許貴華 林樹枝,2

(1.廈門大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院 福建廈門 361005； 2.廈門市建設(shè)局 福建廈門 361003)

0 引言

廈門島處于“閩東燕山斷坳帶”東側(cè)與閩東沿海變質(zhì)帶相接部位的中部，受地質(zhì)變化影響，花崗巖廣泛分布。在多組節(jié)理作用下，花崗巖被分割成棱角塊狀，經(jīng)過長期物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化作用后，逐漸變?yōu)榍驙顜r塊，即花崗巖球狀風(fēng)化體[1]?；◢弾r球狀風(fēng)化體，俗稱“孤石”，是花崗巖地區(qū)非常突出的不良地質(zhì)現(xiàn)象[2]。

由于孤石分布具有隨機(jī)、大小不一、強(qiáng)度大難以處理等特點(diǎn)，地鐵施工過程中孤石極易對施工造成影響，尤其在采用盾構(gòu)法施工時，對工程建設(shè)進(jìn)度、質(zhì)量和安全產(chǎn)生重大影響，主要影響包括：

(1)巖體強(qiáng)度大對盾構(gòu)刀具、刀盤損壞嚴(yán)重，頻繁卡盤，掘進(jìn)困難。

(2)由于孤石與周邊巖體強(qiáng)度差異大，掘進(jìn)過程中，若孤石位于盾構(gòu)機(jī)的邊緣，可能會擠壓盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)難以調(diào)整，嚴(yán)重情況下將致使掘進(jìn)偏離線路。

(3)位于不良地層時，特別是在隧道地質(zhì)條件較差或孤石上方存在建筑物、道路及密集管線時，進(jìn)倉換刀困難，且盾構(gòu)機(jī)在孤石地層中掘進(jìn)時擾動大，易引起地面沉降[3]。

因此，提前進(jìn)行勘探發(fā)現(xiàn)隧道施工過程中可能遇到的孤石，進(jìn)行預(yù)處理至關(guān)重要。

孤石的空間分布具有較大的隨機(jī)性，很難對孤石的分布進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，但是在特定條件下的區(qū)域內(nèi)，孤石分布具有一定的規(guī)律性[4]。通過對已有孤石數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)孤石分布特性，對孤石特性的進(jìn)一步研究，能夠輔助鉆探和物探，提升勘探的精確性。

1 孤石數(shù)據(jù)收集

目前，孤石的勘探方法主要包括物探和鉆探。近年來，隨著技術(shù)的提升，物探技術(shù)雖然有了長足的發(fā)展，但由于地質(zhì)情況的復(fù)雜性以及周邊環(huán)境的影響，還不能完全保證物探的準(zhǔn)確性。鉆探能夠直觀有效地揭露孤石的垂直剖面上的分布情況，為保證樣本數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，本次孤石樣本均來自鉆探所揭露的孤石。

地鐵工程跨度大，覆蓋區(qū)域廣，本次收集廈門市軌道交通1號線一期工程和廈門市軌道交通2號線一期工程的勘察報(bào)告，包含47個工點(diǎn)，涵蓋了廈門島的主要區(qū)域，從而保證統(tǒng)計(jì)結(jié)果具有代表性。

2 孤石分布特性

孤石的分布位置、風(fēng)化程度、分布層位、大小等性質(zhì)直接決定孤石對工程的影響。本文對勘察報(bào)告中所揭露的394個孤石樣本的風(fēng)化程度、分布層位、中心高程、厚度及豎向發(fā)育個數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.1 孤石發(fā)育率

目前尚無規(guī)范對孤石發(fā)育程度統(tǒng)一的分級，本文根據(jù)文獻(xiàn)[5]提出的鉆孔遇孤石率這個指標(biāo)來評估孤石發(fā)育程度。根據(jù)該指標(biāo)孤石發(fā)育程度劃分為4個等級，分別為弱發(fā)育、中等發(fā)育、強(qiáng)發(fā)育、極強(qiáng)發(fā)育，如表1所示。

表1 孤石發(fā)育程度劃分表

對各區(qū)間鉆孔遇孤石比例統(tǒng)計(jì)分析，如表2所示。

(1)共有鉆孔1695個，其中揭露孤石鉆孔252個，平均鉆孔遇殘余體率為14.9%，其中蔡塘站至古地石站鉆孔遇孤石率高達(dá)40.5%，可見孤石問題在廈門地區(qū)十分突出。

(2)各個車站區(qū)間鉆孔遇孤石率各不相同，其中蔡塘站至古地石站鉆孔遇殘余體比例達(dá)40.5%，而文灶站～湖濱東路站未發(fā)現(xiàn)孤石，體現(xiàn)了孤石空間的分布不均勻性。

表2 各車站區(qū)間鉆孔遇孤石率統(tǒng)計(jì)表

注：中山路西站～中山路站表示包含中山西路站和中山路西站～中山路站區(qū)間兩個工點(diǎn)，余同。

2.2 孤石豎向分布個數(shù)

對單孔揭露孤石個數(shù)統(tǒng)計(jì)分析如表3所示。表3顯示，共有252個鉆孔揭露存在孤石，共發(fā)現(xiàn)394個孤石，存在單孔揭露多個孤石的情況，單孔最多揭露5個孤石，但大多數(shù)為單孔揭露單個孤石，占比為64.7%，隨著單孔揭露孤石數(shù)量的增加而減少?？梢姡率Q向分布主要以單個零星分布，也存在多個集群分布情況。

表3 單孔揭露孤石個數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2.3 孤石表現(xiàn)形式

根據(jù)《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》(GBT50218-2014)，按巖石的風(fēng)化程度分為：未風(fēng)化、微風(fēng)化、中風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化?；◢弾r地區(qū)通常情況下風(fēng)化層序從上到下分別為殘積土、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化、微風(fēng)化和未風(fēng)化，由于孤石的存在，往往會改變這樣的分布規(guī)律[6]。通過對孤石樣本的風(fēng)化程度統(tǒng)計(jì)和分布層位統(tǒng)計(jì)分析如表4所示。

表4 孤石風(fēng)化程度與分布層位統(tǒng)計(jì)表

(1)孤石風(fēng)化程度以微風(fēng)化和中風(fēng)化為主，其中微風(fēng)化花崗巖強(qiáng)度大、巖質(zhì)堅(jiān)硬、巖體完整，僅有少量風(fēng)化裂隙，共有183個，所占比例為46%；中風(fēng)化花崗巖結(jié)構(gòu)部分破壞，沿節(jié)理面有次生礦物，風(fēng)化裂隙發(fā)育，共有197個，所占比例為50%；其余為強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化，強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)基本被破壞或完全被破壞，共有14個，所占比例為4%。

(2)孤石在殘積土層、全風(fēng)化層、強(qiáng)風(fēng)化層及中風(fēng)化層中皆有分布，主要分布在強(qiáng)風(fēng)化層和全風(fēng)化層中。其中，分布在強(qiáng)風(fēng)化層的孤石共217個，所占比例為55%；分布在全風(fēng)化層的孤石共116個，所占比例為29%；分布在殘積層的孤石共58個，所占比例為15%；極個別分布在中風(fēng)化層中。

(3)孤石的主要表現(xiàn)形式為：強(qiáng)風(fēng)化層中含有中風(fēng)化和微風(fēng)化的孤石，其次是全風(fēng)化層中含有中風(fēng)化和微風(fēng)化的孤石。中風(fēng)化和微風(fēng)化孤石巖質(zhì)堅(jiān)硬、強(qiáng)度大，相對于周圍地層強(qiáng)度差異大，開挖面力學(xué)性質(zhì)不均勻，使施工難度大大增加。尤其在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中遇到此類孤石，可能會導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)偏離路線，引起沉降，甚至是開挖面崩塌。需引起足夠重視，做好超前勘察工作，根據(jù)孤石的巖性與分布地層，選用合適有效的方法處理孤石，以減少孤石帶來的危害。

2.4 孤石中心高程

對孤石樣本的中心高程統(tǒng)計(jì)分析如圖1所示，并可得到及以下結(jié)論：

(1)本次統(tǒng)計(jì)的394個孤石樣本，在-45m～35m范圍內(nèi)皆有分布，體現(xiàn)了孤石空間分布的隨機(jī)性和不均勻性。

(2)孤石中心高程近似服從正態(tài)分布，孤石中心高程主要在-35m～15m區(qū)間內(nèi)，占比達(dá)95%，其中在-15m～-5m區(qū)間內(nèi)分布最多占32%，其次-5m～5m區(qū)間占26%，-25m～-15m區(qū)間占17%，5m～15m區(qū)間占11%，-35m～-25m區(qū)間占9%。

(3)孤石中心高程在較高處或較低處出現(xiàn)頻率較低，-45m～-35m區(qū)間占1%，15m～35m區(qū)間占4%。

圖1 孤石中心高程統(tǒng)計(jì)直方圖

2.5 孤石厚度

在長期風(fēng)化作用下，孤石多呈橢球狀，在當(dāng)前的勘察技術(shù)下，較難全面立體地反映孤石形態(tài)，但以鉆孔所揭露的豎向厚度進(jìn)行分析，仍然能夠從整體上反映孤石的大小變化特性。通過對孤石樣本的厚度統(tǒng)計(jì)分析如圖2所示，結(jié)論如下：

圖2 孤石厚度統(tǒng)計(jì)直方圖

(1)孤石厚度在0～12m范圍內(nèi)皆有發(fā)現(xiàn)，其中最小厚度為0.3m，最大厚度11.6m。

(2)孤石的厚度主要集中在0～4m，共占90%，其中0～2m區(qū)間內(nèi)的數(shù)量最多，占比為62%，2m～4m區(qū)間占28%。

(3)隨著厚度增大，出現(xiàn)的概率減小，孤石厚度在4m～6m區(qū)間占6%，大于6m占4%。

3 結(jié)論

通過對孤石樣本的統(tǒng)計(jì)分析，可以看出廈門地區(qū)孤石廣泛分布，存在集群分布的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)形式為中風(fēng)化和微風(fēng)化的孤石，分布在強(qiáng)風(fēng)化層與全風(fēng)化層中。孤石中心高程近似服從正態(tài)分布，主要分布在高程-35m～15m區(qū)間內(nèi)，孤石厚度主要集中在0～4m范圍內(nèi)。

鉆探可以直觀地揭露孤石的存在，但存在局限性，只能揭露鉆孔處的地質(zhì)情況。由于孤石分布離散，傳統(tǒng)的鉆探難以全面精確地反映孤石的真實(shí)分布情況。相對傳統(tǒng)的鉆探方法，物探能夠更加全面立體地反映孤石分布情況，但由于地質(zhì)情況的復(fù)雜性以及周邊的干擾，目前尚不能完全保證物探結(jié)果的準(zhǔn)確性。物探和鉆探都有其優(yōu)點(diǎn)，單獨(dú)采用一種方法往往具有局限性，不能夠準(zhǔn)確地反映地質(zhì)情況，因此可采用前期孤石特性分析結(jié)果與物探、鉆探相結(jié)合的綜合勘探方法。

(1)對已有的孤石數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，包括孤石的風(fēng)化程度、分布層位、大小、形狀以及分布特征等性質(zhì)，并根據(jù)孤石的發(fā)育情況對孤石的分布區(qū)域進(jìn)行劃分，對可能發(fā)育區(qū)域進(jìn)行預(yù)判，從而有針對性地指導(dǎo)物探和鉆探工作，分析結(jié)果能夠?qū)︺@探和物探結(jié)果起到輔助分析的作用。

(2)物探方法多種多樣，不同的方法適用條件各不相同，針對孤石發(fā)育地段場地特點(diǎn)，選取合適的物探方法進(jìn)行勘探，從宏觀上掌握孤石的空間分布情況。

(3)在物探的基礎(chǔ)上，有針對性地進(jìn)行鉆孔勘探，揭露局部上孤石的分布情況，并對物探結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證[7]。

因此，進(jìn)一步開展孤石研究，完善勘探方法，提高勘探的精確性，可為設(shè)計(jì)施工提供準(zhǔn)確詳實(shí)的依據(jù)，以針對孤石做到早發(fā)現(xiàn)早處理，減少孤石所帶來的隱患。

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