CN110513114A - 一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隧道施工技术领域，尤其为一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法，包括如下步骤：根据线路规划提前做好地质勘探，明确孤石范围、大小、强度与隧道关系；地质勘探清楚后对孤石进行预处理；孤石预处理完成后进行效果抽样检测；若满足要求，则进行爆破孔封堵以及设置开仓点预加固，若未达到要求，则继续对孤石进行处理，直至满足要求；对加固效果检测，若满足要求则进行盾构开仓，盾构开仓换刀，若未达到要求，则继续对开仓点进行预加固；在换刀完成后盾构继续掘进施工。本发明，可做好换刀预估，做到降低施工风险、提高日掘进量、缩短施工工期及减少经济成本。

Description

一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体为一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法。

背景技术

现如今，地下隧道与地下空间开发处于热潮期，盾构施工技术现作为主要的施工手段，盾构施工过程中因地域存在差异，盾构施工过程中地层可能出现单一地层、复合式地层、特殊型地层等。地层情况将直接关系到盾构机的选型及适应性。在以往的施工中，当地层处于硬岩时盾构机将主要以TBM为主或优化盾构机刀具。根据以往施工经验，土压平衡盾构机掘进孤石时易刀具磨损严重、换刀频率高、日掘进量低等情况。因此如何保证盾构机安全、有效、快捷的通过孤石区是地下空间开发一直研究的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法，包括如下步骤：

步骤1：根据线路规划提前做好地质勘探，明确孤石范围、大小、强度与隧道关系；

步骤2：地质勘探清楚后对孤石进行预处理；

步骤3：孤石预处理完成后进行效果抽样检测；

步骤4：步骤3若满足要求，则进行爆破孔封堵以及设置开仓点预加固，若未达到要求，则继续对孤石进行处理，直至满足要求；

步骤5：对步骤4中加固效果检测，若满足要求则进行盾构开仓，盾构开仓换刀，若未达到要求，则继续对开仓点进行预加固；

步骤6：在换刀完成后盾构继续掘进施工。

进一步的，步骤1-2过程中：通过对区间地质进行详细勘探及二次补充勘探，若发现盾构隧道洞身范围内有球状花岗岩存在，影响盾构施工，需要提前将球状花岗岩进行处理。

进一步的，步骤2中：孤石预处理采用地面钻孔深孔爆破，将其破碎成碎石块。

进一步的，地面钻孔深孔爆破包括如下步骤：

步骤40：单耗计算；步骤41：布孔形式及装药设计；步骤42：火工器材选型；步骤43：起爆网路设计；步骤44：爆破安全距离计算。

进一步的，步骤40具体是：401、炸药单耗，q＝k·q0，式中q0为水下钻孔爆破单耗，q0＝0.45+(0.05～0.15)H，其中H为水深(m)；k为地下岩体校正系数，取1.0～2.0；402、孔网参数，a＝b＝0.8m，式中a为孔距；b为排距； 403、装药结构，根据岩体的厚度、强度变化及地表建筑物、管线保护的要求，分别采用连续装药结构或分段间隔装药；

步骤41具体是：411、布孔形式，采取首先对边缘孔进行爆破，然后利用边缘孔爆破挤压周围土层产生的自由面，再对中间孔进行逐个起爆，炮孔间孔距a、排距b均为0.8m，布孔形式采用矩形，412、装药结构，在孤石爆破时，当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，相邻两个炮孔，其中一个炮孔钻至孤石底面，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10cm不装药；413、药包加工；414、抗浮配重，配重根据药包筒的长度，视现场情况采用配重小铁件或采用粒径0.5㎝的碎石，炸药密度约为0.95～1.20g/cm3；孔内泥浆水密度约为1.15～1.20g/cm3，如果三者满足下式关系，则药包会顺利下沉，G炸药+G 配重＞F泥浆水(1)，式(1)中，因PVC管的直径一致，对其没有影响，所以上式可以转化为：ρ炸药L1i+ρ配重L2i＞ρ泥浆水L(2)，则通过(2)可计算出配重长度L2i；415、装药量，根据详勘及补勘时钻探出来的孤石岩性及强度，通过单耗计算，同时参照以往的施工经验，确定爆破处理本区间孤石装药量；

步骤42具体是：雷管选用瞬发电雷管和导爆管雷管，炸药选用防水乳化炸药，标准直径为Φ60mm，具体根据现场的需要加工；

步骤43具体是：起爆药包采用软钢丝悬吊于爆破点的位置，且一端固定于孔口位置，标高误差≤10cm，药包装在特制的φ75mmPVC管体内，炮孔采用正向装药起爆，起爆选用非电爆破网路，采用激发针起爆，每个炮孔装两发雷管，且分别属于两个爆破网路，两套网路并联后起爆；

步骤44具体是：一次爆破允许的最大装药Qmax，根据公式V＝k(Qm/R)α， V为爆破地振安全速度，cm/s，Q为最大一段装药量，kg，R为爆破区至被保护物距离，m，m为药量指数，取m＝1/3，k为与爆破场地条件有关系数，取k＝160，α为与地质条件有关系数，α＝1.7，最大一段装药量列表如下：

结合上表计算结果，在施工中严格控制单段最大药量不超过上述表格中数量，如单孔装药量超过上述值，则应在孔内再分段装药，同时，爆破作业时，须做好爆破振动和地表位移监测，及时反馈数据，并根据数据进一步调整装药量爆破参数，指导施工。

进一步的，还包括步骤45，为爆破效果检测，具体为通过钻孔取芯对爆破效果进行检测，通过检测得知：爆破后孤石粒径小于30cm，满足盾构掘进要求。

进一步的，孤石爆破钻孔及取芯钻孔处理完成后均需对每个钻孔进行封孔处理，封孔采用注入单液浆形式进行，单液浆可以按水灰比1:1进行调配，确保各个孔位封堵密实。

8.根据权利要求1所述的一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法，其特征在于，步骤5中：盾构施工要点，二重管旋喷桩注浆加固：

1)施工二重管旋喷桩注浆加固，浆液采用水泥水玻璃双液浆加固；

2)注浆孔布置：根据线路实际位置合理布置注浆孔，φ600@450mm；

3)加固范围：纵断面：隧道上5米，隧道底部3米，共14米。加固尺寸 7m(长)×6m(宽)×14m(厚)；

4)选取适当位置人工探挖，明确管线具体布置情况，以便制定切实可行的管线改迁或管线保护方案；

5)根据管线实际位置与隧道关系，选取地面注浆加固位置；

开仓点预加固效果检测：

旋喷桩的检验可采用钻孔取芯结合地下水位观测孔对地下水位进行量测观察旋喷加固的止水效果；

钻孔取芯：在已施工好的固结体中钻取岩芯，并将其做成标准试件进行室内物理力学性能试验，检查内部桩体的均匀程度及其抗渗能力；

根据所取芯样外观质量，桩身强度、桩长，喷粉(浆)是否均匀，有无断粉现象，芯样的完整性，所取芯样的柱状取芯率情况，判断高压旋喷桩完整性和质量情况；通过对旋喷部位的水位观测孔的观测，检查旋喷桩加固的止水效果是否满足要求。本工程盾构掘进孤石区时以提前设置开仓点，现以盾构预设置开仓点但盾构未到达预设加固区时，盾构带压开仓进行说明。

进一步的，步骤6中：

位置确定：若盾构可到达加固区，盾构停机时位于加固区中间位置，若未到达加固区根据掘进情况及地层情况，由项目部确定盾构机开仓位置，开仓位置选择应避免在软弱地层中进行，根据开仓地点的围岩特性、透水性、地面环境特点，来事先选定好开仓位置，制定有针对性的开仓方案；

停机时土压控制：停机时土仓压力略高于掘进时土仓压力0.2bra，同时停机期间由盾构操作手时刻关注土压变化情况，地面加强监测频率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

根据线路规划提前做好地质勘探，明确孤石范围、大小、强度与隧道周边的环境等，地质勘探清楚后采取地面深孔爆破处理，爆破时明确钻孔位置、间距、深度、取样及装药量与爆破顺序，爆破完成后进行爆破效果抽样检测，可根据爆破效果提前设置盾构开仓点，以保证后期盾构出现换刀时进行常压开仓，待前期工作完成后进行盾构掘进施工，盾构掘进过程中根据掘进参数、出渣等情况判断盾构掘进孤石区时刀具磨损情况，从而可做好换刀预估、减少施工工期、提高日掘进量。

附图说明

图1为本发明工艺流程示意图。

图2为本发明孤石与隧道之间的关系图。

图3为本发明各爆破区钻孔布置图。

图4为本发明孤石厚度2.0m以下装药结构示意图。

图5为本发明孤石厚度2.0～3.0m装药结构示意图。

图6为本发明孤石与孤石重叠爆破布孔示意图。

图7为本发明药包加工的单段药包加工示意图。

图8为本发明药包加工的分段药包加工示意图。

图9为本发明爆破效果示意图。

图10为本发明爆破网络示意图。

图11为本发明停机点注浆布置示意图。

图12为本发明开挖面示意漏气图。

图13为本发明保压试验流程图。

图14为本发明工法在深圳地铁9号线西延线深粤区间的成功应用图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上/下端”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置/套设有”、“套接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-14，本发明提供一种技术方案：

一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法，本工法的工艺原理：先进行前期勘探调查明确施工影响因素(孤石情况及周边情况)，然后确定优质的施工方案及预案(采用孤石预处理+设置开仓点+开仓换刀)，做到降低施工风险、提高日掘进量、缩短施工工期及减少经济成本的施工工艺，主要由以下主要步骤组成：①地质勘探；②地面深孔预爆破；③加固效果检测、爆破孔封堵及开仓点预设置；④盾构掘进；⑤盾构开仓换刀；⑥换刀完成后盾构继续掘进施工。

5.1施工工艺流程

5.1.1工艺流程如图1所示

5.2施工操作要点

5.2.1爆破施工要点

(1)地质勘探

通过对区间地质进行详细勘探及二次补充勘探，，发现盾构隧道洞身范围内有球状花岗岩存在，影响盾构施工，需要提前将球状花岗岩进行处理。本工程拟采用地面钻孔进行深孔爆破,将其破碎成碎石块,以确保盾构机能安全顺利通过。

(2)单耗计算

1、炸药单耗

q＝k·q0

式中q0—水下钻孔爆破单耗，q0＝0.45+(0.05～0.15)H，其中H为水深(m)；

k—地下岩体校正系数(与岩性、埋深及周边介质有关的系数)，取1.0～2.0。

根据以往施工经验本工程取：H＝15m，k＝1.5，水深系数0.10，所以本工程炸药单耗：

q＝k·q0＝1.5×(0.45+0.10×15)＝2.9 3kg/m3

炸药单耗随着岩层厚度的增加和岩石夹制作用的增强应适当增大。

2、孔网参数

a＝b＝0.8m

式中a—孔距；b—排距。(a、b随岩面的厚度、强度变化而调整)

3、装药结构

根据岩体的厚度、强度变化及地表建筑物、管线保护的要求，分别采用连续装药结构或分段间隔装药。在爆破作业过程可参照上述数据试爆后，针对爆破振动情况和爆破效果进行爆破参数的调整。

(3)布孔形式及装药设计

1、布孔形式

由于孤石埋深较深(约为15-23m)，体积较大、厚度大等，为了便于施工及爆破破碎效果，采取首先对边缘孔进行爆破，然后利用边缘孔爆破挤压周围土层产生的自由面，再对中间孔进行逐个起爆。炮孔间孔距a、排距b均为0.8m。

布孔形式采用矩形，各爆破区钻孔布置图如图3所示。

2、装药结构

由于岩石厚度不均,同时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)，因此在孤石爆破时，当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，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10cm不装药。具体钻孔装药结构如图4-6。

3、药包加工

(1)单段药包加工如图7所示；(2)分段药包加工如图8所示；

4、抗浮配重

由于炸药与孔内的泥浆水比重相近，导致药包无法下沉或下沉后在浮力作用下而无法固定，所以需对药包进行配重抗浮。配重根据药包筒的长度，视现场情况采用配重小铁件(圆柱铁饼形状)或采用粒径0.5㎝的碎石，炸药密度约为0.95～1.20g/cm³，此处取1.00g/cm³；孔内泥浆水密度约为1.15～ 1.20g/cm³。如果三者满足下式关系，则药包会顺利下沉。

G_炸药+G_配重＞F_泥浆水 (1)

式(1)中，因PVC管的直径一致，对其没有影响，所以上式可以转化为：

ρ_炸药L_1i+ρ_配重L_2i＞ρ_泥浆水L (2)

则通过(2)可计算出配重长度L_2i。所以只要满足上述比例就可达到抗浮的效果。

5、装药量

根据详勘及补勘时钻探出来的孤石岩性及强度，通过单耗计算，同时参照以往的施工经验，爆破处理本区间孤石时的装药量如下(现场可根据爆破效果合理调节装药量)：

孤石爆破装药参数表

(4)火工器材选型

雷管选用瞬发电雷管和导爆管雷管，炸药选用防水乳化炸药，标准直径为Φ60mm，具体根据现场的需要加工。

(5)起爆网路设计

由于本次炮孔深度较深，需要爆破处理的岩石埋深较深，因此起爆药包采用软钢丝悬吊于爆破点的位置，且一端固定于孔口位置，标高误差≤10cm。药包装在特制的φ75mmPVC管体内，该起爆体须具有较好的防水性能。由于起爆体上方有约15～20米高的水柱，压强相当大，因此起爆体需配重抗浮。炮孔采用正向装药起爆，起爆选用非电爆破网路，采用激发针起爆，每个炮孔装两发雷管，且分别属于两个爆破网路，两套网路并联后起爆。网路示意图如图10所示：

(6)爆破安全距离计算

根据国家《爆破安全规程》规定，钢筋混凝土结构房屋所能承受的最大允许安全振动速度为3.0～5.0cm/s，为了保证爆破振动不影响周围建筑物的安全及居民生活，按照深圳市公安局的要求，按1.0cm/s以下进行装药设计施工，反算一次爆破允许的最大装药Qmax。

根据公式V＝k(Qm/R)α

V-----爆破地振安全速度，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，取k＝160

α----与地质条件有关系数，α＝1.7

最大一段装药量列表如下：

距建筑物距离R(m)最大一段装药Qmax(kg)(V＝1.0cm/s)

30 3.5

40 8.3

60 27.9

100 128.9

结合上表计算结果，在施工中严格控制单段最大药量不超过上述表格中数量，如单孔装药量超过上述值，则应在孔内再分段装药，同时，爆破作业时，须做好爆破振动和地表位移监测，及时反馈数据，并根据数据进一步调整装药量等爆破参数，指导施工。

(7)爆破效果检测

通过钻孔取芯对爆破效果进行检测，通过检测得知：爆破后孤石粒径小于 30cm，满足盾构掘进要求。

(8)注浆封孔

孤石爆破钻孔及取芯钻孔处理完成后均需对每个钻孔进行封孔处理，封孔采用注入单液浆形式进行，单液浆可以按水灰比1:1进行调配(同时可根据现场实际情况进行调整，到达填充为目的)，注浆时由现场管理人员及监理工程师共同见证，严格操作，确保各个孔位封堵密实。

5.2.2盾构施工要点

(1)二重管旋喷桩注浆加固(开仓点预加固)

1)施工二重管旋喷桩注浆加固，浆液采用水泥水玻璃双液浆加固；

2)注浆孔布置：根据线路实际位置合理布置注浆孔，φ600@450mm；

3)加固范围：纵断面：隧道上5米，隧道底部3米，共14米。加固尺寸 7m(长)×6m(宽)×14m(厚)。图11所示。

4)选取适当位置人工探挖，明确管线具体布置情况，以便制定切实可行的管线改迁或管线保护方案；

5)根据管线实际位置与隧道关系，选取地面注浆加固位置。

(2)开仓点预加固效果检测

本旋喷桩加固的主要目的是对开仓点进行加固，主要作用是形成止水帷幕，避免开仓时受地下水影响，为此，旋喷桩的检验可采用钻孔取芯结合地下水位观测孔对地下水位进行量测观察旋喷加固的止水效果。

钻孔取芯：在已施工好的固结体中钻取岩芯，并将其做成标准试件进行室内物理力学性能试验，检查内部桩体的均匀程度及其抗渗能力。

根据所取芯样外观质量，桩身强度、桩长，喷粉(浆)是否均匀，有无断粉现象，芯样的完整性，所取芯样的柱状取芯率等情况，判断高压旋喷桩完整性和质量情况。

通过对旋喷部位的水位观测孔的观测，检查旋喷桩加固的止水效果是否满足要求。

(3)盾构掘进参数控制

1)掘进速度控制：盾构在孤石区掘进时，速度不宜过快，控制在10-20mm/min 左右。

2)刀盘转速及方向控制：刀盘转速在盾构机设计允许的范围内，刀盘转速尽量设定为最大值。设定在2-3r/min，不得频繁转换刀盘旋转方向。

3)刀盘扭矩控制：扭矩不易过大，控制在2000～4000Kn.m；刀盘扭矩的变化能及时反映出孤石的强度，当扭矩非常特别大时及时开仓检查。

4)总推力控制在18000-22000KN。

5)进入开仓预加固区时加强同步注浆及二次注浆，必要时在开仓前盾体处实施注聚氨酯止水环，防止后方来水危害。

6)做好盾构机超前预注浆加固准备工作，防止前方来水。

(4)螺旋机喷涌及螺旋机被卡控制

1)将螺旋机后闸门密封不严处加焊铁板，避免后期出现此类情况喷涌量加大。采取这种措施时，要预防仓内压力过高，造成盾构前方隆起、冒浆等；

2)加入高浓度泥浆或泡沫，改善土体的和易性，使土体中的颗粒和泥浆成为一整体；

3)正确地计算选择合理的舱压，严格控制盾构推进的纠偏量，尽量使管片四周的盾尾空隙均匀一致，减少管片对盾尾密封刷的挤压程度；

4)及时、保量、均匀地压注盾尾油脂；

5)控制盾构姿态，避免盾构产生后退现象；

6)若出现螺旋机被卡等情况及时调整螺旋机闸门，并采取螺旋机正反转，同时掘进该区域因加大土仓搅拌能力。

7)盾构掘进该特殊地段时加强看土工职责，若出现皮带被卡时及时采取人工清理。

(5)盾构掘进地表沉降控制

1)出土量控制

①综合考虑地层松散系数和地下水等因素，事先计算出每一环理论出土量。掘进时，派专人按环做好实际出土量统计，并与理论值对比。

②当地面出土量超过理论值5％时，应分析洞外、洞内监测数据，并通过分析土样，判断围岩变化，反演地层特性。如果推断确实属超挖，应调节螺旋输送机出土速度，增加土仓土体的含量。为保护上部建筑物或管线，必要时须满仓掘进或加气压非满仓掘进。

③根据统计超挖位置和超挖量，通过盾尾注浆及时将超挖量回补，必要时在超挖部位进行二次注浆或采用双液浆补注。盾尾注浆孔口的注浆压力应大于隧道埋深处的水土压力。

2)保证注浆量

①采用同步注浆系统与二次注浆补浆系统，确保注浆量满足要求。

②注浆量还应结合注浆压力进行控制，注浆压力可取大于静止水土压力 0.1～0.2MPa，若压力明显增大，则暂时停止注浆，以免注浆压力击穿地层或破坏管片。

3)监测技术

地面沉降监测点应根据隧道通过的围岩条件和周围建(构)筑物情况来布置。一般来说，沿隧道中线方向每隔5米布设一个测点，每隔30米距离布设一个监测横断面。横断面方向测点间隔，一般为5米，在一个监测断面内设6个测点，地表测点顶突出地面5mm以内。而在地表沉降监测点沿隧道沿线的中线上，每隔5m布设一个纵向监测点，监测范围为80m。一般情况下为盾构机头前方30米，盾尾50米范围内。在隧道施工期间做到每天监测两次，穿越管线时每小时监测一次

(4)盾构换刀

本工程盾构掘进孤石区时以提前设置开仓点，现以盾构预设置开仓点但盾构未到达预设加固区时，盾构带压开仓进行说明。

1)开仓点预加固

加固目的：提高停机点处土体强度及承载力，增强整体稳定性，防止盾构停机开仓换刀时发生坍塌以及因开挖面暴露时间过长而造成过大的地表沉降，确保盾构机顺利地掘进。经加固的土体应有很好的均质性、自立性，确保盾构安全停机开仓换刀。

加固要求：加固尺寸7m(长)×6m(宽)×14m(厚)。

加固效果：检验点的数量为施工注浆孔数的2％～5％，对不足20孔的工程，至少应检验2个点，根据所取芯样外观质量，桩身强度、桩长，喷粉(浆)是否均匀，有无断粉现象，芯样的完整性，所取芯样的柱状取芯率等情况，判断高压旋喷桩完整性和质量情况

2)盾构停机时要点

位置确定：若盾构可到达加固区，盾构停机时位于加固区中间位置，若未到达加固区根据掘进情况及地层情况，由项目部确定盾构机开仓位置，开仓位置选择应避免在软弱地层中进行，要根据开仓地点的围岩特性、透水性、地面环境等特点，来事先选定好开仓位置，制定有针对性的开仓方案。盾构机掘进至开仓指定位置后，由土木值班技术人员确认，总工程师审核。

停机时土压控制：停机时土仓压力略高于掘进时土仓压力0.2bra，同时停机期间由盾构操作手时刻关注土压变化情况，地面加强监测频率，避免出现异常情况。

3)带压开仓作业前的施工准备

1、开仓前施工准备

(1)进仓检查刀具作业分3班进行，每班4人，进仓工作2个小时。开仓作业另外配2名值班医生，对作业人员出现不适异常等情况及时救治。在开仓前针对施工过程中的操作注意事项组织施工人员进行培训学习，对工人进行培训和交底。

开仓前对仓内压力表等仪器仪表进行检查，发现压力表等仪器仪表存在问题立即予以更换并重新标定。

(2)操仓人员及气压作业人员必须要体检合格，必须经过专业操仓培训持证上岗，要求进仓人员都能适应高气压环境的体格条件，凡患有上呼吸道慢性疾病的患者，慢性化脓性中耳炎，咽股管不通者，慢性肺部疾病患者，支气管哮喘，支气管扩张，肺结核患者，血压过高者，活动性消化道出血者，肝脏、肾脏等均不宜作入仓人员；

持证上岗的有资质专业人员，气压作业按气压作业规范CJJ-217-2014执行。

(3)开仓前对空压机、自动保压系统、压力仪器仪表、通讯联络设备，照明应急设备等进行检查，提前对压力仪器仪表进行标定，确保仓内压力数据真实可靠；备好急救药品；进仓人员必须进行体检和培训，并要经过加压减压试验，作业人员的适应时间要符合规范要求，确认身体无异常后方可正式进行带压进仓作业。

(4)正式带压进仓作业前，组织管理人员及作业人员进行有针对性的带压开仓模拟换刀演练，通过演练检验准备工作是否充分，使作业人员进一步熟悉操作流程及出现紧急情况时应采取的应对措施。

2、创造带压进仓作业环境

1、加大同步注浆量与二次注浆

在停机前的5～10环加大同步注浆量，以加强盾尾后部开挖隧洞与管环外建筑空隙的充填，降低气体散失量或地下水的渗透量。注浆量可加大至理论注浆量的1.5倍(10m³左右)。加大注浆量时应注意同步注浆压力应与盾构机切口压力匹配，以防浆液回灌至开挖仓。另需提高浆液的稠度比重，缩短凝结时间以达到快速形成封闭空间的效果。

在停机前盾尾后2～5环利用管片的吊装孔进行二次注浆，加强封堵作用。

2、施作泥膜

在停机后使用调制膨化好的高浓度泥浆，将开挖仓渣土进行置换，置换过程中调整气压仓压力使盾构机切口压力稍高于正常掘进施工时工作压力0.2～ 0.5bar，以提高泥膜护壁效果，渣土置换完成后保持刀盘低速转动的同时，保持气垫压力1～2个小时，以保证泥膜护壁形成的质量。

停机置换浓泥浆的参考参数如下：比重1.1～1.3g/cm3，粘度35～45s。

3、封堵气体逃逸通道(图12所示)

(1)掌子面：渣土置换完成后，将掌子面使用参数较好的特制膨润土泥浆进行多次压注，使得掌子面表层形成较好的泥膜护壁，降低掌子面漏气率。

(2)盾尾：a、在停机前2环加大同步注浆量，使开挖孔隙回填充实。b、停机后在盾尾后2～5环，通过注浆孔采用双液浆进行全封堵。c、加大油脂注入量，将盾尾刷密封腔封堵密实，防止气体从盾尾刷处泄漏。

(3)盾体：通过盾体预留孔向地层内注入特制膨润土浆，将成形隧洞与盾体间的间隙封堵密实。。

(4)在上述加固完成后，如还有漏气通道，则可利用膨胀性材料通过相应的注浆通道进行封堵。膨胀性材料遇水膨胀后可有效封堵空隙，降低漏气率。

在使用上述方法封堵漏气通道时，要注意防止浆液回灌到开挖仓或浆液固结盾体。

(5)使用上述方法封堵漏气通道时，要注意防止浆液回灌到开挖仓或浆液固结盾体。

3、检查调试空气压缩设备及带压进仓作业设备

带压进仓前必须对空气压缩设备、流量调节设备、带压进仓记录仪、人闸仓、副仓及其附属计量装置(压力表、流量表)、仓内加热设备、空气检测仪、呼吸面罩等设备进行全方位的检查调试。确保带压进仓期间上述设备都可靠运转。相关设备检查调试由专人负责，并将检查过程记录在案，由操仓手及现场负责人签字确认。

4、确定工作压力并实施保压实验

1、带压进仓工作压力计算

(1)根据准备开仓作业位置的地质和水文条件，计算开挖仓理论工作压力；

(2)利用理论工作压力进行现场试验，如能保证开挖面稳定则可确定为安全工作压力；

(3)带压开仓作业的设定压力应略高于工作压力10～20kpa。

(4)带压作业压力设定简例(理论计算压力为参考设定压力，实际工作压力需操仓员经过保压试验后确定)。

取带压作业位置里程：ZDK-3-342.5为例。

截面处基本地质参数：

h1—隧道顶埋深水位，10.3m；

h2—隧道底埋深水位，16.2m；

KO—静止侧压力系数(0-0.3)，这里取0.15；

γ—地层平均容重，γ＝(4.3*17.1+2*15.2+3*17.5+4.8*18)/14.1≈ 17.2kN；

预压力一般取17Kpa，所以开挖仓切口压力：

压力计算公式：刀盘中心位置压力＝地下水压+土压+预压

水压力＝(h1+h2)/2＝(10.3+16.2)/2＝13.25m＝132.5Kpa＝1..33bar。

土压力＝KO*[(γ-γW)*h+γ*(H-h)]

＝0.15*[(17.2-10)*13.25+17.2*(16.2-13.25)]＝21.9Kpa＝0.22bar。

P＝132.5Kpa+21.9Kpa+17.2Kpa＝171.6Kpa≈1.7bar

h—刀盘中心水位埋深，13.25m；

P—刀盘中心水土压力；

2、实施保压试验(图13所示)

压力设定完成后即进行保压试验。保压期间，若空压机补气量小于其供气能力的10％，且开挖仓气压能在2h内无变化或不发生大的波动，则保压试验合格。若补气量大于空压机供气能力的50％时，则保压试验不合格，需判断失压原因并及时处理解决直至保压试验合格。

5、确定带压进仓工作内容

由于带压进仓作业施工成本及施工风险均较高，因此实施带压进仓作业前必须明确带压进仓的各项任务并根据各项作业任务的特点，明确各项任务的作业时间和作业顺序。在任务执行前负责人必须对进仓作业人员和操仓员进行专项交底，使之明确各仓作业任务。任务执行过程中现场负责人必须实时掌控任务执行进度，并根据实际需要进行合理调整。

带压进仓作业任务表

序号仓次任务名称作业顺序作业人员操仓员作业时间负责人

备注

1

2

3

6、人员培训及身体检查

执行带压进仓作业的人员应是完成过专门高压工作训练并身体健康的人员。在带压进仓作业前需对进仓作业人员进行例行体检(体检报告3个月内有效)，并由操仓员进行专门的安全技术培训。

7、进仓作业技术交底

带压进仓作业需要较高的计划性和统筹性，在作业前必须对参加作业的现场值班工程师、操仓员、进仓作业人员、医护人员及其他各岗位配合人员进行专项安全技术交底，使各个岗位的作业人员均明确各自的任务要点和操作程序，防止误操作或危及进仓作业人员人身安全的操作。

8、带压进仓条件验收

按照深圳市地铁集团盾构开仓安全管理办法进行条件验收，验收合格后并签认开仓令后方可进行进仓作业。

9、清理作业空间保压

1、检查和清洁盾构主机的压缩空气调节站，确认系统工作正常后进行下一步。

2、置换渣土。启动螺旋输送机将仓内渣土排出，同时使用配置好的浓稠泥浆将开挖仓内的渣土进行置换。渣土置换时随时保证浓泥浆的储量，保证能及时填充开挖空间，避免压力较大波动造成开挖面失稳。

3、渣土置换完毕后，调节压缩空气站，打开保压系统设定好气垫压力，使用气体逐步置换开挖仓内的浓泥浆。置换过程中尽量使开挖仓的气压保持或略高于原来的土压，以保证较好的泥膜封闭效果。

4)带压开仓作业要点

1、人仓的操作应由受过训练的人仓管理员执行。

2、只有通过了体检和带压测试并经过了相关培训的人员才能带压开仓。

3、要做好带压开仓的技术交底工作。

4、必须遵守所有人仓前部和内部的警示和信息标志。

5、必须定期检查人仓所有部件的功能。

6、必须定期检查电话和紧急电话设备是能按照规定要求工作。

7、检查门密封和密封面是否干净和损坏，必要时更换密封。

8、使用人仓时，需检查测试条形记录器是否能正常工作，供纸是否充足。

9、检查工具、备件、记录器、加热器、钟表、温度计、紧急电话、进气阀、排气阀、以及人仓门是否工作正常并清洁人仓门密封。

10、人员进入主仓室后，启动记录器检查工作能力及送纸是否正常。

11、关闭主仓室闸门及主仓室与应急仓室之间的闸门，并确认所有闸门均正确关闭。

12、使电话处于在线状态，以便随时与仓外人员进行联系。

13、缓慢打开进气球阀，使主仓室内的气压升高，直至达到操作压力。

14、根据规定启动主仓室内的加热器，调整主仓室内的温度至适宜状态。

15、微调进气球阀和排气球阀，使得主仓室内的压力与与气垫仓内的压力完全一致，关闭球阀，并小心地打开主仓室与气垫仓之间的闸门。

16、打开闸门后，人员进入气垫仓，然后打开气垫仓与土仓间闸门，进入土仓。

17、人员在土仓内进行带压作业，保持闸门为打开状态。

5)气压开仓检查刀盘施工要点

(1)开仓准备

为保证气压开仓作业的连续、快速，必须做好充分的准备，准备工作包括人员准备、设备工具及物资准备等。进仓人员需经体检合格，进仓及换刀工具由机电部负责并需经机电管理人员确认。进行压气作业的人员在作业前不许饮酒,作业过程中不许饮用含有酒精的饮料，在压气作业过程中不许吸烟；初次进入压土仓内时，应先通风或通氧气；

(2)开仓确认

开仓前，采用压缩空气置换土仓内的泥渣，采用送排气体，对土仓进行换气半小时以上，并用毒气检测仪检测仓内排出气体是否合符要求，直至气体满足开仓要求。

确定达到气压开仓要求时，按开仓管理与控制程序要求，经相关责任人和审核人签认后，方可打开仓门。

(3)进仓

进仓是指工作人员先进入人闸，然后慢慢增加人闸内的气压达到工作室相同气压，再打开土仓与人闸之间隔离门进入土仓工作的过程。

作业过程，人员感觉有胸闷等异常现象时要通知接应的监护人员；监护人员不得离开岗位；特殊工种持证作业；

作业过程中监护人员要随时监视用电设备、消防设备等相应的设备，发现异常及时大声告知，争取有利时机处理突发事件

(4)鉴定工况

第一次气压开仓先由有经验的工程师进入土仓鉴定仓内的工作状况，主要是工作面的稳定情况和土仓内渣土情况等。仔细观察后，判断安全后其他人员方可进入土仓进行下一步作业。

(5)出仓

检查完毕后，关闭土仓门前对土仓及刀盘前方进行全面的检查，避免工具、杂物遗留在内。确认后关闭土仓门，然后退入主室，关闭主室与土仓的隔离门。操仓员按照要求逐步减压至常压状态后，打开人闸仓门让工作人员出仓。

6)中止作业的情况

为了仓内工作人员的安全，一旦出现以下情况，仓内人员应立即撤离土仓。

1)土仓压力发生突变(压力值波动超过±0.2bar)；

2)掌子面出现漏水、坍塌或漏气现象；

3)地面发现沉陷或漏气；

4)出现机电设备故障有可能影响到土仓供气。

7)紧急情况措施

尽管有防范措施，在减压期间或之后，仍可能出现气压病症状。如果有一个人出现气压病症状或出现问题，则减压必须立即停止，并且当前压力水平必须维持，直到症状已经消失。如果几分钟后症状没有消失，则闸内的气压必须上升到先前的水平，至仓内人员病症消失为止。

6.人员、材料与设备

6.1土压平衡盾构机穿越高强度孤石群施工劳动力配置如下表：

爆破施工所需劳动力统计表

开仓换刀所需劳动力统计表

6.2爆破施工所需机具设备参考设备见下表

爆破施工所需机具设备统计表

开仓换刀施工所需机具设备统计表

7.质量控制

1、爆破施工质量保证措施

(1)、加强施工技术管理

执行以总工程师为首的技术责任制，使施工管理标准化、规范化、程序化。认真熟悉施工图纸，深入领会设计意图，严格按照设计文件和图纸施工，及时进行技术交底，在施工期间技术人员要跟班作业，发现问题及时解决。

(2)、加强对职工、队伍的全面质量管理教育

定期对全体施工人员进行全面质量管理教育，开展质量管理活动，一切从实际出发，实事求是，精心施工，不断提高工程质量。

(3)、严格工程质量检查制度

项目部设专职质检工程师、质检员，保证施工过程始终在质检人员的严格监督下进行，严格执行质检工程师质量否决权。

(4)、加强工程试验，建立台帐和施工记录

对工程使用的炸药、雷管、PVC管等材料要进行认真的检验，把好进货关。施工中所用的各种计量仪器和设备要定期进行检查和标定，确保计量检测仪器和设备的精度和准确度，严格计量施工。

(5)、做好质量记录

质量记录内容要客观、具体、完整、真实、有效，字迹清晰，具有可追溯性，各方签字要齐全。由施工技术、质检、测试人员或施工负责人按时收集记录并保存。确保本工程全过程记录齐全。

2、开仓点加固质量控制

1)指派专业技术人员负责旋喷桩施工的工程质量控制，现场跟进各工序进行技术指导和质量监督。

2)做好各项施工记录，并及时进行整理分析，以便判断喷射处理效果。

3)工程中所用水泥等主要材料应具有出厂合格证，并抽样送试验室检验。经检验不合格的材料不允许用于工程项目中。

4)当注浆管不能一次提升完成而需分数次卸管时，卸管后喷射的搭接长度不得小于50cm，以保证固结体的整体性。

5)旋喷桩孔位按设计位置，误差不大于5cm；终孔需经当班技术人员签字认可，不得擅自终孔。

6)下喷射管时，要求按一次喷射的参数下至设计深度。

7)当喷射完毕，应及时用清水将注浆系统冲洗干净，以免残留浆液凝结堵塞管路。

8)为解决好凝结体顶部因浆液析水而出现凹陷现象，喷射结束后3～5小时内，对旋喷孔顶部进行回填灌浆，直至孔口浆面不再下降为止。

9)严把“冒浆”关口，冒浆不正常或者不冒浆时，不能提升。如冒浆过大，则可视情况采取如下措施：

a.提高喷射压力；b.适当缩小喷嘴口径；c.加快提升速度。

10)为防止因浆液凝固收缩，采取回灌冒浆措施。

8.安全措施

1、爆破施工安全管理

(1)施工前对有关人员进行技术培训和安全教育，认真学习《爆破安全规程》的有关规定及《爆破设计方案》。

(2)施工前，落实施工占道的围闭工作，摆放、张贴相关提示标语；出入工地时需密切注意白石路上的行车情况，确保自身安全。

(3)施工前应张贴爆破“安民告示”。

(4)严格按炮孔布置图钻孔、验收、装药。

(5)连线完毕后要进行安全检查，确认无误后方可起爆。

(6)用起爆器起爆，起爆器的钥匙必须由爆破员随身携带，不得转交别人，不到放炮通电时，不得把钥匙插入起爆器，起爆后必须立即将钥匙拔出，摘掉母线扭结成短路。放炮母线连接脚线，检查线路和通电工作，只准爆破员一人操作。

(7)通电以后装药炮孔不响时，爆破员必须先取下钥匙，并将起爆母线从起爆器上摘下，扭结成短路，至少等15分钟后，方可沿线检查，找出不响的原因。起爆后需等30分钟后，待炮烟散去后人员方可到达放炮地点。

2)盲炮处理

盲炮是爆破施工中最为常见的安全隐患，对其应十分注意，以防为主，减少或避免盲炮的发生。其主要预防措施如下：

(1)施工前和施工中应该对存储的爆破器材作定期检验，应选用合格的炸药和雷管以及其他的爆破器材；

(2)装药前应检查孔内是否有积水，如有积水，应采用防水的乳胶炸药或是清除积水；

(3)装药时，中间不能脱节；联线时，要注意防止导爆管不折断，确保起爆网路的畅通。

每次爆破完成后，爆破工程师和爆破员必须进行盲炮检查，如果发现存在盲炮，马上分析造成盲炮的原因，并制定相应的盲炮处理方案。在施工中一般会遇到以下两种情况：

1)由于爆破网路连线不良造成盲炮

解决办法：爆破网路未受破坏，且最小抵抗线无变化者，可重新联线爆破；最小抵抗线有变化，应验算安全距离，并加大警戒安全范围后，再联线起爆；

2)由于雷管质量缺陷或其它原因造成炸药未起爆而造成的盲炮

解决办法：①根据本工程的实际情况，可在切断线路和电源的情况下通过提升软钢丝，将整个起爆体取出，进行处理；②在距盲炮孔不小于孔径10倍的位置钻孔装药进行诱爆。

处理盲炮前应由爆破领导人定出警戒范围，并在该区域边界设置警戒，处理盲炮时无关人员不准进入警戒区，盲炮处理后，应将残余的爆破器材收集起来销毁。

2、开仓换刀安全保证措施

1)开仓前设备检查

1、盾构安全设备检查：对隧道内的通风设施；盾构上的风、水、电系统；通信系统；洞内运输系统；各种防护设备和装备进行检查确认。

2、盾构监控设施检查：视频监控系统；开挖仓内各种压力传感器；气体检测仪器；

3、应急设备检查：应急照明；应急通信、交通设备；排水和消防设备；

4、加压仓检查：人闸系统；气压调节自动保压系统；应急备用电源；应急保压气源设备；

对于加压仓的检查应着重检查显示仪、条形记录器、加热系统、钟、温度计、电话和阀，密封是否干净；检查并保证主仓上的双倍条形记录器正常工作，纸张充足；检查主仓和中隔板上的密封门是否关闭并正确锁好。

2)特殊情况处理措施

(1)停止带压作业的情况

①工作人员进入土舱进行作业过程中，突然感觉身体不适；

②掌子面出现部分失稳，涌、漏水的现象；

③其它需要停止带压作业的情况。

处理措施：人员退回至人舱，人舱缓慢降压直至达到正常压力。

(2)地面在停机过程中发生沉降

在进行停机或者进行保压过程中，安排专人对停机位置进行检测，并进行日报。若出现地面发生沉降应采取以下措施：

检查人仓保压参数，观察土舱压力是否下降；若下降，应立即采取补漏措施；

②如需要并且有可能的话，采取地面防沉措施，如加桩固定等

(3)地面发生隆起

①检查压力设置是否过高，若过高，则降低开挖面压力；

②采取其它相应措施。

2、地表沉降应急处置措施

施工引起的地表沉降、地上建(构)筑物沉降倾斜倒塌：发生透水坍塌情况后立即对透水面及开挖面进行喷射砼封闭，注浆封堵、截排水—查明透水原因—如为市政水管开裂，立即通报市政部门进行抢修；对渗水段、沉降段、坍塌段进行支撑加固；启动降水设施；发生地表沉降、地上建(构)筑物沉降倾斜倒塌情况，对地上建(构)筑物进行支撑加固并进行沉降观测—立即向交通、市政等部门报告，进行交通管制及抢险救援--制定整治方案报业主、设计、监理等批复后组织实施。

3、燃气、电力、通讯等管线设施损坏：出现泄露时，要立即停止施工，报市政、电力、通讯部门和产权单位进行抢修；当上水管或雨污水管损坏出现渗漏时，立即对上水管切断上源阀门、雨污水管做好引流；当燃气管线损坏、出现泄露时，立即进行疏散救援和警戒，停止机械、电、火作业、杜绝一切可能产生的火源；当电力管线设施断裂损坏时，迅速切断电源，进行触电急救；当通讯线路设施断裂损坏时，进行现场保护，立即报告。

3)监控量测

针对相应范围内的隧道结构、地层地表、建(构)筑物及地下管线，进行系统全面的监控测量，实行信息化施工。在下穿或侧穿重要建构筑物及管线时，对地面及地面周边建(构)筑物加强监测，以反映最及时最真实的情况，以最新的地面沉降情况来调整指导施工。根据监测反馈信息，调整、优化各项施工参数，以确保盾构施工安全和建(构)筑物、地下管线的正常使用，必要时采取应急措施。

监控测量项目主要包括隧道结构的内力和变形、地层变形和地表沉降、建 (构)筑物外观观察和建(构)筑物及地下管线的变形变位等。应根据建(构) 筑物、地下管线的具体情况以及相关部门的技术要求确定监控测量方案。

地面沉降监测点应根据隧道通过的围岩条件和周围建(构)筑物情况来布置。一般来说，沿隧道中线方向每隔5米布设一个测点，每隔30米距离布设一个监测横断面。横断面方向测点间隔，一般为5米，在一个监测断面内设6个测点，地表测点顶突出地面5mm以内。而在地表沉降监测点沿隧道沿线的中线上，每隔5m布设一个纵向监测点，监测范围为80m。一般情况下为盾构机头前方30米，盾尾50米范围内。在隧道施工期间做到每天监测两次，穿越管线时每小时监测一次。

9.环境保护

1、环境保护目标

预防和消除施工造成的环境污染，做到控制排污、控制扬尘、降低噪音、减少大气污染，创环境保护达标工地。

2、环境保护措施

(1)施工产生的污水、泥浆严禁外流至马路上，必须经过沉淀，达标深圳市排污标准后方可排入城市污水管道。

(2)降低施工噪音

工程施工期间，应控制噪声对环境的影响，在选择施工设备及施工方法时，充分考虑由此产生的噪声对施工人员和周围居民的影响，选用低噪音设备，采取消音措施，同时合理安排施工作业时间，以防噪音扰民。

本工程爆破处理的孤石深度为15～23米之间，并且炮孔中有水，与水下爆破及深孔爆破类似，炸药的能量集中在10米深的地下，爆破时，只会发生焖响，加之炮孔上方有钢板、沙袋的防护，不会对周围居民及环境造成影响。

(3)施工期间严禁损坏周边的草木，并加强对其保护，做到施工前后均一致。

(4)人员及相关机具进出场地时，必须作好保洁和冲洗工作，严禁将泥土带入工地外。

(5)规范围挡的围蔽工作，按要求标准统一张贴相应的安全警示语，做好稳固整齐。

(6)周边行人较多，施工期间应礼让他人，严禁与他人发生争吵、斗殴等现象。

10.效益分析

10.1社会效益

本工法在深圳地铁9号线西延线工程深大南站～粤海门站区间的成功应用，对地铁盾构隧道始发掘进的施工具有一定的指导和借鉴作用，有一定的社会效益。

10.2经济效益

(1)采用本工法与原方案(直推+开仓)使用材料经济对比表

使用设备对比表

(3)采用本工法与原方案(直推+开仓)开仓费用对比表

施工项目	常压开仓	带压开仓	合计
				本工法	0	2
原方案(直推+开仓)	0	5
				经济效益差值(元)	0	600000	600000

(4)采用本工法与原设计(人工挖竖井+套取法)方案施工周期对比

(5)采用本工法与原设计(人工挖竖井+套取法)方案施工人员表

综上，采用本工法合计产生经济效益为： 589011.2-251600+600000+528900＝1466311.2元。

11.应用实例

本工法成功应用在深圳地铁9号线西延线工程深大南站～粤海门站区间盾构始发掘进施工，由中国建筑第四工程局有限公司珠海分公司承建。讲述土压平衡盾构机穿越高强度孤石群时减少盾构刀具磨损、提高日掘进量、缩短施工工期以及减少经济成本的施工工法。其工艺原理是提前做好地质勘探，明确孤石存在范围、孤石强度以及与隧道周边环境的位置关系等，地质勘探清楚后将提前采取地面深孔预爆破处理，爆破处理后采取盾构掘进，掘进过程中视掘进情况开仓换刀。在施工中主要采取了以下技术措施：

1、地质勘探技术；

2、地面深孔爆破技术；

3、爆破效果检测技术；

4、盾构开仓换刀技术；

5、盾构掘进控制技术；

6、监控量测技术。

深粤区间盾构隧道于2018年4月10日完成始发工作，在2018年8月30 日顺利完成贯通任务。该工法在深圳地铁9号线西延线深粤区间的成功应用不仅满足现场施工安全及进度要求，还带来可观的经济效益和社会效益。

本工法将以深圳地铁9号线西延线深粤区间为基础，研究土压平衡盾构机穿越高强度孤石群。其工艺原理是提前做好地质勘探，明确孤石存在范围、孤石强度以及与隧道周边环境的位置关系等，地质勘探清楚后将提前采取地面深孔预爆破处理，爆破处理后采取盾构掘进，掘进过程中视掘进情况开仓换刀。该工法在深圳地铁9号线西延线深粤区间的成功应用不仅满足现场施工安全及进度要求，同时带来可观的经济效益和社会效益。

2工法特点

根据线路规划提前做好地质勘探，明确孤石范围、大小、强度与隧道周边的环境等，地质勘探清楚后采取地面深孔爆破处理，爆破时明确钻孔位置、间距、深度、取样及装药量与爆破顺序，爆破完成后进行爆破效果抽样检测，可根据爆破效果提前设置盾构开仓点，以保证后期盾构出现换刀时进行常压开仓，待前期工作完成后进行盾构掘进施工，盾构掘进过程中根据掘进参数、出渣等情况判断盾构掘进孤石区时刀具磨损情况，从而可做好换刀预估、减少施工工期、提高日掘进量。根据深圳地铁9号线西延线深粤区间土压平衡盾构机掘进孤石群成功经验，总结本工法有以下特点及优点：

1、本工程施工前已对孤石位置、大小、强度与隧道位置关系进行勘察统计，具体关系如下表所示，爆破后孤石粒径均小于30cm，满足盾构掘进要求，同时爆破施工可在盾构施工前组织进行，缩短盾构施工工期。

2、未采取本工法前盾构每日最高掘进量可达2环/天，掘进过程中易出现卡螺旋、参数异常、喷涌、刀具磨损等情况，导致每日掘进速度降低、隧道清理任务加重、成本增加等，采用本工法后盾构掘进量每日提高2倍之多，同时各施工环节可紧凑衔接，降低工期压力与施工风险，并可减少刀具磨损与换刀频率，提高日掘进量。

3、本工法因预设开仓加固点，后期开仓换刀作业过程中大大降低施工风险与环境风险，盾构开仓换刀过程中可保证掌子面情况稳定，提高每班换刀人员作业效率，避免出现盾构长时间停机所带来的异常等情况，根据提前设置的换刀开仓点，以降低盾构换刀风险，缩短施工工期，提高经济效益。

3.适用范围

适用于地铁盾构高效、安全、经济性掘进高强度孤石群。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据线路规划提前做好地质勘探，明确孤石范围、大小、强度与隧道关系；

步骤2：地质勘探清楚后对孤石进行预处理；

步骤3：孤石预处理完成后进行效果抽样检测；

步骤4：步骤3若满足要求，则进行爆破孔封堵以及设置开仓点预加固，若未达到要求，则继续对孤石进行处理，直至满足要求；

步骤5：对步骤4中加固效果检测，若满足要求则进行盾构开仓，盾构开仓换刀，若未达到要求，则继续对开仓点进行预加固；

步骤6：在换刀完成后盾构继续掘进施工。

2.根据权利要求1所述的一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法，其特征在于，步骤1-2过程中：通过对区间地质进行详细勘探及二次补充勘探，若发现盾构隧道洞身范围内有球状花岗岩存在，影响盾构施工，需要提前将球状花岗岩进行处理。

3.根据权利要求1所述的一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法，其特征在于，步骤2中：孤石预处理采用地面钻孔深孔爆破，将其破碎成碎石块。

4.根据权利要求3所述的一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法，其特征在于，地面钻孔深孔爆破包括如下步骤：

步骤40：单耗计算；步骤41：布孔形式及装药设计；步骤42：火工器材选型；步骤43：起爆网路设计；步骤44：爆破安全距离计算。

5.根据权利要求4所述的一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法，其特征在于，

步骤40具体是：401、炸药单耗，q＝k·q0，式中q0为水下钻孔爆破单耗，q0＝0.45+(0.05～0.15)H，其中H为水深(m)；k为地下岩体校正系数，取1.0～2.0；402、孔网参数，a＝b＝0.8m，式中a为孔距；b为排距；403、装药结构，根据岩体的厚度、强度变化及地表建筑物、管线保护的要求，分别采用连续装药结构或分段间隔装药；

步骤41具体是：411、布孔形式，采取首先对边缘孔进行爆破，然后利用边缘孔爆破挤压周围土层产生的自由面，再对中间孔进行逐个起爆，炮孔间孔距a、排距b均为0.8m，布孔形式采用矩形，412、装药结构，在孤石爆破时，当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，相邻两个炮孔，其中一个炮孔钻至孤石底面，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10cm不装药；413、药包加工；414、抗浮配重，配重根据药包筒的长度，视现场情况采用配重小铁件或采用粒径0.5㎝的碎石，炸药密度约为0.95～1.20g/cm3；孔内泥浆水密度约为1.15～1.20g/cm3，如果三者满足下式关系，则药包会顺利下沉，G炸药+G配重＞F泥浆水(1)，式(1)中，因PVC管的直径一致，对其没有影响，所以上式可以转化为：ρ炸药L1i+ρ配重L2i＞ρ泥浆水L(2)，则通过(2)可计算出配重长度L2i；415、装药量，根据详勘及补勘时钻探出来的孤石岩性及强度，通过单耗计算，同时参照以往的施工经验，确定爆破处理本区间孤石装药量；

步骤42具体是：雷管选用瞬发电雷管和导爆管雷管，炸药选用防水乳化炸药，标准直径为Φ60mm，具体根据现场的需要加工；

步骤43具体是：起爆药包采用软钢丝悬吊于爆破点的位置，且一端固定于孔口位置，标高误差≤10cm，药包装在特制的φ75mmPVC管体内，炮孔采用正向装药起爆，起爆选用非电爆破网路，采用激发针起爆，每个炮孔装两发雷管，且分别属于两个爆破网路，两套网路并联后起爆；

步骤44具体是：一次爆破允许的最大装药Qmax，根据公式V＝k(Qm/R)α，V为爆破地振安全速度，cm/s，Q为最大一段装药量，kg，R为爆破区至被保护物距离，m，m为药量指数，取m＝1/3，k为与爆破场地条件有关系数，取k＝160，α为与地质条件有关系数，α＝1.7，最大一段装药量列表如下：

结合上表计算结果，在施工中严格控制单段最大药量不超过上述表格中数量，如单孔装药量超过上述值，则应在孔内再分段装药，同时，爆破作业时，须做好爆破振动和地表位移监测，及时反馈数据，并根据数据进一步调整装药量爆破参数，指导施工。

6.根据权利要求5所述的一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法，其特征在于，还包括步骤45，为爆破效果检测，具体为通过钻孔取芯对爆破效果进行检测，通过检测得知：爆破后孤石粒径小于30cm，满足盾构掘进要求。

7.根据权利要求6所述的一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法，其特征在于，孤石爆破钻孔及取芯钻孔处理完成后均需对每个钻孔进行封孔处理，封孔采用注入单液浆形式进行，单液浆可以按水灰比1:1进行调配，确保各个孔位封堵密实。

8.根据权利要求1所述的一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法，其特征在于，步骤5中：盾构施工要点，二重管旋喷桩注浆加固：

1)施工二重管旋喷桩注浆加固，浆液采用水泥水玻璃双液浆加固；

2)注浆孔布置：根据线路实际位置合理布置注浆孔，φ600@450mm；

3)加固范围：纵断面：隧道上5米，隧道底部3米，共14米。加固尺寸7m(长)×6m(宽)×14m(厚)；

4)选取适当位置人工探挖，明确管线具体布置情况，以便制定切实可行的管线改迁或管线保护方案；

5)根据管线实际位置与隧道关系，选取地面注浆加固位置；

开仓点预加固效果检测：

旋喷桩的检验可采用钻孔取芯结合地下水位观测孔对地下水位进行量测观察旋喷加固的止水效果；

钻孔取芯：在已施工好的固结体中钻取岩芯，并将其做成标准试件进行室内物理力学性能试验，检查内部桩体的均匀程度及其抗渗能力；

根据所取芯样外观质量，桩身强度、桩长，喷粉(浆)是否均匀，有无断粉现象，芯样的完整性，所取芯样的柱状取芯率情况，判断高压旋喷桩完整性和质量情况；通过对旋喷部位的水位观测孔的观测，检查旋喷桩加固的止水效果是否满足要求。本工程盾构掘进孤石区时以提前设置开仓点，现以盾构预设置开仓点但盾构未到达预设加固区时，盾构带压开仓进行说明。

9.根据权利要求1所述的一种盾构施工穿越高强孤石群的施工工法，其特征在于，步骤6中：

位置确定：若盾构可到达加固区，盾构停机时位于加固区中间位置，若未到达加固区根据掘进情况及地层情况，由项目部确定盾构机开仓位置，开仓位置选择应避免在软弱地层中进行，根据开仓地点的围岩特性、透水性、地面环境特点，来事先选定好开仓位置，制定有针对性的开仓方案；

停机时土压控制：停机时土仓压力略高于掘进时土仓压力0.2bra，同时停机期间由盾构操作手时刻关注土压变化情况，地面加强监测频率。