岩溶地区灰岩破除施工技术总结李伟

岩溶地区灰岩破除施工技术总结李伟

李伟

广州轨道交通建设监理有限公司广东广州510010

摘要：广州市地铁八号线北延段土建工程某车站位于岩溶发育地区，溶洞见洞率高，开挖风险较大，开挖至第三道支撑以下为微风化灰岩，平均入岩深度及单轴抗压强度高。由于周边环境条件等限制的原因，无法使用火攻爆破的情况下，对灰岩破除方法的探索试验、功效评价、工艺选择，为以后类似工程提供一定的经验借鉴。

关键词：岩溶地区；基坑开挖；灰岩破除

1、工程概况

广州市轨道交通八号线北延段工程（文化公园-白云湖）【施工7标】土建工程小坪站位于白云区石槎路与金碧南路丁字交叉路口，呈南北走向。车站采用明挖施工法，车站围护结构采用800mm厚地下连续墙，墙深18~25米，墙顶设冠梁，第一~二道支撑采用钢筋砼八字撑，第三道支撑采用钢管内支撑；车站基坑埋设约16.6~18.8米，整个土石方工程量约11x10⁴方，石方约2x10⁴方。

2、车站基坑地质情况

车站地质从上至下依次为：人工杂填土、淤泥、粉细砂、中粗砂、砾砂、粉质粘土、残积土层、灰岩微风化岩。根据“一槽两钻”与地质详勘报告揭露。车站地下水位较浅，地层中存在松散层孔隙水（主要在冲积砂层）和基岩裂隙水（主要在碎屑岩的强、中风化带）。基坑底部的灰岩为可溶性岩石，其微风化层存在大量溶洞。一旦溶洞周边水土体的流失，易造成失稳会导致地面沉降和塌陷。为避免基坑开挖施工时发生坍塌的风险，预防基底下层的岩溶在地下水作用下对后期运营产生风险，需先降低基坑地下水位（现场采取每隔25米左右设置一口降水井进行降水），并预先对溶洞进行处理（现场采取岩溶钻孔注浆）。其中基坑底岩石微风化带地质情况如下：

1）碳质灰岩微风化带，地层代号<9C-1>。岩芯呈短柱～长柱状，锤击声脆，属较硬岩～坚硬岩，岩体较完整，近似RQD值多在80%左右，裂隙面强度低，而岩块强度较高，岩体基本质量等级为Ⅲ～Ⅳ级。岩层均厚1.12m。初勘的岩石试验结果，本层天然状态岩石单轴抗压强度平均值47.38MPa，饱和状态岩石单轴抗压强度平均值25.6MPa。

2）钙质灰岩微风化带，地层代号<9C-2>。本层岩溶发育，串珠状溶洞较多见。岩石试验结果表明，天然状态岩石单轴抗压强度35.11～159.6MPa，平均值75.86MPa，标准值67.05MPa，饱和状态岩石单轴抗压强度29.37～111.6MPa，平均值52.16MPa，标准值46.13MPa，干燥状态岩石单轴抗压强度44.94～60.8MPa，平均值51.43MPa。

3、基坑入岩开挖施工方法的选定

由于周边环境条件限制的原因，无法使用火工爆破。为保证工期，将土方开挖至岩面。施工尝试了采用几种施工工艺进行破岩，综合评价个施工工艺的效果，选定破岩方案。下文将着重介绍本工程选定破岩施工工艺。

1）采用锤击工艺。采用多台（4台）挖掘机锤击打炮进行开挖。由于岩石强度高且岩面起伏大不平整，锤击炮头易滑动，且无锤击临空作用点。破碎下来岩大多为粉颗粒状，少有成块，每周破岩量才20方，效率较低。

2）采用潜孔钻钻孔+锤击工艺。先潜孔钻（钻孔直径8cm，钻孔深度2m，平面距离随机分布），钻孔找出破岩临空面，然后用炮击进行破除。由于岩石强度高且潜孔钻钻孔时间较长，且炮头难以着力，效果仍然差。

3）采用静态爆破+锤击工艺：静态破碎方法即利用岩石钻孔内装填破碎剂（钙矾石）流体的水化反应，产生晶体变形体积膨胀，使钻孔周边形成一定的压力及环向拉应力（可达30~50Mpa），当其拉应力大于岩石所能承受的最大抗拉应力时，即在钻孔周边形成径向裂缝，如一定距离内的相邻周边钻孔内的破碎剂在此时共同作用，则形成贯穿的径向裂隙，使岩石破裂，出现破岩临空面，然后用炮击进行破除。

（1）施工流程

a.布孔。布孔原则是布孔两排孔间距为50cm，相邻两孔间距10cm，呈梅花型布置，孔径32mm，钻孔深度为1500mm，结合现场实际地形，适当调整钻孔间距、孔径、孔深的参数。

b.岩面修整形成临空面。为达到更好的爆破效果，根据布孔位置，先采用炮机修整原有岩面，同时修整出必要的临空面。

c.膨胀剂拌制、装药。装药自外围孔开始，向中央孔逐圈推进。用比钻孔直径略小的高强长纤维纸袋装入膨胀剂药剂。一个操作循环所需要的药卷数量，放在塑料容器中，倒入洁净水完全浸泡，30-50秒左右药卷充分湿润、待完全不冒气泡时，取出药卷从孔底开始逐条装入并捣实压紧，密实地装填到孔口，即“集中浸泡，充分浸透，逐条装入，分别捣实”。也可将膨胀剂搅拌后用灰浆泵压入或人工灌入，采用拌制方式的一般水灰比为0.3～0.35，即每袋（重5kg），加水1.5～1.75kg，在塑料容器内拌合，拌合时间不超过4分钟。灌入后孔口用砂浆封上保证水分药剂不流出。装药深度初定自孔底到孔口，后续可根据膨胀效果进行适当调整。装完后用泥袋等将钻孔密封压好，防止漏气，影响破裂效果。

（2）静爆效果。根据岩石性质和抗压强度的不同，一般装药后发生反应后1-7小时出现裂缝，2-20小时后达到最大膨胀反应，实验区域在装填膨胀剂后12小时出现裂缝，宽度约3-5cm。

（3）效果评价

试验段静爆裂缝效果较好，形成连续裂缝，炮击破岩临空面较好，有利进行破除，每天静爆破岩20方左右（钻孔6人、炮击2台），每周150方。后续区域布孔将按此布置钻孔间距、孔径、孔深的参数。

4、安全控制措施

（1）在基坑石方破除过程中，对基坑支撑轴力、连续墙墙体位移、地面沉降、水位变化累计变化量及变化速率进行监测。

1）提前1天将不少于2根钢支撑拼装好，垫层作业面开挖出后随即安装钢支撑。同时，出现异常可随时加装钢支撑，及时处理异常情况。

2）开挖区域范围的监测点保证一天不少于2次的监测频率，发现异常立即停止开挖作业。采取措施排查异常后方可重新进行开挖。

3）出现接缝漏水漏砂的险情，立即启动应急程序，按经专家审查的应急预案落实各项应急措施。

（2）静态爆破施工，在装填炮孔，操作人员要戴防护眼镜，在灌浆到裂缝出现前进行覆盖保护。由于膨胀剂有一定的腐蚀性，施工时要佩戴橡胶手套、戴防护眼镜等防护用品，施工完毕后，作业人员应及时清洗，避免灼烧皮肤，如果药液直接接触到皮肤或溅如眼睛，要立即用水冲洗，出现不适时应及时就医。

5、技术及经济效益总结

1）本工法优点

（1）基坑岩面起伏较大，岩面不平整，炮机无法行走形成较大工作面，但人工静态爆破机灵活性较强。

（2）解决了钢支撑及时架设问题，炮击设备不受钢支撑限制，可以在底部进行施工。

（3）解决了石方破除施工过程中，因超挖而使基坑两侧受力不均而变形。

（4）减少单纯使用炮击或者火攻爆破对岩石造成的振动，因其微风化层存在大量溶洞，避免因振动一旦溶洞周边水土体的流失，造成失稳会导致地面沉降和塌陷。

（5）在无法施工火攻爆破情况下，较其它常规的破岩工艺，效率较高，进度较快。相较火工爆破，施工过程中无振动，无噪音、无烟无害，有利于施工安全文明管理。

2）本工法缺点

本工法在钻孔过程中存在两个不足：一是钻孔扬尘较大，不利于文明施工；二是施工噪音较大，不利于降噪控制。

参考文献：

[1]广州市轨道交通八号线北延段工程小坪站详勘阶段-岩土工程勘察报告，广东省地质建设工程勘察院，2015

[2]膨胀剂应用技术规范条文说明期刊《膨胀剂与膨胀混凝土ExpansiveAgentsandExpansiveConcrete》2004年01期