地铁盾构区间孤石探测及处理技术研究

吕鹏程

摘要：文章针对地铁隧道盾构施工作业中的孤石问题，首先分析了孤石对于盾构法施工作业的影响，进而以龙洞站～柯木塱站地铁区间盾构施工为例，详细介绍了孤石的探测以及施工处理技术，可以为相关工程施工作业的开展提供合理的技术方案支持。

关键词：孤石探测；地铁盾构；爆破技术

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）06-0146-02

在地铁隧道工程施工过程中，经常会遇到球状风化体，也就是孤石，属于岩体风化过程中所特有的地质现象。在采用盾构法进行隧道掘进施工作业的项目中，由于孤石的形状以及强度不一，盾构机难以将孤石破碎，不仅会造成掘进的困难，而且会造成盾构机刀具的严重磨损，同时对施工作业区域的地层也会造成扰动，影响隧道工程施工安全性以及施工进度。因此，必须针对隧道盾构施工中的孤石进行探测，同时采取合理的措施对孤石进行破碎处理，以确保盾构施工作业的顺利进行。

1 孤石对盾构施工作业的影响以及处理原则

（1）孤石对于盾构掘进的影响。由于孤石一般位于砂层及残积土层中，孤石难以固定，地层也不能产生足够的破碎反力，在掘进过程中孤石就会随着土体的破坏而移动或被刀具弹开，或者是在刀盘前面循环，挡在刀盘前面并损坏刀具。如果孤石处在盾构的外侧，可能会挤压盾构使其偏离方向，特别是如果盾构机的一侧是孤石，另一侧是软弱土层，极易造成隧道轴线的偏斜。

（2）盾构掘进中孤石的处理方案。对于孤石的处理，应当首先选择在地面处理的方式进行处理，地面处理条件不具备时再考虑洞内处理。对已探明基岩突起及孤石采用地面处理方案时，应该采用地面跟管钻机及地质钻机垂直打孔装入炸药爆破破碎隧道断面范围内的孤石，将孤石爆破破碎为块径小于30cm的块体。

2 工程项目实例概况

龙洞站～柯木塱站区间西起省农林职业技术学校处的龙洞站，基本沿广汕一路向东行进到柯木塱小学处的柯木塱站，途经广汕路热带植物所人行天桥，跨广汕一路高架桥。柯木塱站～高塘石站盾构区间起于柯木塱站，东至高塘石公园，线路基本沿广汕二路向东行进，两侧主要为临街商铺、厂房、民居等。在前期地质勘察中，发现施工段盾构隧道内存在孤石群，为保证盾构机能安全顺利通过，需要对孤石群进行预先爆破破碎

处理。

3 孤石的探测

在本项目中根据地质详堪资料，由于盾构区间存在孤石发育现象，为详细了解区间的孤石发育情况，采取以下两种措施对孤石进行探测：

（1）根据地质详细勘测资料组织地质补勘工作，沿隧道方向10m间距进行钻孔补勘，对于地质资料揭示的孤石发育地段，进行加密钻孔，加密钻孔沿隧道方向间距3m，每个隧道断面2个钻孔进行探测。

（2）对于由于地面房屋、交通、征地等原因不能加密钻孔时，则采用跨孔CT法进行初勘，CT钻孔间距10～20m。

通过两种探测方式相结合，准确的掌握孤石的位置以及体积等一系列的情况，为施工方案的制定提供准确的依据。

4 孤石处理方案

4.1 爆破施工技术准备工作

（1）爆破参数的确定。爆破参数主要是对炸药单耗、孔网参数以及孔网结构等参数进行确定。炸药单耗计算公式如下所示：q=k·q0；公式中：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（与岩性、埋深及周边介质有关的系数），一般取值1.0～2.0。

对于装药结构，则是根据岩体的厚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调整。

（2）布孔形式、起爆顺序及装药结构的确定。在项目施工中由于孤石埋深较深，体积和厚度不等，为了便于施工及爆破破碎效果，炮孔间孔距、排距均按0.5m控制。爆破顺序为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。装药结构应该根据孤石的厚度确定。

4.2 钻孔施工

由于工程需要爆破处理的岩石位于地表以下约20m的位置，结合工程的特殊性以及现有的机械设备和技术力量，采用跟管钻机及地质钻机进行钻孔（如存在填石层情况，需采用跟管钻机引孔，穿越填石层，地质钻机在跟管钻机的套管内继续往下钻孔），跟管钻机也可直接成孔。对于钻孔直径的确定，土层钻孔孔径、岩石钻孔孔径均为110mm，如跟管钻机引孔穿越填石层，则孔径应大于110mm，确保地质钻机在跟管钻机套管内能继续往下钻，成孔后下直径90mm的PVC套管。钻孔形式一般选择垂直钻孔形式，以便于准确控制钻孔方向。

4.3 孤石爆破作业

（1）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。

（2）起爆网路设计。药包装在特制的PVC管体内，该起爆体须具有较好的防水性能。炮孔采用正向装药起爆，起爆雷管选用两发瞬发电雷管，且分别属于两个非电起爆网路，两套网路并联后起爆。

（3）爆破安全距离计算。由于项目两侧主要为临街商铺、厂房、民居，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震动速度为3.0～5.0cm/s。为了保证爆破震动不影响周围建筑物的安全及居民生活，按2.0cm/s以下进行装药设计施工。经计算，各种距离条件下的最大一段装药量如下表所示：

各种距离条件下的最大一段装药量列表如下（v≤2.0cm/s）

爆破中心至建筑物距离m 20 30 40 50

最大一段装药量Q 2.44 8.23 19.52 38.12

（4）安全防护措施。地下深孔爆破不会有飞石产生，只有在爆破后产生的高压气体会将炮孔内的泥浆压出孔外，为了防止涌出的泥浆飞溅，爆破作业时，采取沙包+铁板的联合防护体系。

（5）爆破质量检验。基岩处理后的爆破质量通过地质钻机钻孔取芯进行验证，以抽取出的完整岩芯单向长度≤30cm为合格。隧道纵向每5延长米抽检一个孔，验证抽芯孔应在爆破处理范围内随机指定。如果抽检区域不合格，则补孔进行二次爆破。在本项目中，通过对爆破区域前后钻孔取芯检查，发现爆破效果非常明显，孤石已经得到彻底破碎，爆破前后同一区域取芯结果如下图所示：

爆破前探测发现孤石 爆破后孤石破碎效果

4.4 地层加固注浆施工

为确保安全，在爆破处理后对隧道周边松动围岩采用注浆方式充填加固，以提高盾构在掘进时周边围岩密实度和自稳力。注浆方式一般选择袖阀管注浆的方式，注浆浆液一般选用水泥-水玻璃双液浆加固地层。注浆加固范围主要是对加固深度从地面至隧道结构底板下1m，加固宽度隧道中线左右开挖轮廓线外各1m范围全部进行注浆加固。

5 结语

在地铁隧道施工作业过程中，极易遇到孤石等不良地质条件，导致盾构施工作业无法顺利的推进。因此，在地铁隧道施工作业过程中，应该做好故事的他探测分析，针对孤石的体积、风化程度等详细参数，合理的确定破碎方案，确保盾构施工作业的顺利，提高地铁隧道盾构施工作业效率。

参考文献

[1] 张新金，刘维宁，路美丽，刘卫丰，许世伟，李海

锋.盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站技术的

结构方案初步研究[J].现代隧道技术，2009，

（6）.

[2] 谢状.花岗岩球状风化体地段地铁盾构施工风险分

析与控制[D].中南大学，2010.endprint

摘要：文章针对地铁隧道盾构施工作业中的孤石问题，首先分析了孤石对于盾构法施工作业的影响，进而以龙洞站～柯木塱站地铁区间盾构施工为例，详细介绍了孤石的探测以及施工处理技术，可以为相关工程施工作业的开展提供合理的技术方案支持。

关键词：孤石探测；地铁盾构；爆破技术

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）06-0146-02

在地铁隧道工程施工过程中，经常会遇到球状风化体，也就是孤石，属于岩体风化过程中所特有的地质现象。在采用盾构法进行隧道掘进施工作业的项目中，由于孤石的形状以及强度不一，盾构机难以将孤石破碎，不仅会造成掘进的困难，而且会造成盾构机刀具的严重磨损，同时对施工作业区域的地层也会造成扰动，影响隧道工程施工安全性以及施工进度。因此，必须针对隧道盾构施工中的孤石进行探测，同时采取合理的措施对孤石进行破碎处理，以确保盾构施工作业的顺利进行。

1 孤石对盾构施工作业的影响以及处理原则

（1）孤石对于盾构掘进的影响。由于孤石一般位于砂层及残积土层中，孤石难以固定，地层也不能产生足够的破碎反力，在掘进过程中孤石就会随着土体的破坏而移动或被刀具弹开，或者是在刀盘前面循环，挡在刀盘前面并损坏刀具。如果孤石处在盾构的外侧，可能会挤压盾构使其偏离方向，特别是如果盾构机的一侧是孤石，另一侧是软弱土层，极易造成隧道轴线的偏斜。

（2）盾构掘进中孤石的处理方案。对于孤石的处理，应当首先选择在地面处理的方式进行处理，地面处理条件不具备时再考虑洞内处理。对已探明基岩突起及孤石采用地面处理方案时，应该采用地面跟管钻机及地质钻机垂直打孔装入炸药爆破破碎隧道断面范围内的孤石，将孤石爆破破碎为块径小于30cm的块体。

2 工程项目实例概况

龙洞站～柯木塱站区间西起省农林职业技术学校处的龙洞站，基本沿广汕一路向东行进到柯木塱小学处的柯木塱站，途经广汕路热带植物所人行天桥，跨广汕一路高架桥。柯木塱站～高塘石站盾构区间起于柯木塱站，东至高塘石公园，线路基本沿广汕二路向东行进，两侧主要为临街商铺、厂房、民居等。在前期地质勘察中，发现施工段盾构隧道内存在孤石群，为保证盾构机能安全顺利通过，需要对孤石群进行预先爆破破碎

处理。

3 孤石的探测

在本项目中根据地质详堪资料，由于盾构区间存在孤石发育现象，为详细了解区间的孤石发育情况，采取以下两种措施对孤石进行探测：

（1）根据地质详细勘测资料组织地质补勘工作，沿隧道方向10m间距进行钻孔补勘，对于地质资料揭示的孤石发育地段，进行加密钻孔，加密钻孔沿隧道方向间距3m，每个隧道断面2个钻孔进行探测。

（2）对于由于地面房屋、交通、征地等原因不能加密钻孔时，则采用跨孔CT法进行初勘，CT钻孔间距10～20m。

通过两种探测方式相结合，准确的掌握孤石的位置以及体积等一系列的情况，为施工方案的制定提供准确的依据。

4 孤石处理方案

4.1 爆破施工技术准备工作

（1）爆破参数的确定。爆破参数主要是对炸药单耗、孔网参数以及孔网结构等参数进行确定。炸药单耗计算公式如下所示：q=k·q0；公式中：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（与岩性、埋深及周边介质有关的系数），一般取值1.0～2.0。

对于装药结构，则是根据岩体的厚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调整。

（2）布孔形式、起爆顺序及装药结构的确定。在项目施工中由于孤石埋深较深，体积和厚度不等，为了便于施工及爆破破碎效果，炮孔间孔距、排距均按0.5m控制。爆破顺序为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。装药结构应该根据孤石的厚度确定。

4.2 钻孔施工

由于工程需要爆破处理的岩石位于地表以下约20m的位置，结合工程的特殊性以及现有的机械设备和技术力量，采用跟管钻机及地质钻机进行钻孔（如存在填石层情况，需采用跟管钻机引孔，穿越填石层，地质钻机在跟管钻机的套管内继续往下钻孔），跟管钻机也可直接成孔。对于钻孔直径的确定，土层钻孔孔径、岩石钻孔孔径均为110mm，如跟管钻机引孔穿越填石层，则孔径应大于110mm，确保地质钻机在跟管钻机套管内能继续往下钻，成孔后下直径90mm的PVC套管。钻孔形式一般选择垂直钻孔形式，以便于准确控制钻孔方向。

4.3 孤石爆破作业

（1）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。

（2）起爆网路设计。药包装在特制的PVC管体内，该起爆体须具有较好的防水性能。炮孔采用正向装药起爆，起爆雷管选用两发瞬发电雷管，且分别属于两个非电起爆网路，两套网路并联后起爆。

（3）爆破安全距离计算。由于项目两侧主要为临街商铺、厂房、民居，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震动速度为3.0～5.0cm/s。为了保证爆破震动不影响周围建筑物的安全及居民生活，按2.0cm/s以下进行装药设计施工。经计算，各种距离条件下的最大一段装药量如下表所示：

各种距离条件下的最大一段装药量列表如下（v≤2.0cm/s）

爆破中心至建筑物距离m 20 30 40 50

最大一段装药量Q 2.44 8.23 19.52 38.12

（4）安全防护措施。地下深孔爆破不会有飞石产生，只有在爆破后产生的高压气体会将炮孔内的泥浆压出孔外，为了防止涌出的泥浆飞溅，爆破作业时，采取沙包+铁板的联合防护体系。

（5）爆破质量检验。基岩处理后的爆破质量通过地质钻机钻孔取芯进行验证，以抽取出的完整岩芯单向长度≤30cm为合格。隧道纵向每5延长米抽检一个孔，验证抽芯孔应在爆破处理范围内随机指定。如果抽检区域不合格，则补孔进行二次爆破。在本项目中，通过对爆破区域前后钻孔取芯检查，发现爆破效果非常明显，孤石已经得到彻底破碎，爆破前后同一区域取芯结果如下图所示：

爆破前探测发现孤石 爆破后孤石破碎效果

4.4 地层加固注浆施工

为确保安全，在爆破处理后对隧道周边松动围岩采用注浆方式充填加固，以提高盾构在掘进时周边围岩密实度和自稳力。注浆方式一般选择袖阀管注浆的方式，注浆浆液一般选用水泥-水玻璃双液浆加固地层。注浆加固范围主要是对加固深度从地面至隧道结构底板下1m，加固宽度隧道中线左右开挖轮廓线外各1m范围全部进行注浆加固。

5 结语

在地铁隧道施工作业过程中，极易遇到孤石等不良地质条件，导致盾构施工作业无法顺利的推进。因此，在地铁隧道施工作业过程中，应该做好故事的他探测分析，针对孤石的体积、风化程度等详细参数，合理的确定破碎方案，确保盾构施工作业的顺利，提高地铁隧道盾构施工作业效率。

参考文献

[1] 张新金，刘维宁，路美丽，刘卫丰，许世伟，李海

锋.盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站技术的

结构方案初步研究[J].现代隧道技术，2009，

（6）.

[2] 谢状.花岗岩球状风化体地段地铁盾构施工风险分

析与控制[D].中南大学，2010.endprint

摘要：文章针对地铁隧道盾构施工作业中的孤石问题，首先分析了孤石对于盾构法施工作业的影响，进而以龙洞站～柯木塱站地铁区间盾构施工为例，详细介绍了孤石的探测以及施工处理技术，可以为相关工程施工作业的开展提供合理的技术方案支持。

关键词：孤石探测；地铁盾构；爆破技术

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）06-0146-02

在地铁隧道工程施工过程中，经常会遇到球状风化体，也就是孤石，属于岩体风化过程中所特有的地质现象。在采用盾构法进行隧道掘进施工作业的项目中，由于孤石的形状以及强度不一，盾构机难以将孤石破碎，不仅会造成掘进的困难，而且会造成盾构机刀具的严重磨损，同时对施工作业区域的地层也会造成扰动，影响隧道工程施工安全性以及施工进度。因此，必须针对隧道盾构施工中的孤石进行探测，同时采取合理的措施对孤石进行破碎处理，以确保盾构施工作业的顺利进行。

1 孤石对盾构施工作业的影响以及处理原则

（1）孤石对于盾构掘进的影响。由于孤石一般位于砂层及残积土层中，孤石难以固定，地层也不能产生足够的破碎反力，在掘进过程中孤石就会随着土体的破坏而移动或被刀具弹开，或者是在刀盘前面循环，挡在刀盘前面并损坏刀具。如果孤石处在盾构的外侧，可能会挤压盾构使其偏离方向，特别是如果盾构机的一侧是孤石，另一侧是软弱土层，极易造成隧道轴线的偏斜。

（2）盾构掘进中孤石的处理方案。对于孤石的处理，应当首先选择在地面处理的方式进行处理，地面处理条件不具备时再考虑洞内处理。对已探明基岩突起及孤石采用地面处理方案时，应该采用地面跟管钻机及地质钻机垂直打孔装入炸药爆破破碎隧道断面范围内的孤石，将孤石爆破破碎为块径小于30cm的块体。

2 工程项目实例概况

龙洞站～柯木塱站区间西起省农林职业技术学校处的龙洞站，基本沿广汕一路向东行进到柯木塱小学处的柯木塱站，途经广汕路热带植物所人行天桥，跨广汕一路高架桥。柯木塱站～高塘石站盾构区间起于柯木塱站，东至高塘石公园，线路基本沿广汕二路向东行进，两侧主要为临街商铺、厂房、民居等。在前期地质勘察中，发现施工段盾构隧道内存在孤石群，为保证盾构机能安全顺利通过，需要对孤石群进行预先爆破破碎

处理。

3 孤石的探测

在本项目中根据地质详堪资料，由于盾构区间存在孤石发育现象，为详细了解区间的孤石发育情况，采取以下两种措施对孤石进行探测：

（1）根据地质详细勘测资料组织地质补勘工作，沿隧道方向10m间距进行钻孔补勘，对于地质资料揭示的孤石发育地段，进行加密钻孔，加密钻孔沿隧道方向间距3m，每个隧道断面2个钻孔进行探测。

（2）对于由于地面房屋、交通、征地等原因不能加密钻孔时，则采用跨孔CT法进行初勘，CT钻孔间距10～20m。

通过两种探测方式相结合，准确的掌握孤石的位置以及体积等一系列的情况，为施工方案的制定提供准确的依据。

4 孤石处理方案

4.1 爆破施工技术准备工作

（1）爆破参数的确定。爆破参数主要是对炸药单耗、孔网参数以及孔网结构等参数进行确定。炸药单耗计算公式如下所示：q=k·q0；公式中：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（与岩性、埋深及周边介质有关的系数），一般取值1.0～2.0。

对于装药结构，则是根据岩体的厚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调整。

（2）布孔形式、起爆顺序及装药结构的确定。在项目施工中由于孤石埋深较深，体积和厚度不等，为了便于施工及爆破破碎效果，炮孔间孔距、排距均按0.5m控制。爆破顺序为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。装药结构应该根据孤石的厚度确定。

4.2 钻孔施工

由于工程需要爆破处理的岩石位于地表以下约20m的位置，结合工程的特殊性以及现有的机械设备和技术力量，采用跟管钻机及地质钻机进行钻孔（如存在填石层情况，需采用跟管钻机引孔，穿越填石层，地质钻机在跟管钻机的套管内继续往下钻孔），跟管钻机也可直接成孔。对于钻孔直径的确定，土层钻孔孔径、岩石钻孔孔径均为110mm，如跟管钻机引孔穿越填石层，则孔径应大于110mm，确保地质钻机在跟管钻机套管内能继续往下钻，成孔后下直径90mm的PVC套管。钻孔形式一般选择垂直钻孔形式，以便于准确控制钻孔方向。

4.3 孤石爆破作业

（1）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。

（2）起爆网路设计。药包装在特制的PVC管体内，该起爆体须具有较好的防水性能。炮孔采用正向装药起爆，起爆雷管选用两发瞬发电雷管，且分别属于两个非电起爆网路，两套网路并联后起爆。

（3）爆破安全距离计算。由于项目两侧主要为临街商铺、厂房、民居，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震动速度为3.0～5.0cm/s。为了保证爆破震动不影响周围建筑物的安全及居民生活，按2.0cm/s以下进行装药设计施工。经计算，各种距离条件下的最大一段装药量如下表所示：

各种距离条件下的最大一段装药量列表如下（v≤2.0cm/s）

爆破中心至建筑物距离m 20 30 40 50

最大一段装药量Q 2.44 8.23 19.52 38.12

（4）安全防护措施。地下深孔爆破不会有飞石产生，只有在爆破后产生的高压气体会将炮孔内的泥浆压出孔外，为了防止涌出的泥浆飞溅，爆破作业时，采取沙包+铁板的联合防护体系。

（5）爆破质量检验。基岩处理后的爆破质量通过地质钻机钻孔取芯进行验证，以抽取出的完整岩芯单向长度≤30cm为合格。隧道纵向每5延长米抽检一个孔，验证抽芯孔应在爆破处理范围内随机指定。如果抽检区域不合格，则补孔进行二次爆破。在本项目中，通过对爆破区域前后钻孔取芯检查，发现爆破效果非常明显，孤石已经得到彻底破碎，爆破前后同一区域取芯结果如下图所示：

爆破前探测发现孤石 爆破后孤石破碎效果

4.4 地层加固注浆施工

为确保安全，在爆破处理后对隧道周边松动围岩采用注浆方式充填加固，以提高盾构在掘进时周边围岩密实度和自稳力。注浆方式一般选择袖阀管注浆的方式，注浆浆液一般选用水泥-水玻璃双液浆加固地层。注浆加固范围主要是对加固深度从地面至隧道结构底板下1m，加固宽度隧道中线左右开挖轮廓线外各1m范围全部进行注浆加固。

5 结语

在地铁隧道施工作业过程中，极易遇到孤石等不良地质条件，导致盾构施工作业无法顺利的推进。因此，在地铁隧道施工作业过程中，应该做好故事的他探测分析，针对孤石的体积、风化程度等详细参数，合理的确定破碎方案，确保盾构施工作业的顺利，提高地铁隧道盾构施工作业效率。

参考文献

[1] 张新金，刘维宁，路美丽，刘卫丰，许世伟，李海

锋.盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站技术的

结构方案初步研究[J].现代隧道技术，2009，

（6）.

[2] 谢状.花岗岩球状风化体地段地铁盾构施工风险分

析与控制[D].中南大学，2010.endprint