黎寿

摘要：据统计，盾构隧道工程施工中大约40%的施工风险来源于地质条件。广州东部是花岗岩球状残留体的发育地区。在花岗岩球状残留体地段进行盾构施工，存在重大安全风险和设备风险。详细、可靠的地质水文资料是盾构工程成功的基本条件，直接决定了工程的成败。因此，如何快速准确可靠地掌握花岗岩球状残留体的地下分布特征是该不良地层盾构施工的关键因素和急需解决的课题。针对该难题，本文结合广州地铁六号线二期工程某标段的工程实例，阐述地下花岗岩球状残留体勘探技术，以指导类似施工。

关键词：花岗岩球状残留体、地质钻探、重大安全风险

1 前言

广州东部是花岗岩球状残留体的发育地区，由于城市建设需要，广州地铁线路的规划也不可避免地需要穿越花岗岩球状残留体区域。花岗岩球状残留体由于其风化程度明显区别于周围岩土体而以孤立块体的形式存在，因此在习惯上常被称为“孤石”。由于花岗岩球状残留体的存在会造成风化程度等级的突变，因此往往给工程勘探、施工、设计和稳定性评估造成不良影响。[1]花岗岩球状残留体的存在对地下工程尤其是盾构隧道工程施工影响极大，盾构机在通过花岗岩球状残留体地段时，刀盘受到较大的瞬间荷载的冲击，这除了大大降低生产进度外，还会对刀盘和刀具造成破坏性的影响，存在重大设备风险。花岗岩球状残留体主要分布在强风化带或残积土层中，这类土层有遇水软化、易崩塌的特性，盾构机长时间扰动容易造成超挖，引起地面产生大的沉降，存在重大安全风险。[2]

由于花岗岩球状残留体分布并无规律，很难判断花岗岩球状残留体数量及尺寸。因此，在盾构隧道工程的施工阶段，必须对花岗岩球状残留体有一个全面具体的调查和勘探研究，了解其分布形式、分布位置、个体大小等分布特征。还要提取岩芯样品，进行室内物理力学试验或进行原位测试以获取相应施工参数。

2 工程概况

2.1项目简况

广州市轨道交通六号线二期工程【施工六标】土建施工项目位于广州市东部——萝岗区，线路主要沿开创大道行进，西起于暹岗站东端头，沿开创大道向东，逐渐转至路北穿越萝岗站后，继续沿开创大道东行，下穿北二环（沈海高速）高架桥后，转向开创大道路南，下穿隔坡涌后再转至开创大道路中，最后进入香雪站西端头。

2.2 工程地质情况

本标段盾构区间隧道埋深为15～24m。隧道穿越的地层主要有<3-2>中粗砂层、<4N-2>粘土层、<5H-2>花岗岩残积土层，局部穿越<6H>花岗岩全风化层。其中<5H-2>花岗岩残积土在水平方向上分布广泛，在垂直方向上分布严重不均。

根据详勘资料，本标段共有23个钻孔揭露了花岗岩球状残留体。其中花岗岩球状残留体位于隧道范围内的钻孔有3个。暹萝区间10个钻孔揭露花岗岩球状残留体，其位置基本集中于暹萝区间的3座山丘附近；其中揭露的1个花岗岩球状残留体位于隧道范围内。萝香区间13个钻孔揭露花岗岩球状残留体，其位置相对集中在萝香区间的1座山丘附近，其中揭露的7个花岗岩球状残留体位于隧道范围内。

3 地下花岗岩球状残留体勘探技术方案

3.1 勘探方式

考虑到要为下一步确定施工参数提供数据支持，且地质钻探方式的工程成本较低，采用地质钻探取芯的方式。

3.2 布孔原则与方法

一、布孔原则

（1）详勘中已揭露花岗岩球状残留体在隧道洞身范围内的钻孔附近隧道线路出现花岗岩球状残留体的几率最大，因此将之作为补充钻探的重点区域来考虑；

（2）详勘中已揭露花岗岩球状残留体的钻孔相对集中的地段，一般为山丘附近的地段，因此也将之作为补充钻探的重点区域来考虑；

二、布孔方法

（1） 花岗岩球状残留体出现可能性最大区域：采用三级加密的布孔方式，第一级布孔间距为7.5米；根据第一级钻孔的实际情况判断，如孔间出现花岗岩球状残留体的机率很大，则在第一级布孔的每两孔间增加一个钻探孔，使临近两孔的孔距不超过5米；根据第一、第二级钻孔的实际情况判断，如孔间出现花岗岩球状残留体的机率仍然很大，则将孔距增密到2.5米/个；在第二或第三级加密钻孔前，如判断孔间出现花岗岩球状残留体的机率不大或盾构机足以应付风险，则终止加密钻孔。

（2）花岗岩球状残留体出现可能性很大的区域：暂定两级加密的布孔方式，第一级布孔间距为10米；根据第一钻孔的实际情况判断，如孔间出现花岗岩球状残留体的机率仍然很大，则将孔距增密到5米/个；在第二级加密钻孔前，如判断孔间出现花岗岩球状残留体的机率不大或盾构机足以应付风险，则终止加密钻孔。

3.3 钻探测到花岗岩球状残留体后的周边加密钻孔

一、探测花岗岩球状残留体的形状和大小

钻探时如果发现隧道洞身范围内存在花岗岩球状残留体，则需测清楚花岗岩球状残留体形状和位置。由于花岗岩球状残留体一般为圆形，其宽度和厚度相差不大，并考虑到尽量使钻孔在处理花岗岩球状残留体时可重复利用以降低成本所以探测花岗岩球状残留体的形状和位置时按以下程序布孔：

（1）以探到花岗岩球状残留体的点为中心点向外布置钻孔圈，每圈等距布置4个钻孔；

（2）第一圈以花岗岩球状残留体厚度的1/2为半径以中心点向外布置；

（3）如第一圈钻孔还不能找到花岗岩球状残留体的边界，则距第一圈圆周向外0.4米布置第二圈钻孔；

（4）如第二圈钻孔还不能找到花岗岩球状残留体的边界，则距第一圈圆周向外0.4米布置第三圈钻孔；

（5）依次类推，直到找到花岗岩球状残留体边界为主。

二、花岗岩球状残留体的周边加密探测钻孔

探测到某地段存在花岗岩球状残留体后，以隧道外边线为边界，在其周围布置加密钻孔，以探清楚其周边是否还存在花岗岩球状残留体：

（1）第一圈钻孔以花岗岩球状残留体边界向外1.5米布置；

（2）第二圈钻孔以第一圈圆周向外2.5米布置；

（3）第三圈钻孔以第二圈圆周向外5米布置。

3.4 钻探孔的深度

钻探孔均应钻至隧道底部外轮廓线，并贯穿整个花岗岩球状残留体。

4 钻探效果分析

本标段萝香区间共完成钻孔350个，揭露花岗岩球状残留体共115个。根据花岗岩球状残留体勘探地质报告，结合对岩芯的分析然后对这些钻孔花岗岩球状残留体的分布特征进行数理统计分析，研究花岗岩球状残留体的地下分布规律。[3]

（1）根据本标段萝香区间的实际施工情况， 萝香区间盾构施工实际遇到花岗岩球状残留体共141个，花岗岩球状残留体勘探揭示率（揭示出来的花岗岩球状残留体数量占盾构施工实际遇到数量的比率）为81.6%，效果较为理想。对于花岗岩球状残留体发育密集的区域，揭示效果很好，然而对于单个花岗岩球状残留体，揭示率效果不大理想。

（2）花岗岩球状残留体发育密集区多为靠近山丘附近的残积土中，一般地层线变化比较剧烈处容易发育花岗岩球状残留体，地层线平缓的地方花岗岩球状残留体出现几率不大。

（3）花岗岩球状残留体大小主要集中在0～5m ，且此大小范围的花岗岩球状残留体主要分布在残积土中，球径大于5m的花岗岩球状残留体主要分布在全～强风化带中。

5 结语

本文采用地质钻探取芯的方法对地下花岗岩球状残留体的分布规律、发育情况、赋存特征和地质特征进行了分析和探讨，在实际应用中取得了较为理想的效果。由于地下花岗岩球状残留体发育具有较大的离散性，在宏觀层面上，钻探结果不能完全揭示花岗岩球状残留体的特征。对花岗岩球状残留体的分布规律未能从其形成机理的角度进行深入分析，这是在今后的工作中需要进一步研究的地方。

参考文献

[1] 李建强，冯涛，何平；花岗岩球状风化综合勘察技术研究；铁道建筑； 2008年10期

[2] 张良辉；广州复合地层中盾构施工技术难点及应对措施[J]；施工技术；2005年06期