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孤石探测及处理方案

东莞市快速轨道交通R2线土建工程2307标

盾构区间孤石探测及处理专题会

汇报资料

中铁隧道集团有限公司

东莞市快速轨道交通R2线2307标项目部

2012年6月8日

东莞市城市快速轨道交通R2线2307标拟投入2台海瑞克盾构机承担西平站～蛤地站区间隧道掘进施工，根据勘察单位提供的地质资料，本标段盾构区间存在中、微风化球状风化体及基岩突起情况。

为确保盾构掘进施工顺利进行，我部采取了超高密度电法、地质雷达、钻探等方法进行孤石分布情况及孤石大小探查，以期采取“爆破法”将岩石破碎、分割、解体成盾构可排除程度。

现将西~蛤区间孤石探测及处理情况汇报如下：

一、工程概况

1标段位置及范围

东莞市快速轨道交通R2线2307标段位于东莞市南城区，线路自东莞大道与西平二路口的西平站，沿东莞大道从东北往西南方向前进，过西平三路口、穿环城路高架桥、宏北路口后到达东莞大道与宏三路口的蛤地站。

标段具体位置详见下图1所示。

图1标段工程位置图

标段工程全长2496.808m，由一站一区间（西平站、西平站～蛤地站区间）组成。

西平站长234m，采用明挖顺作法施工，区间长2262.808m，采用盾构法施工，对中间硬岩段（左线232.976m、右线222.976）则采用矿山法开挖，盾构空载推进衬砌。

设风机房兼矿山法施工竖井1座、联络通道兼废水泵房1处、单独联络通道2处。

标段工程范围见图2所示。

图2标段工程范围图

2盾构区间隧道设计概况

西～蛤区间出西平站沿东莞大道向东南方向前进，进入蛤地站。

左线起讫里程ZDK17+869.892～ZDK20+163.400，全长2293.508m，（其中ZDK19+417.0～ZDK19+650.0为矿山法施工段，长233.0m）；右线YDK17+869.892～YDK20+132.700，全长2262.808m，（其中YDK19+370.0～YDK19+630.0为矿山法施工段，长222.0m）。

区间线路纵断面为V形坡，最大坡度9.5‰，隧道顶覆土10～16m，最小曲线半径1200m。

区间隧道设计为双线圆形，隧道内径5400mm，外径为6000mm，采用C50P12预制钢筋混凝土管片衬砌。

区间在YDK19+395.0~YDK19+413.4设置中间风机房兼矿山法施工竖井。

其结构为地下三层双柱三跨钢筋混凝土结构，采用明挖法施工。

中间风井基坑长18.4m，宽26.6m，深21.9m。

矿山法段区间隧道采用矿山法开挖初支＋盾构管片拼装的施工形式：

由以锚杆、钢筋网、钢架及喷射混凝土组合而成的外层初期支护和C50P12预制钢筋混凝土管片内层二次衬砌组成的复合式衬砌结构。

3工程地质与水文地质

⑴工程地质条件

本工程地貌属冲洪积平原地貌，为水泥路面、绿化带，场地西南略高，东北略低，地面标高10.78～24.20m。

根据补勘地质资料分析，本场地内上覆地层主要为第四系全新统人工填筑土（Q4ml），全新统冲洪积（Q4al+pl）粉质粘土、砂土，第四系残积（Qel）砂质粘性土，下伏基岩为燕山期花岗闪长岩，震旦系大绀山组（Zd）混合片麻岩。

根据地质详勘报告分析，西～蛤区间隧道洞身主要穿越<6-6>砂质粘性土层、<10-1>全风化混合片麻岩层、<10-2>强风化混合片麻岩层、部分穿越<6-5>可塑状砂质粘性土，局部基岩突起为<10-4>微风化混合片麻岩层，侵入洞身范围相对较少。

穿越地层比例详见下图3、4所示：

图3详勘右线区间隧道盾构穿越地层饼分图

图4详勘左线区间隧道盾构穿越地层饼分图

区间隧道顶板地层主要为：

<6-5>可塑状砂质粘性土层、<6-6>硬塑状砂质粘性土层，局部为<10-1>全风化混合片麻岩层，零星分布有<3-9>粉细砂层、<3-11>中粗砂层。

区间隧道结构底板地层主要为：

<10-2>强风化混合片麻岩层，部分为<6-5>可塑状砂质粘性土、<10-1>全风化混合片麻岩层，局部为<10-3>中风化混合片麻岩层、<10-4>微风化混合片麻岩层。

⑵水文地质条件

地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水。

第四系孔隙潜水主要赋存于冲洪积砂层及沿线砂（砾）质粘土层中。

地下水位埋深1.6～9.3m，以孔隙潜水为主。

人工填筑土层中存在上层滞水，残积土孔隙水含水层性质为砂质粘性土，透水性和富水性均较弱。

基岩裂隙水主要赋存在强、中风化岩层中，发育具非均一性。

区间范围内洪冲积层分布范围较广，砂层总体厚度为0.8~5.5m，成层状分布，富水性及透水性较强，含水量丰富；粉质粘土及砂质粘土富水性及透水性较差，为相对隔水层。

局部砂层与粘性土层交错分布，因此在区间范围内地下水局部具有微承压性，承压水头为2~6m。

区间主要岩层渗透性参数见表1所示。

表1主要岩土层的渗透系数统计表

层号

名称

渗透系数（m/d）

（m/s）

试验值

经验值

建议值

<1-1>

素填土

/

0.001~0.01

0.005

5.78E-08

<3-1>

软塑状粉质粘土

/

0.001~0.01

0.002

2.31E-08

<3-2>

可塑状粉质粘土

/

0.001~0.01

0.005

5.78E-08

<3-3>

硬塑状粉质粘土

/

0.001~0.01

0.005

5.78E-08

<3-7>

粉砂

/

1.0~5.0

4.0

4.63E-05

<3-9>

细砂

2.43~6.07

4.0

4.63E-05

<3-10>

中砂

11.56~12.56

10.0~30.0

10.0

1.15E-04

<3-11>

粗砂

15

1.73E-04

<6-5>

可塑状砂质粘性土

/

0.25~0.05

0.5

5.78E-06

<6-6>

砂质粘性土层

0.04

0.5

5.78E-06

<10-1>

全风化混合片麻岩层

0.04~0.07

0.5~1.0

0.75

8.68E-06

<10-2>

强风化混合片麻岩层

0.09~0.23

0.5~1.0

0.75

8.68E-06

<10-3>

中风化混合片麻岩层

/

1.0~5.0

2.0

2.31E-05

<10-4>

微风化混合片麻岩层

0.04~0.07

0.01~1.0

0.05

5.78E-07

4区间隧道施工环境

西平站~蛤地站区间线路除左线中间段约840m位于东莞大道主线下，其余段及右线均位于东莞大道西侧辅道和绿化带下。

东莞大道现状宽度90~150m，主路双向八车道，两侧辅路均为二车道，路面交通流量大，通过东莞大道进出施工场地较为便利。

沿线下穿西平过街通道、新基河箱涵、环城路东莞大道立交桥等建构筑物，东莞大道为东莞市主干道，地下管线密集，主要有雨水管、污水管、给水管、燃气管、电力管、电信管等。

根据设计提供的管线图纸并经现场调查，对区间隧道施工影响较大、需要特别关注的为东莞大道下沿隧道方向敷设的DN2200供水管、位于环城西路东莞大道立交桥段横跨隧道的DN610高压天然气管道，其余影响较小。

另外，区间隧道右线附近有浅基础、砖混结构的2~3层民房需注意，民房距隧道边最近距离为15m。

区间隧道下穿建构筑物情况详见表2及图5~10所示：

表2区间隧道下穿构筑物表

名称

对应里程

埋深m

与隧道净距m

结构（材质）

权属单位

西平过街通道

ZDK18+077

左线隧道斜上方

11.23

钢筋混

凝土

东莞市城

市管理局

新基河桥涵

ZDK18+300～305

7.71

11.75

环城路东莞

大道立交桥

ZDK19+136～190

上跨左右线隧道

水平4.9

DN610燃气管

ZDK19+200

上跨左右线隧道

9.5~11.38

3

PVC

燃气公司

DN2200给水管

沿隧道布设

4.73

6~11

PCCP

东莞市水务局

图5东莞大道现状图6西平过街通道

图7新基河桥涵图8环城立交桥

图9线路与民房位置图图10西平村民房

5施工工期要求

本标段工程计划于2010年12月18日开工，2013年3月31日工程竣工，总工期为835天。

按投标文件要求，投入2台海瑞克盾构机进行区间隧道的掘进，2308标蛤地站将在2011年10月30日提供我部盾构始发场地，2011年11月1日盾构机进场，2011年12月1日盾构始发，区间隧道最晚贯通时间为2012年12月30日。

根据最新调整后的节点工期，蛤地站将在2012年7月30日前提供右线盾构始发场地，9月1日始发。

8月30日提供左线始发场地，10月1日始发。

二、区间隧道孤石探测情况

1详勘孤石分布情况

本标段详勘单位中铁二院工程集团有限公司于2010年3月1日~4月3日完成西~蛤区间勘察工作，勘察采用地质测绘、钻孔、物探、试验等方法，共完成钻孔149个，总进尺4661.56m。

⑴测线布置原则

①布置在地下结构外缘3-5m处，沿隧道左右线结构外缘双侧布孔，钻孔间距25~35m，地质复杂段适当加密。

②钻孔须钻穿软土、粉细砂等软弱、松散地层，孔深一般不大于隧道底以下3.5倍洞径。

⑵孤石及基岩突起分布情况

详勘资料揭示区间隧道内在残积层、全风化岩中有球状风化体（孤石）发育，发育规律性差，详勘钻孔揭示的进入隧道内球状风化体左线有3处，右线有1处，其性质、大小及其分布情况见表3所示。

同时，局部有微风化岩层突起，进入隧道洞身的基岩突起分布情况见表4所示。

表3详勘勘球状风化体分布情况一览表

序号

球状风化体性质

钻孔编号

里程

距车站（m）

孔口标高（m）

埋深（m）

孤石直径（m）

抗压强度（Mpa）

地面条件

隧顶

岩体

一

右线

1

中风化混合片麻岩

M2-Z3-TXN-88

YDK19+286.7

1417

21.07

14.36

13.28

1.1

26

绿化带

微风化混合片麻岩

M2-Z3-TXN-88

YDK19+286.7

1417

21.07

14.36

15.3

1.6

51.2

绿化带

微风化混合片麻岩

M2-Z3-TXN-88

YDK19+286.7

1417

21.07

14.36

19.0

2.2

未做

绿化带

微风化混合片麻岩

M2-Z3-TXN-88

YDK19+286.7

1417

21.07

14.36

21.96

3.0

54.2

绿化带

二

左线

1

中风化混合片麻岩

M2-Z3-TXN-48

ZDK18+648.2

778.31

13.56

12.22

12.2

0.7

24.1

绿化带

2

微风化混合片麻岩

M2-Z3-TXN-87

ZDK19+288.3

1418.26

20.61

14.56

17.8

0.8

68.7

东莞大道

微风化混合片麻岩

M2-Z3-TXN-87

ZDK19+288.3

1418.26

20.61

14.56

20.8

0.8

74.8

绿化带

3

微风化混合片麻岩

M2-Z3-TXN-108

ZDK19+624.7

1755

23.13

12.24

17.2

2.0

67.4

绿化带

表4详勘基岩突起分布情况一览表

序号

球状风化体性质

钻孔编号

里程

距车站（m）

孔口标高（m）

埋深（m）

竖向范围（m）

抗压强度（Mpa）

地面条件

隧顶

岩体

一

右线

1

二

左线

1

微风化混合片麻岩

M2-Z3-TXN-16

ZDK18+104.8

235

11.6

10.86

15.7

1.2

51

绿化带

备注：

本次钻探所揭示的球状风化体直径仅限于钻孔范围内揭示的，隧道实际开挖过程中有可能遇到更大直径的球状风化体。

另外，由于详勘阶段钻孔间距及钻孔位于结构线外3~5m等原因，区间隧道施工过程中遇到球状风化体大小及位置有可能发生变化。

2超高密度电法探测情况

为了初步探明盾构区间隧道洞身穿越地层地质情况，为进一步补勘提供指导依据，我部于2011年9月4日~9月12日期间，请具有勘探资质和先进设备的广州地铁设计研究院有限公司采用超高密度直流电法对该段进行了物探。

本次物探完成总探测线路长度约为3.2km，测线沿隧道中线布置，中间有部分线路段因在道路交叉口或主道中央而未能测试。

左线共布置7条测线剖面，右线共布置了9条测线剖面，通过对各测线反演断面图分析得出物探成果如下表5所示：

表5区间隧道物探孤石分布表

序号

孔号

范围

物探结论

备注

一

左线

1

ZBK20

往北东方向约6m，深度约18m

孤石异常

2

ZBK43

西南约3m，埋深约为10m，

孤石异常

3

ZBK48～ZBK50

接近地表

浅部地物或管道影响，

4

ZBK55

往西南方向约14m，埋深约15m

孤石异常

5

ZBK57

往东北方向约2m，埋深约13m

孤石异常

6

ZBK58

西南约10m

孤石异常

7

ZBK60

往西南约16m

孤石异常

二

右线

1

YBK04

往西南方向约4m埋深约为15m，

孤石异常

2

YBK17

往西南约22m，埋深约20m

孤石异常

3

YBK0030

往西南约12m，埋深约为18m

孤石异常，规模小

4

YBK033

北东约6m，埋深约16m

孤石异常，规模小

5

YBK36~YBK42

埋深均较浅

浅部地质体或地物及管道

6

YBK43~YBK44

顶埋深较浅，但中心位置在盾构范围内

孤石异常

7

YBK45

向北东方向约12m

孤石异常

8

YBK49

往西南方向约20m，埋深约13m

备注：

电阻率剖面图中等值线梯度变化异常中心电阻率超过500

，可以初步推断其可能为孤石，可对照已有地质资料具体分析异常的可能影响因素，在排除其它因素的影响的情况下可进行钻孔验证。

根据物探提供的成果，我部对相应孔位进行了钻探核实，对照分析情况如下：

①根据物探成果，我部钻孔验证，钻孔验证结果为：

在YBK030向南约12m处，埋深约为16m位置，钻到直径约1.1m孤石，其余钻孔验证结果是均未见异常。

②钻探发现ZBK009～ZBK011、ZBK035～ZBK037、YBK048～YBK049有孤石及基岩突起，但物探均无发现。

从上述核实情况可以看出：

物探成果准确性差，仅能作为地层普查的参考，不能直接指导施工，还需钻探进一步验证。

3钻探地质情况

为了进一步探明盾构区间隧道地层地质情况，为盾构掘进提供指导依据，我部于2011年7月27日~9月19日期间，联系具有勘探资质的广东省湛江地质工程勘察院采用钻孔取芯发法对该段进行了补勘。

共投入10台XY-1型钻机，完成的工作量如下：

施工钻孔223个，总进尺：

4139.85米。

⑴测线布置原则

①在距详勘钻孔5-15m处，沿隧道中线布置钻孔，钻至隧道底板下0.5m。

②在施钻过程中如遇球状风化体或地层情况与详勘有出入时，原则上距该孔前后5m处增加钻孔，如遇类似情况依此类推。

⑵孤石及基岩突起分布情况

通过对补勘资料分析，结合详勘资料成果可以看出，本标段盾构法施工段隧道穿越冲洪积软土层、砂层且局部基岩面突起，球状风化体不均匀分布，地质条件复杂，施工条件较差，孤石及基岩突起分布情况如下：

①球状风化体

本次补勘资料揭示区间隧道内在残积层、全风化岩中有球状风化体（孤石）发育，发育规无律性，补勘钻孔揭示的进入隧道内球状风化体左线有4处，右线有3处，其性质、大小及其分布情况见表6所示。

表6补勘球状风化体分布情况一览表

序号

球状风化体性质

钻孔编号

里程

距车站（m）

孔口标高（m）

埋深（m）

孤石直径（m）

抗压强度（Mpa）

地面条件

隧顶

岩体

一

右线

1

中风化混合片麻岩

YBK030-1

YDK18+751.1

881.2

14.67

12.08

17.9

1.3

36.5

绿化带

2

强风化混全片麻岩

YBK041

YDK19+070

1200

19.35

14.03

11.7

3.2

未做

绿化带

3

微风化混合片麻岩

YBK048-3

YDK19+289.6

1419.6

20.8

13.62

17.1

0.6

110.3

绿化带

微风化混合片麻岩

YBK048-4

YDK19+294.6

1424.6

20.8

13.68

15.2

2.8

未做

绿化带

微风化混合片麻岩

YBK048-5

YDK19+299.6

1429.6

20.86

13.68

15.1

4.3

104.7

绿化带

二

左线

1

中风化混全片麻岩

ZBK036-2

ZDK18+916

1046

16.88

11.8

14.2

1.2

未做

东莞大道

中风化混全片麻岩

ZBK036-2

ZDK18+916

1046

16.88

11.8

16.9

0.6

未做

东莞大道

微风化混合片麻岩

ZBK036-3

ZDK18+910.6

1045.9

16.8

11.9

11.7

1.3

未做

东莞大道

中风化混全片麻岩

ZBK036-3

ZDK18+910.6

1045.9

16.8

11.9

13.7

0.5

未做

东莞大道

中风化混全片麻岩

ZBK036-3

ZDK18+910.6

1040.6

16.8

11.9

15.4

1.6

未做

东莞大道

2

中风化混全片麻岩

ZBK037

ZDK18+950

1080

17.39

10.84

15.8

1.4

37.5

东莞大道

中风化混全片麻岩

ZBK037

ZDK18+950

1080

17.39

10.84

18.2

0.8

42.8

东莞大道

中风化混全片麻岩

ZBK037-1

ZDK18+955.3

1085

17.48

10.9

18.2

0.8

79.16

东莞大道

中风化混全片麻岩

ZBK037-2

ZDK18+947.6

1077.6

17.32

11.0

15.3

2.7

79.85

东莞大道

中风化混全片麻岩

ZBK037-2

ZDK18+947.6

1077.6

17.32

11.0

18.9

1.3

79.85

东莞大道

微风化混合片麻岩

ZBK037-3

ZDK18+940

1070

17.25

11.2

14.9

2.4

87.5

东莞大道

微风化混合片麻岩

ZBK037-3

ZDK18+940

1070

17.25

11.2

19.3

0.9

未做

东莞大道

中风化混全片麻岩

ZBK037-5

ZDK18+937.8

1067.9

17.16

11.3

15.8

1.5

未做

东莞大道

3

中风化混全片麻岩

ZBK044

ZDK19+160

1290

14.5

13.5

16.0

2.0

40.5

东莞大道

4

微风化混全片麻岩

ZBK049

ZDK19+310

1440

20.53

13.44

15.8

1.5

未做

东莞大道

微风化混全片麻岩

ZBK049-2

ZDK19+320

1450

20.55

13.55

13.0

3.3

93.84

东莞大道

②基岩面突起

本次补勘揭示区间隧道存在基岩面起伏，进入隧道洞身的基岩突起左线有1处，其性质、大小及其分布情况见表7所示。

表7补勘基岩突起分布情况一览表

序号

球状风化体性质

钻孔编号

里程

距车站m

孔口标高（m）

埋深（m）

竖向范围（m）

抗压强度（Mpa）

地面条件

隧顶

岩体

一

右线

1

二

左线

1

中风化混合片麻岩

ZBK09~ZBK11

ZDK18+106

238

11.6

10.86

15.7

1.2

74~81

绿化带

备注：

详勘和补勘均揭示本标段ZDK19+417～ZDK19+650.0（长233.0m）、YDK19+370.0～YDK19+630.0（长258.0m）为洞身全断面基岩突起，设计该段采用矿山法开挖盾构拼装管片。

4地质雷达探测情况

根据详勘、补勘和高密度电法物探资料分析，本标段地质条件复杂，孤石发育无规律，为了多方面探明盾构区间隧道孤石和基岩分布情况，避免探查不充分导致盾构掘进受阻，我部于2011年12月1日~12月6日期间，联系具有勘探资质的广东省惠州勘察公司到现场进行地质雷达勘查工作，完成的工作量如下：

共完成45条地质雷达测线，测点间距0.5m，总测线长度为约3836米，总测点数为7717点。

⑴探测孤石情况说明

根据处理后的雷达图像（平、纵断面图），推断出在测区内有72处球状风化体，其中：

左线55处，侵入隧道的孤石左线47处；右线17处，侵入隧道的孤石8处。

孤石分布情况详见下表8“地质雷达推断解释孤石统计表”。

表8地质雷达推断解释孤石统计表

编号

测线标号

里程

偏移隧道中心m

地面标高（m）

埋深范围

直径/宽度

与隧道关系

地面

条件

一

隧道右线

T1

RD10

YDK18+688

-1.8

13.980

19.0~21.5

2.5m

隧道下部

绿化带

T2

YDK18+683

-2.5

13.980

19.5~21.0

1.5m

隧道下部

绿化带

T3

YDK18+676

-2.8

13.980

19.5~21.5

4.5m

隧道下部

绿化带

T4

RD11

YDK18+727

-1.6

14.950

18.5~22.0

3.0m

隧道内

绿化带

T5

YDK18+723.5

-1.6

14.950

19.0~22.0

2.0m

隧道内

绿化带

T6

YDK18+756

-1.2

14.810

18.5~21.0

2.0m

隧道内

绿化带

T7

YDK18+751

-1.2

14.810

19.0~21.0

2.5m

隧道内

绿化带

T8

RD18

YDK19+268

-2.4

20.746

18.0~