花岗岩孤石专项勘察及处理

郑熙凌

摘要：本文介绍了花岗岩孤石的形成机理及特性、工程地质风险，以广州市城市轨道交通十四号线工程马头庄站至枫下站区间岩土工程勘察为实例，对花岗岩孤石的专项勘察及处理进行论述，其经验可供类似工程借鉴。

关键词：孤石成因;地质风险;专项勘察;孤石处理

1.引言

在花岗岩地区，施工过程中常常发现埋藏于岩土层中的孤石，由于孤石离散性大、空间特性不规律、埋藏深度不确定的特点，给工程勘察、设计、施工带来很大的困难，也带来许多严重的工程隐患和危害，是一种比较突出的不良工程地质现象。因此，必须在勘察阶段了解清楚孤石的总体分布、走向规律、工程特性及物理力学指标，为下一步工程设计、施工提供可靠的依据。本文以广州市城市轨道交通十四号线工程马头庄站至枫下站区间岩土工程孤石专项勘察为例，从前期工程地质调绘及详勘工作、花岗岩孤石的专项勘察方案、现场判别、工程施工及处理措施等方面，介绍了花岗岩地区应对孤石的勘察方法和工程施工处理办法。

2.孤石的成因及分布规律

2.1形成原因

花崗岩孤石的形成主要有3方面原因：（1）人工回填造成。（2）洪积土层中因山洪搬运而来的孤石。（3）岩石在化学风化和物理风化的作用下，经完全风化成土而未经搬运的为残积土，岩石中除石英等耐蚀矿物外均风化成次生矿物，原岩结构形态均保存，原矿物位置排列不变，并具有微弱的黏结力，块体可用手捏碎，岩体一般风化较均一，为全强风化岩，而夹杂在残积土和全强风化岩里面的中风化岩和微风化岩则称为孤石。

2.2分布规律

花岗岩地区地下“孤石”的分布具有离散性大、空间特性不规律、埋藏深度不确定等特征，但也存在着一定的分布规律，其在垂直风化剖面上有如下一些分布规律：（1）因残积土层一般均较薄，残积土中分布的“孤石”较少，主要分布于全风化带和强风化带中;（2）在垂直剖面上随着深度的增加，孤石的密度会减小，但体积会增大，即“上多下少，上小下大”的总体规律特性;（3）孤石的大小随着风化程度增强而减小，而数量却随着风化程度的增强而增加。

3.工程地质风险

（1）对于盾构隧道工程，盾构掘进时若遇到未知的孤石，掘进十分困难并容易卡刀盘，盾构轴线难以控制，刀具磨损非常严重，刀座和刀盘易变形;位于不良地层时，特别是在隧道地质条件较差或孤石上方存在建筑物、道路及密集管线时，进仓换刀困难;盾构在孤石地层中掘进时震动很大，刀盘压力较难控制，对保护地面环境极为不利。（2）对于明挖工程，采用浅基础时，易产生基础不均匀沉降，使建筑物产生裂缝等;采用桩基础时，有可能将孤石误判为稳定的桩端持力层，造成断桩或桩身破坏，严重影响桩基质量。

4.专项勘察方案

4.1钻孔布置原则

广州市城市轨道交通十四号线工程马头庄站至枫下站区段位于白垩纪花岗岩地区，根据前期详勘资料，隧道大部分位于花岗岩残积土、全强风化岩层，后期根据设计需求进行了孤石专项勘察工作，共布置88孔，布孔原则如下：（1）布孔间距为lOm～20m。（2）原详勘钻孔间距大于30m小于40m的中间布置一个孔;原详勘钻孔间距大于40m的中间布置两个孔。（3）对详勘剖面隧道位于残积土、全强风化岩层的地段进行钻探;隧道位于第四系土层的地段不必钻探。（4）钻孔平面位置在隧道范围内。

4.2技术要求

（1）钻孔深度进入隧道结构底板Im。（2）当有钻孔揭露孤石时，以该孔为中心往小里程方向和大里程反向沿隧道中心各5m处布置一个加密孔，加密孔编号以该孔编号为主号（以料一l和料一2形式进行编号）。孤石边界探测以揭露孤石的钻孔为中心在隧道中心线和垂直隧道中心线上2m处各布置钻孔2个，当揭露孤石时外扩2m继续加密探边，未揭露孤石时内缩Im探边为止，详见图1。

4.3专项勘察成果

根据本次勘察揭露情况，区间右线隧道内揭露孤石4段，为MZS23-MF-G61孔附近，共16个钻孔有揭露，揭露层厚0.30m～4.lOm，平均厚度1.79m，层顶埋深14.70m—25.40m（高程9.20～19.90m），层底埋深15.60m～27.60m（高程6.30m～19.OOm）。其中有13个孔揭露的孤石位于隧道结构内，平面上钻孔揭露孤石位置情况见图2。本次勘察揭露孤石主要为微风化花岗岩，饱和状态岩石抗压强度fr为52.7MPa～114.7MPa，标准值为67.2MPa，岩质坚硬，岩体基本质量等级为Ⅱ类。

隧道纵断面及横断面揭露孤石情况见图3及图4。

4.4孤石处理

如图3，区间右线隧道主要揭露孤石4段，孤石I大小约3.3m×6.Om×3.lm，孤石Ⅱ大小约0.5m×0.5m×0.5m，孤石Ⅲ大小约3.6m×5.Om×2.2m，孤石Ⅳ大小约1.9m×1.9m×1.5m;孤石体积约O.lm3～61.4m3，埋深约22m～27m。孤石Ⅱ体积较小，可不做处理;孤石I和Ⅳ位于隧道内，体积较大，需作地面处理;孤石Ⅲ主要位于隧道上方，风险较大，需作地面处理。

采用地面处理的方式主要分为2种：

（1）将隧道内及隧道上方的孤石全部取出，为盾构推进清除障碍物，采用的清障设备有全回转钻机、旋挖钻机等。

（2）将孤石破碎，盾构掘进时碎石可从刀盘开口处进入土舱内经螺旋输送机处排出，破碎孤石的方法主要有地质钻机成孔、埋置炸药、控制爆破等。采用该方法处理孤石时，需注意将孤石的大小粒径进行控制，以便于螺旋机能顺利排出碎石。

5.结语

鉴于孤石对盾构施工的影响，花岗岩地区最好做相应的孤石专项勘察及处理，探明孤石的位置，提前处理，以避免盾构施工期间突发性遭遇孤石，从而造成设备损坏、人员伤亡、工期延长、经济损失等负面影响。

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