，杜绝螺旋机堵塞，施工安全可靠。

工程实例：

该盾构掘进溶沟地段孤石群预处理方法用于长沙地铁2号线芙蓉广场站到五一广场站区间，该区间有200米溶沟，盾构掘进到溶沟时遇到孤石群，采用该跨孔高密度电阻探测确定孤石后，在地面钻孔爆破预处理，爆破效果好，风险可控，处理后，盾构施工速度快。

推广情况

该技术除孤石探测准确外，特别是采用地面爆破预处理技术先进可靠。在左线成功运用后被推广到同一区间右线，该区间右线溶沟长度320米，孤石群更多也取得较好的效果。实践证明，该技术方案先进，功效高，成本低，填补了该项施工技术的空白。

Claims (3)

1.一种盾构掘进溶沟地段孤石群的处理方法，其特征是包括以下步骤：

步骤一、根据地质勘察报告，对盾构隧道范围基岩突起的地段进行详勘，并对填充地层进行研究，根据孤石形成规律找出可能出现孤石地段；

步骤二、在可能出现孤石地段沿着隧道纵向方向布设3排测试孔，孔探测宽度为轨道盾构区，一排沿隧道中心线布设，另外两排孔分别布设在隧道边缘外侧0.2米处，排孔纵向间距不大于9米，孔深为隧道底部5米以下；

步骤三、测试孔内下放内径不小于70mm的PVC管，PVC管管壁上开设密集小孔，PVC管底端密封；

步骤四、向测试孔内灌满水，在相邻两孔内的PVC管中分别放置电极，然后采用高密度电阻率仪进行跨孔探测并采集数据，根据采集到的数据形成电阻图，并确定孤石位置；

步骤五、爆破设计

①单位耗药量计算

单位耗药量计算：q=q₁+q₂+q₃+q₄

式中：q₁—基本装药量（一般陆地梯段q1=0.5kg/m³爆破的两倍，对水下垂直钻孔再增加10%）；

q₂—爆区上方水压增量（q₂=0.01h₂）；

h₂—水深；

q₃—爆区上方覆盖层增量（q₃=0.02h₃）；

h₃—覆盖层厚度；

q₄—岩石膨胀增量（q₄=0.03h）；

h—梯段高度（孤石高度）；

②爆破孔布设

布孔形式采用矩形或梅花桩形，爆破孔间排距均为0.6m～0.8m，孤石周边土层设计周边孔，采取首先对周边孔进行爆破挤压周围土层产生的自由面，再对周边孔内的爆破孔进行逐个起爆；

③装药结构

孤石厚度在1m以下，采用距离孤石顶部10cm不装药，其余装药长度与岩石厚度相同；孤石厚度在1.0m～2.0m，采用在中间设一段炮泥堵塞间隔装药；孤石厚度在2.0m以上，采用在中间间隔设两段炮泥堵塞间隔装药； 

步骤六、爆破实施

①钻孔

钻孔深度为钻穿孤石为准，钻孔结束后下放PVC套管；

②药包加工

根据钻孔参数和验孔情况计算药包长度，将乳化炸药和雷管装入PVC管内形成药包；

③抗浮配重

按照ρ（炸药密度）* L₁（药包长度）+ρ（碎石密度）* L₂（配重长度）＞ρ（泥浆水密度）* L（钻孔内泥浆水高度）进行配重计算；

④药包定位

将整个药包悬吊在PVC套管内准确的位置上；

⑤填塞作业

将填塞材料慢慢放入PVC套管内，使炮孔填塞密实；

⑥起爆；即完成了对溶沟地段孤石群的处理。

2.根据权利要求1所述的一种盾构掘进溶沟地段孤石群的处理方法，其特征是爆破结束后，采用离孤石中心约30cm位置对称钻两个孔进行取芯，当钻出岩芯破碎块最大长度小于25cm时，爆破效果较好；如果最大岩块大于25cm并且超过两块，直接利用效果检查孔重新装药进行二次爆破。

3.根据权利要求1所述的一种盾构掘进溶沟地段孤石群的处理方法，其特征是爆破结束后，采用离孤石中心约30cm位置对称钻两个取芯孔进行取芯，当钻出岩芯破碎块最大长度小于25cm时，从取芯孔插入袖阀管进行后退式分段注浆，以封闭扰动区，注浆范围以注浆压力不大于1Mpa来确定。