盾构机过孤石处置措施

1.孤石的分类

孤石从工程角度出发，可认为是由某种地质作用形成在地下工程结构的施工范围内存在。同周边地质差异性显著，并具有不可忽略的尺寸，能够显著影响既定工法的一类地质体。孤石大致可分为三类：

（1）残积岩层中的球状微分化岩块，形成机理暂时不明，强度大、离散性高、同所处的地层差异性大。埋深与所处的底层相关，多在10~20m范围微风化基岩层面以上。

（2）沉积地层内的孤石，多有冲积或洪积形成。属于地质演变过程中的偶然事件，具有很强的离散性、强度高、同所处的地层具有很大的差异性。埋深与所处的沉积地层有关，无明显地域特征，类似砂卵石地层中或有存在。

（3）人工填石多由人工活动形成，所处位置通过资料可以确定其位置。埋深可以依据填土埋深来确定，强度同周边地质相比差异性极大。表现出不同于自然地层形成的特质。

2.孤石的处理措施

2.1勘察措施

2.1.1  根据拟建线路的工程地质状况来判断孤石的可能类型，参考沿线其他暴露的工程地质情况，对孤石揭露区加强勘测。在规定的密度上钻孔密度加大至10~20m每个，必要时进行补充勘察。勘察时应查阅相关的工程资料，采取点面结合的方式进行勘察。勘察孔采用纯勘探孔，以确定孤石位置。要确定孤石与所处地层的差异性和离散性亦可采取地球物理勘探技术来确定孤石位置。一旦孤石位置确定后，进一步确定孤石的大小、工程性质、周边的地质情况，并评估孤石的处理办法。

2.2盾构的选型

通过确定的孤石大小、所处地层类型、离散性、所处地层的密实度、在底层中是否易镶嵌来选择盾构机的类型（泥水或土压）；刀盘的形式（面板式、辐条式、复合式），刀盘开口率的大小，是否在土舱内增加破除装置（破碎锤或破碎夹具）

3.针对性工程措施

3.1孤石预处理措施

如果是预先处理孤石，应依据场地条件、工程地质、水文地质环境、周边环境要求、工程造价进行施工工艺选择，尤其需要考虑周边地下水对竖井、人工挖孔的造价和施工难度影响。

3.1.1竖井开挖排除

适用于场地平整、施工范围大、便于土方外运、对施工噪音要求低的场所。对所有地层均使用，在孤石群或粒径3米以上的孤石处理中经济性最好。开挖过程中需对竖井进行支护，可直接将孤石从竖井内取出，完工后回填竖井。地下承压水对此工法造价影响大。

3.1.2人工挖孔桩排除孤石

适用于在施工范围内较为分散且单一粒径在2米以内的孤石，与竖井开挖类似。可做到随时开挖随时支护，能够有效保证土体的稳定性。对于地下水一下的粉细砂层人工挖孔时，必须采取超前注浆、超前支护等处理措施。

3.1.3地面钻孔胀爆处理

适用于地下水压加大、明确孤石准确位置的地层中，由地面打眼至孤石位置。采用冲击钻机冲击成孔的方式进行，在孤石上成孔时，冲击钻机采用高低冲程交替冲击的方法，将孤石碎块通过护壁泥浆带出。完成后将炸药或膨胀剂放入孤石内破除孤石，此方法适用于地面平整、能够架设冲击钻机、能进行泥浆处理的场地。

3.2盾构掘进中孤石处理措施

盾构掘进过程中遇到孤石时，会加大刀具的磨损、加大对底层的扰动和地面沉降。严重时可能会引起地表隆起、坍塌等事故，在掘进中的处理方法如下：

3.2.1盾构直接破除技术

适用于孤石强度小且集中分布时，采用袖阀管注浆加固孤石所在地层。然后刀盘到此位置是开仓换刀，直接通过。加固断面的范围：沿掘进方向6米、隧道两侧向外各2米、隧道顶部5米处至隧底。在注浆加固良好的情况下，采用合理的掘进参数可保证盾构顺利通过。

3.2.2开舱辅助处置

适用于地下水较小且地层自稳性好的地层；根据地质情况选择常压或带压进仓处理。施工步骤为降水~开仓前准备~检查土仓情况~开仓处理孤石（钻爆、胀裂、人工取出）~是否需要更换刀具。开仓处理孤石过程中必须加强监测，对监测数据进行评估，判断施工是否安全能否继续。施工风险高必须提前做好应急准备措施。

3.2.3新型设备处置技术

     采用最新型的桩工机械设备，此设备采用高强度、大刚度的套管钻进，可以直接破开切除单轴抗压强度为127~206MP的岩石和巨砾石。对于套管内的孤石可用机具夹出或落锤破碎，在砂砾、软岩层中最大深度可达62米，垂直精度可达1/500；施工完成后回填孔洞即可，此种方法适应性强、占地适中，但施工机械费用高。

在地下盾构施工中遇到的问题较为复杂多样，在考虑处理方案时，应整体考虑孤石的分类和具体情况，加强前期地质勘查，有针对性的盾构选型提高盾构机对孤石的适应性。尽可能在盾构到达前预处理孤石，提高盾构机直接破石的能力。避免开挖竖井、人工挖孔、胀爆等处理措施，在处理是选择最安全、工期成本和经济成本最低的处理方案。