黎壽
摘要:據(jù)統(tǒng)計(jì),盾構(gòu)隧道工程施工中大約40%的施工風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源于地質(zhì)條件。廣州東部是花崗巖球狀殘留體的發(fā)育地區(qū)。在花崗巖球狀殘留體地段進(jìn)行盾構(gòu)施工,存在重大安全風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。詳細(xì)、可靠的地質(zhì)水文資料是盾構(gòu)工程成功的基本條件,直接決定了工程的成敗。因此,如何快速準(zhǔn)確可靠地掌握花崗巖球狀殘留體的地下分布特征是該不良地層盾構(gòu)施工的關(guān)鍵因素和急需解決的課題。針對(duì)該難題,本文結(jié)合廣州地鐵六號(hào)線二期工程某標(biāo)段的工程實(shí)例,闡述地下花崗巖球狀殘留體勘探技術(shù),以指導(dǎo)類似施工。
關(guān)鍵詞:花崗巖球狀殘留體、地質(zhì)鉆探、重大安全風(fēng)險(xiǎn)
1 前言
廣州東部是花崗巖球狀殘留體的發(fā)育地區(qū),由于城市建設(shè)需要,廣州地鐵線路的規(guī)劃也不可避免地需要穿越花崗巖球狀殘留體區(qū)域?;◢弾r球狀殘留體由于其風(fēng)化程度明顯區(qū)別于周圍巖土體而以孤立塊體的形式存在,因此在習(xí)慣上常被稱為“孤石”。由于花崗巖球狀殘留體的存在會(huì)造成風(fēng)化程度等級(jí)的突變,因此往往給工程勘探、施工、設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性評(píng)估造成不良影響。[1]花崗巖球狀殘留體的存在對(duì)地下工程尤其是盾構(gòu)隧道工程施工影響極大,盾構(gòu)機(jī)在通過(guò)花崗巖球狀殘留體地段時(shí),刀盤受到較大的瞬間荷載的沖擊,這除了大大降低生產(chǎn)進(jìn)度外,還會(huì)對(duì)刀盤和刀具造成破壞性的影響,存在重大設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。花崗巖球狀殘留體主要分布在強(qiáng)風(fēng)化帶或殘積土層中,這類土層有遇水軟化、易崩塌的特性,盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間擾動(dòng)容易造成超挖,引起地面產(chǎn)生大的沉降,存在重大安全風(fēng)險(xiǎn)。[2]
由于花崗巖球狀殘留體分布并無(wú)規(guī)律,很難判斷花崗巖球狀殘留體數(shù)量及尺寸。因此,在盾構(gòu)隧道工程的施工階段,必須對(duì)花崗巖球狀殘留體有一個(gè)全面具體的調(diào)查和勘探研究,了解其分布形式、分布位置、個(gè)體大小等分布特征。還要提取巖芯樣品,進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)或進(jìn)行原位測(cè)試以獲取相應(yīng)施工參數(shù)。
2 工程概況
2.1項(xiàng)目簡(jiǎn)況
廣州市軌道交通六號(hào)線二期工程【施工六標(biāo)】土建施工項(xiàng)目位于廣州市東部——蘿崗區(qū),線路主要沿開(kāi)創(chuàng)大道行進(jìn),西起于暹崗站東端頭,沿開(kāi)創(chuàng)大道向東,逐漸轉(zhuǎn)至路北穿越蘿崗站后,繼續(xù)沿開(kāi)創(chuàng)大道東行,下穿北二環(huán)(沈海高速)高架橋后,轉(zhuǎn)向開(kāi)創(chuàng)大道路南,下穿隔坡涌后再轉(zhuǎn)至開(kāi)創(chuàng)大道路中,最后進(jìn)入香雪站西端頭。
2.2 工程地質(zhì)情況
本標(biāo)段盾構(gòu)區(qū)間隧道埋深為15~24m。隧道穿越的地層主要有<3-2>中粗砂層、<4N-2>粘土層、<5H-2>花崗巖殘積土層,局部穿越<6H>花崗巖全風(fēng)化層。其中<5H-2>花崗巖殘積土在水平方向上分布廣泛,在垂直方向上分布嚴(yán)重不均。
根據(jù)詳勘資料,本標(biāo)段共有23個(gè)鉆孔揭露了花崗巖球狀殘留體。其中花崗巖球狀殘留體位于隧道范圍內(nèi)的鉆孔有3個(gè)。暹蘿區(qū)間10個(gè)鉆孔揭露花崗巖球狀殘留體,其位置基本集中于暹蘿區(qū)間的3座山丘附近;其中揭露的1個(gè)花崗巖球狀殘留體位于隧道范圍內(nèi)。蘿香區(qū)間13個(gè)鉆孔揭露花崗巖球狀殘留體,其位置相對(duì)集中在蘿香區(qū)間的1座山丘附近,其中揭露的7個(gè)花崗巖球狀殘留體位于隧道范圍內(nèi)。
3 地下花崗巖球狀殘留體勘探技術(shù)方案
3.1 勘探方式
考慮到要為下一步確定施工參數(shù)提供數(shù)據(jù)支持,且地質(zhì)鉆探方式的工程成本較低,采用地質(zhì)鉆探取芯的方式。
3.2 布孔原則與方法
一、布孔原則
(1)詳勘中已揭露花崗巖球狀殘留體在隧道洞身范圍內(nèi)的鉆孔附近隧道線路出現(xiàn)花崗巖球狀殘留體的幾率最大,因此將之作為補(bǔ)充鉆探的重點(diǎn)區(qū)域來(lái)考慮;
(2)詳勘中已揭露花崗巖球狀殘留體的鉆孔相對(duì)集中的地段,一般為山丘附近的地段,因此也將之作為補(bǔ)充鉆探的重點(diǎn)區(qū)域來(lái)考慮;
二、布孔方法
(1) 花崗巖球狀殘留體出現(xiàn)可能性最大區(qū)域:采用三級(jí)加密的布孔方式,第一級(jí)布孔間距為7.5米;根據(jù)第一級(jí)鉆孔的實(shí)際情況判斷,如孔間出現(xiàn)花崗巖球狀殘留體的機(jī)率很大,則在第一級(jí)布孔的每?jī)煽组g增加一個(gè)鉆探孔,使臨近兩孔的孔距不超過(guò)5米;根據(jù)第一、第二級(jí)鉆孔的實(shí)際情況判斷,如孔間出現(xiàn)花崗巖球狀殘留體的機(jī)率仍然很大,則將孔距增密到2.5米/個(gè);在第二或第三級(jí)加密鉆孔前,如判斷孔間出現(xiàn)花崗巖球狀殘留體的機(jī)率不大或盾構(gòu)機(jī)足以應(yīng)付風(fēng)險(xiǎn),則終止加密鉆孔。
(2)花崗巖球狀殘留體出現(xiàn)可能性很大的區(qū)域:暫定兩級(jí)加密的布孔方式,第一級(jí)布孔間距為10米;根據(jù)第一鉆孔的實(shí)際情況判斷,如孔間出現(xiàn)花崗巖球狀殘留體的機(jī)率仍然很大,則將孔距增密到5米/個(gè);在第二級(jí)加密鉆孔前,如判斷孔間出現(xiàn)花崗巖球狀殘留體的機(jī)率不大或盾構(gòu)機(jī)足以應(yīng)付風(fēng)險(xiǎn),則終止加密鉆孔。
3.3 鉆探測(cè)到花崗巖球狀殘留體后的周邊加密鉆孔
一、探測(cè)花崗巖球狀殘留體的形狀和大小
鉆探時(shí)如果發(fā)現(xiàn)隧道洞身范圍內(nèi)存在花崗巖球狀殘留體,則需測(cè)清楚花崗巖球狀殘留體形狀和位置。由于花崗巖球狀殘留體一般為圓形,其寬度和厚度相差不大,并考慮到盡量使鉆孔在處理花崗巖球狀殘留體時(shí)可重復(fù)利用以降低成本所以探測(cè)花崗巖球狀殘留體的形狀和位置時(shí)按以下程序布孔:
(1)以探到花崗巖球狀殘留體的點(diǎn)為中心點(diǎn)向外布置鉆孔圈,每圈等距布置4個(gè)鉆孔;
(2)第一圈以花崗巖球狀殘留體厚度的1/2為半徑以中心點(diǎn)向外布置;
(3)如第一圈鉆孔還不能找到花崗巖球狀殘留體的邊界,則距第一圈圓周向外0.4米布置第二圈鉆孔;
(4)如第二圈鉆孔還不能找到花崗巖球狀殘留體的邊界,則距第一圈圓周向外0.4米布置第三圈鉆孔;
(5)依次類推,直到找到花崗巖球狀殘留體邊界為主。
二、花崗巖球狀殘留體的周邊加密探測(cè)鉆孔
探測(cè)到某地段存在花崗巖球狀殘留體后,以隧道外邊線為邊界,在其周圍布置加密鉆孔,以探清楚其周邊是否還存在花崗巖球狀殘留體:
(1)第一圈鉆孔以花崗巖球狀殘留體邊界向外1.5米布置;
(2)第二圈鉆孔以第一圈圓周向外2.5米布置;
(3)第三圈鉆孔以第二圈圓周向外5米布置。
3.4 鉆探孔的深度
鉆探孔均應(yīng)鉆至隧道底部外輪廓線,并貫穿整個(gè)花崗巖球狀殘留體。
4 鉆探效果分析
本標(biāo)段蘿香區(qū)間共完成鉆孔350個(gè),揭露花崗巖球狀殘留體共115個(gè)。根據(jù)花崗巖球狀殘留體勘探地質(zhì)報(bào)告,結(jié)合對(duì)巖芯的分析然后對(duì)這些鉆孔花崗巖球狀殘留體的分布特征進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析,研究花崗巖球狀殘留體的地下分布規(guī)律。[3]
(1)根據(jù)本標(biāo)段蘿香區(qū)間的實(shí)際施工情況, 蘿香區(qū)間盾構(gòu)施工實(shí)際遇到花崗巖球狀殘留體共141個(gè),花崗巖球狀殘留體勘探揭示率(揭示出來(lái)的花崗巖球狀殘留體數(shù)量占盾構(gòu)施工實(shí)際遇到數(shù)量的比率)為81.6%,效果較為理想。對(duì)于花崗巖球狀殘留體發(fā)育密集的區(qū)域,揭示效果很好,然而對(duì)于單個(gè)花崗巖球狀殘留體,揭示率效果不大理想。
(2)花崗巖球狀殘留體發(fā)育密集區(qū)多為靠近山丘附近的殘積土中,一般地層線變化比較劇烈處容易發(fā)育花崗巖球狀殘留體,地層線平緩的地方花崗巖球狀殘留體出現(xiàn)幾率不大。
(3)花崗巖球狀殘留體大小主要集中在0~5m ,且此大小范圍的花崗巖球狀殘留體主要分布在殘積土中,球徑大于5m的花崗巖球狀殘留體主要分布在全~強(qiáng)風(fēng)化帶中。
5 結(jié)語(yǔ)
本文采用地質(zhì)鉆探取芯的方法對(duì)地下花崗巖球狀殘留體的分布規(guī)律、發(fā)育情況、賦存特征和地質(zhì)特征進(jìn)行了分析和探討,在實(shí)際應(yīng)用中取得了較為理想的效果。由于地下花崗巖球狀殘留體發(fā)育具有較大的離散性,在宏觀層面上,鉆探結(jié)果不能完全揭示花崗巖球狀殘留體的特征。對(duì)花崗巖球狀殘留體的分布規(guī)律未能從其形成機(jī)理的角度進(jìn)行深入分析,這是在今后的工作中需要進(jìn)一步研究的地方。
參考文獻(xiàn)
[1] 李建強(qiáng),馮濤,何平;花崗巖球狀風(fēng)化綜合勘察技術(shù)研究;鐵道建筑; 2008年10期
[2] 張良輝;廣州復(fù)合地層中盾構(gòu)施工技術(shù)難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施[J];施工技術(shù);2005年06期