史文迪 劉 洋

（1.濟(jì)南城建集團(tuán)有限公司，濟(jì)南 250031；2.中鐵三局集團(tuán)有限公司，晉中 030600）

濟(jì)南軌道交通2號線隧道穿過千佛山斷裂及其次生斷裂，風(fēng)化差異度較大。隧道施工常遇到上軟下硬或全斷面閃長巖的風(fēng)化巖情況，如圖1所示。680～720環(huán)之間甚至出現(xiàn)了殘留風(fēng)化巖塊的孤石情況。這部分地區(qū)的孤石具有直徑大、硬度高等特點，對盾構(gòu)施工掘進(jìn)造成了極大影響。當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)到這一區(qū)域時，掘進(jìn)參數(shù)變化較大，掘進(jìn)速度慢，姿態(tài)難以控制，對刀具的磨損嚴(yán)重。僅推進(jìn)3環(huán)，更換刀具及刀箱兩次。若仍然按照原方案推進(jìn)，施工進(jìn)度緩慢、刀具更換頻繁，隧道每米成本將提升3倍以上，給項目造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，需要在施工時需提前處理這部分孤石，以降低施工成本和施工工期。

圖1 區(qū)間地質(zhì)圖

1 工程概況

1.1 工程簡介

濟(jì)南軌道交通2號線寶華街站至長途汽車站站，全長944 m，含一個聯(lián)絡(luò)通道。區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，下穿建筑物、地下車庫、工商河后到達(dá)長途汽車站。隧道最大坡度7.16‰，最小坡度2‰，沿線地形總體平緩，地面高程介于23.66～26.30 m，最大高差約2.64 m，起伏相對較小[1]。工商河河岸處地面高程較低。

1.2 工程地質(zhì)

區(qū)間沿線地層自上而向依次由近代人工填土、第四系全新統(tǒng)沖積粉質(zhì)黏土、第四系全新統(tǒng)沖洪擊粉質(zhì)黏土、黏土及伏燕山期輝長巖以及閃長巖等構(gòu)成。本區(qū)間盾構(gòu)機主要穿越地層為全風(fēng)化閃長巖地層、強風(fēng)化閃長巖地層和中風(fēng)化閃長巖地層，局部穿越微風(fēng)化輝長巖地層。其中，680環(huán)開始進(jìn)入孤石密集區(qū)。區(qū)間CK13+295.294處下穿西工商河，并在河底沿西工商河走向敷設(shè)約400 m。隧道頂板距河床底12.3～14.5 m。

1.3 孤石探測

680～720環(huán)區(qū)間內(nèi)，經(jīng)過探測，孤石范圍集中且數(shù)量較大，幾乎覆蓋整個區(qū)間。區(qū)間孤石RQD值大于25%，不能通過盾構(gòu)機直接破除孤石。孤石平均強度為144 MPa，最大強度為243 MPa，掘進(jìn)經(jīng)過此處極易出現(xiàn)刀箱受損、刀圈崩刃以及斷裂等情況，且掘進(jìn)進(jìn)度也會因此下降到0.3～0.7環(huán)/天。

2 孤石處理

2.1 地面鉆孔

鑒于孤石區(qū)域?qū)Χ軜?gòu)機刀具的損害和對工期的嚴(yán)重影響，加之土倉積水較多、人工洞內(nèi)破除孤石風(fēng)險較大，此區(qū)間的地面段較為空曠，決定在此區(qū)間進(jìn)行置換作業(yè)。首先，在680～720環(huán)的對應(yīng)地面區(qū)域使用旋挖鉆進(jìn)行鉆孔。按照每環(huán)4～5根的密度進(jìn)行垂直鉆孔，鉆孔深度為17.5～20.0 m，單個孔面積約為0.8 m2。依次從680環(huán)打樁至720環(huán)，共計150根，如圖2所示。最淺在地下10 m左右的地方發(fā)現(xiàn)孤石。通過旋挖鉆和破孔錘大面積、高深度的密集鉆孔破石，將這一區(qū)域內(nèi)的高硬度孤石由地下置換到地面[2]。

圖2 鉆孔打樁區(qū)域

2.2 混凝土回填

由于置換區(qū)臨近工商河，且濟(jì)南為泉域地區(qū)，地下水較多，若采用素土、雜填土回填，可能會導(dǎo)致地面沉降，且置換區(qū)距離河道及高架橋較近，附近建筑物眾多，一旦發(fā)生大規(guī)模沉降，后果不堪設(shè)想。于是，在保證安全施工的條件下，采用c15標(biāo)號的不含石子的素混凝土進(jìn)行回填。每個鉆孔回填20 m3左右，保證回填的混凝土能夠?qū)⒖斩刺钛a完整。之后對置換區(qū)域進(jìn)行雷達(dá)空洞檢測和地面沉降測量，控制地面沉降量，確保不因置換孤石導(dǎo)致大面積地下空洞。

2.3 盾構(gòu)推進(jìn)

當(dāng)盾構(gòu)機將要掘進(jìn)到置換區(qū)時，提前更換邊緣的9把滾刀和刀箱，選用整體刀具、調(diào)整刀刃厚度以應(yīng)對孤石的沖擊。推進(jìn)至置換區(qū)區(qū)域，控制總推力為8 000～12 000 kN，扭矩≤1 700 kN·m，掘進(jìn)速度5～10 mm·min-1，貫入度4～8 mm·r-1，轉(zhuǎn)速0.7～1.2 r·min-1。

推進(jìn)時采用氣壓輔助模式推進(jìn)，減少掌子面匯水，縮短清渣時間[3]。此外，及時向土倉加入膨潤土和高分子材料進(jìn)行渣土改良，減少噴涌。隧道內(nèi)做好3～5環(huán)的止水環(huán)箍，阻斷后方來水。推進(jìn)完畢后及時超量注漿和二次注漿，并通過雷達(dá)檢測的方法檢測管片背后空洞，確保孤石群范圍管片背后注漿效果密實。最后，及時開倉檢查，對置換區(qū)更換的刀具及時比較檢查，確認(rèn)磨損程度，確保施工順利進(jìn)行。

3 置換效果

通過置換680～720環(huán)的地下孤石，改善了此區(qū)間的地質(zhì)情況，提升了盾構(gòu)機掘進(jìn)速度，刀具更換頻率降低60%。掘進(jìn)進(jìn)度較采用置換法之前推進(jìn)孤石地區(qū)的每日平均環(huán)數(shù)快5～7倍，因換刀而停機的次數(shù)較之前明顯減少，且降低了盾構(gòu)機推進(jìn)的故障率，減少了機修人員的維保壓力，施工成本較之前節(jié)省約50%。

4 結(jié)語

地下空間發(fā)展是城市中的一個重要組成部分。盾構(gòu)施工在遇到不同的地質(zhì)情況所作出的應(yīng)對情況也千差萬別。在遇到孤石地質(zhì)的盾構(gòu)施工情況下，如果場地允許，可以采用置換法進(jìn)行施工減少施工壓力。若場地較為不理想，在倉內(nèi)防護(hù)措施完善的情況下也可采用隧道內(nèi)土倉劈剪機破除法或者靜態(tài)膨脹劑處理法。