用于施工阶段花岗岩球状风化体高精度探测和处置方法与流程

本发明属于花岗岩地区盾构隧道工程勘察设计与施工，特别涉及用于施工阶段花岗岩球状风化体高精度探测和处置方法。

背景技术：

1、当前，随着我国经济快速发展、城市规模不断扩大、区域经济的融合发展，大规模的城市轨道交通、市域铁路、综合管廊等地下工程大量出现，复杂的地质条件、客观环境因素给工程的勘察设计和施工带来了极大的挑战。尤其是花岗岩地区，由于花岗岩的球状风化体（俗称“孤石”）的客观存在及其强度高、不易破除的性质给盾构隧道掘进带来了技术挑战和难度。孤石的形成成因比较复杂、发育规模大小不一、分布也较为随机，无明显的规律性和连续性，想查明其工程地质性质实属不易。大量的学者和工程技术人员就勘察手段和方法开展了研究和尝试。如申请公布号cn102518442a的中国发明专利公开了一种盾构掘进溶沟地段孤石群的处理方法，首先根据地质勘察报告，找出可能出现孤石地段；在孤石地段沿着隧道纵向方向布设测试孔，测试孔内下放pvc管，pvc管管壁上开设密集小孔，pvc管底端密封，向测试孔内灌满水，在相邻两孔内的pvc管中分别放置电极，采用高密度电阻率仪进行跨孔探测并采集数据，确定孤石位置；通过爆破设计优化，并利用配重使药包准确定位，并采用先爆破孤石周边孔挤压产生空间后逐排爆破方式。又如申请公布号cn110924956a的中国发明专利公开了一种包括全风化花岗岩孤石发育地层和基岩凸起段的隧道盾构掘进的方法，分别对全风化花岗岩孤石发育地层和基岩凸起段提出针对性掘进方法，全风化花岗岩孤石发育地层采用先探测后处理的施工方法，海底基岩凸起段采用海中爆破及注浆加固的方法施工。现有的勘察和处置方法效果不佳，特别是针对建（构）筑物密集区，常规地质钻探难以实施情况下，地下孤石的存在将对隧道盾构掘进带来极大的安全隐患。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供用于施工阶段花岗岩球状风化体高精度探测和处置方法，能够对盾构隧道范围内的孤石发育情况及性质进行精细勘察，再通过对孤石的预爆破处理，减小了孤石对盾构掘进的影响，具有减少盾构开仓处理孤石的频次，大大降低施工风险和投资成本等优点。

2、本发明采用的技术方案是：用于施工阶段花岗岩球状风化体高精度探测和处置方法，包括以下步骤：

3、步骤一，获取前期初、详勘阶段勘察成果资料，对盾构隧道范围内进行地面踏勘，确定地表物探探测区域；

4、步骤二，在所述地表物探探测区域进行地表物探探测，形成物探成果，圈定物探异常区域；

5、步骤三，在所述物探异常区域进行钻探验证，采集孤石岩心并对所述孤石岩心进行饱和单轴抗压强度试验，形成验证成果；

6、步骤四，将所述验证成果与物探成果进行对比分析，修订所述物探成果，划分孤石发育区，进行孤石专项勘察；

7、步骤五，对于孤石发育区内揭露孤石的钻孔，进行孤石探边勘察，探测至盾构隧道结构边线为止；

8、步骤六，根据孤石探边勘察结果对孤石爆破处理进行专项设计；

9、步骤七，根据孤石爆破处理的专项设计，对所述揭露孤石的钻孔预埋pvc管，在所述pvc管中埋设雷管、炸药，再进行爆破处理；

10、步骤八，对爆破效果进行钻探取心验证，若不满足盾构机正常掘进的要求，重新进行步骤七和步骤八。

11、进一步的，在步骤二中，地表物探是指利用微动、瞬变电磁的方法，将物探测线布置在盾构隧道中心线上方；其中，微动探测测点采用5m的点距，瞬变电磁测点采用2.5m的点距。

12、进一步的，在步骤四中，根据所述验证结果来修订所述物探成果；再根据修订后的所述物探成果划分孤石发育区，所述孤石发育区分为孤石强烈发育区、孤石中等发育区、孤石弱发育区和孤石微发育区；针对不同的所述孤石发育区布置对应的孤石专项勘察方案：对于所述孤石强烈发育区、孤石中等发育区和孤石弱发育区，分别沿着隧道中心线上方布置一排间距为5m、5m、10m的孤石加密地质钻孔进行详细探明；对于所述孤石微发育区，不再布置额外的地质钻孔。

13、进一步的，在步骤四中，根据修订后的所述物探成果划分孤石发育区的依据为：

14、计算区段孤石的面积率σ=a/b，

15、其中，a为物探成果剖面图中圈定的孤石面积；b为物探成果剖面图中花岗岩类残积土、全风化和土状强风化地层的面积；

16、σ≥3%时，为孤石强烈发育区；1%≤σ＜3%时，为孤石中等发育区；0.5%≤σ＜1%时，为孤石弱发育区；σ＜0.5%时，为孤石微发育区。

17、进一步的，在步骤五中，以所述揭露孤石的钻孔为中心，沿着盾构隧道走向和垂直隧道走向分别布置4个钻孔，与中心钻孔的间距均为1m，进行孤石探边，以此类推，直至探测至隧道结构边线为止；同时采集孤石岩心，获取所述孤石岩心的强度。

18、进一步的，在步骤六中，孤石爆破处理进行专项设计为：将所述揭露孤石的钻孔作为炮孔，根据孤石揭露情况计算所述炮孔的药包长度，将炸药和雷管装入直径75mm的pvc管内，如果炮孔内的水及少量泥浆影响药包下沉，则对药包适当配重；

19、首先对边缘的所述炮孔进行爆破，然后利用边缘的所述炮孔爆破挤压周围土层产生的自由面，再对中间的所述炮孔进行逐个起爆；

20、单炮孔单体爆破时，装药长度与孤石厚度相同；多炮孔单体爆破时，相邻的两个所述炮孔，其中一个所述炮孔装药至孤石底部，孤石顶面留10cm不装药，另一个所述炮孔的孔底距离孤石底面10cm，装药至所述炮孔底部，孤石顶面留10cm不装药；

21、爆破作业前，在所述炮孔的孔口处设置沙包+铁板的联合防护体系。

22、进一步的，在步骤六中，孤石单位体积爆破炸药量为：q=k·q0，单位为kg/m3，其中，q0为水下钻孔爆破单耗，q0=0.45+（0.05~0.15）h，其中，h为水深；k为地下岩体校正系数，取1.0~2.0。

23、进一步的，在步骤六中，装药时，应根据孤石的厚度、强度变化及地表建筑物、管线保护的要求，分别采用连续装药结构或分段间隔装药结构。

24、进一步的，在步骤七中，炮孔采用正向装药起爆，起爆雷管选用导爆管雷管或起爆针，且分别属于两个非电起爆网路，两套网路并联后起爆。

25、进一步的，在步骤八中，采用工程钻机双管取心的方式，采集爆破区域的孤石岩心，当其块径大于30cm时，重新进行步骤七、步骤八，直到采集的所述孤石岩心的块径不大于30cm为止。

26、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

27、1.本发明通过采用“施工图设计阶段勘察+区域物探+施工阶段专项勘察”的组合手段，对花岗岩地区孤石发育情况进行精细勘察，探测成果相互验证，具有施工耗时短、劳动强度低、工作效率高、勘察准确性高等优点。

28、2.本发明提供了花岗岩地区提高球状风化体探测精度和探测效率的一种方法，进一步详细查明了孤石的发育规模、大小及范围，为孤石爆破处理专项设计提供地质依据，减小盾构掘进施工地质风险。

29、3.本发明采用物探和钻探、前期和施工过程中的综合地质勘察布置方式，可以相互对照和比对，准确划分了孤石发育区范围，然后再进行孤石专项勘察，有针对性地提高了探测精度，避免了盲目探查造成的资金浪费和人力成本。

30、4.本发明由于对查明的孤石提前进行了爆破处理，减小了孤石对盾构掘进的影响，降低了盾构开仓处理孤石的频次，大大降低了施工风险和投资成本。