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花岗岩孤石在地铁线路中的成因及处理浅析

时间:2011-9-15 21:41:50 点击:616

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  1 引言

  花岗岩在地表分布广泛,其岩体在我国约占国土面积的9%,在东南地区,可以看到大面积的裸露花岗岩岩体。花岗岩为粒状结晶质岩石,主要的矿物成分为碱性长石及石英,其质地坚硬致密,强度高,抗风化能力强。在花岗岩地区中,孤石是一种常见的风化现象,是在残积土及风化岩层中,因受矿物各向异性排列及裂隙分布影响形成的风化不均的残留体。主要影响因素有花岗岩的矿物组成、结构、构造、岩体节理发育情况、温度、地形、水文条件等等。花岗岩球状风化物的存在,形成了软硬不均的不良地质现象,对地铁隧道施工有很大的影响,现结合广州地铁三号线北延线南方医院附近揭露的孤石,对孤石的形成机制进行分析,并在分析的基础上,提出了地铁施工中孤石的处理建议。

  2 工程概况

  广州市轨道交通三号线北延段(新机场线)位于广州市白云区和花都区,在白云区主要沿广州大道和同泰路行进,途径南方医院、白云山制药厂、松园山庄、永泰广场等人口密集地段,在2008年底至2009年初进行了自梅花园至永泰段的孤石补充勘察,根据现场钻探揭露情况,在南方医院门口发现孤石群,孤石大小不一,强度较大,其分布情况如下表1所示:

  从上表可以看出,南方医院门口处揭露的孤石,多数分布在地铁隧道中间,形成一孤石密集区,影响范围较大。

  3 地形地貌及区域地质情况

  3.1 地形地貌

  地面特征为城市道路(广州大道北、同泰路)。南方医院紧邻广州大道北,为交通主干线,交通繁忙。南方医院至同和区间洞线地面高低起伏,地形变化大。南方医院至颐和山庄段地貌形态为花岗岩或变质岩剥蚀残丘,多呈馒头状,发育有少量冲沟。下伏基岩为稳定分布震旦系变质岩和燕山四期侵入岩;在残丘地表多为厚度不均的风化残积土;在地势低洼地段堆积淤泥质土及少量冲洪积砂层;斜坡地段为坡积粘性土覆盖。

  3.2 区域地质

  南方医院北侧同和至永泰区间沿线附近的断裂有磨刀坑断裂和广从断裂。磨刀坑断裂长约5km,断裂走向NW320°左右,倾向南西,倾角45°。为平移右旋断层,在磨刀坑一带切断广从断裂,致使广从断裂有错移现象。断裂南段大致与线路平行,断裂北段与线路小角度斜交;广从断裂永泰段的主断层和伴生断层自现永泰站东侧约120m、400m处通过,断层走向与线路近似正交。

  4 花岗岩孤石的形成机理及原因分析

  4.1 形成机理

  在花岗岩残积土、全风化花岗岩及砂土状强风化花岗岩中主要受孔隙、网状裂隙影响,在碎块状强风化花岗岩及中、微风化岩中主要受裂隙影响,设定上述裂隙为导水裂隙,在地下水作用下,裂隙发育区的原岩风化程度较高,裂隙相对不发育区,原岩的风化程度较低,裂隙发育的不均匀性、不规则性就导致了风化程度的不均匀,从而最终形成了孤石。

  4.2 原因分析

  根据钻探现场揭露,南方医院门口花岗岩孤石呈浅灰、浅灰绿、灰、肉红等色,中粗粒结构,属燕山期(γ43-1)花岗岩,其形成原因有以下几点:

  4.2.1 南方医院在大地构造上属于华南准地台(Ⅰ级构造单元),桂湘赣粤褶皱系(Ⅱ级构造单元),粤中拗褶束(Ⅲ级构造单元)之内,该区间沿线附近的断裂有磨刀坑断裂和广从断裂,断裂构造较为发育,裂隙发育,引起岩体破碎,岩体的抗风化能力减弱;

  4.2.2 通过对该地段土工实验的分析统计,该地段花岗岩残积土和全、强风化带粉粘粒含量高达45~58%,残积土主要为可塑状或硬塑状的砂质粘性土,局部为少量软塑状的粉质粘土,从颗粒组成来分析,矿物成份也不尽相同,也使得同一地层的花岗岩在同等程度的风化作用下,风化程度也不尽相同;

  4.2.3 场地属于南亚热带季风海洋气候区,气温较高,雨量充沛,地下水位较浅,有利于花岗岩发生风化剥蚀作用,受地形限制,在剥蚀作用较弱的情况下,长期的湿热气候使花岗岩的风化作用不断加强,也是影响该区段孤石形成的因素。

  综上所说,影响花岗岩孤石形成的主要因素有区域地质情况、矿物成分和气候条件。

  5 处理方案

  由于风化球四周岩体与球状风化岩体本身强度存在较大差距,易造成刀具损坏,甚至会导致刀盘变形,致使整个盾构机瘫痪。南方医院位于广州大道北主干道,属于密集居民区,隧道沿线分布有煤气管道和供水管道,另外分布有通信光缆、军用光缆,施工环境非常复杂。这样就使得原来可以采用爆破处理的孤石,现在变得难度加大,最终采用了最原始的处理办法——人工挖孔破除法。其操作方法是:

  5.1 在已揭露的孤石区进行钻孔加密,充分揭露孤石在地铁隧道中的分布范围,确定孤石的具体位置;

  5.2 按孤石分布范围布置人工挖孔桩,每桩直径不小于2米,深度应超出隧道底板不小于0.50米;

  5.3 对于小孤石,直接从钻孔内拉到地面,对于较大的孤石,先用水将孤石钻出裂缝,再通过岩石劈裂机劈开,然后从地下钻孔内拉到地面,从而把孤石清理出来。

  最终广州地铁三号线北延线南方医院区段就是在充分探明孤石分布区的情况下,在孤石区挖3排人工挖孔桩、每排7个,每桩直径2米、深度为18米,采用人工挖孔的方法,将孤石进行破除的,保证了地铁三号线北延线的正常施工。

  6 结语

  通过对广州地铁三号线北延线的孤石补充勘察,详细查明了孤石的分布情况,系统地对广州地铁三号线南方医院附近孤石的分析,结合当地的实际环境,选用了合理的施工方法,顺利地解决了人口及交通密集区地铁施工中出现的孤石问题。以求能够在以后的地下工程施工中正确的对待和处理孤石,从而能更有效地寻求解决问题的根本方法。

  参考文献:

  [1]尤显明,杨书江 短距离硬岩及上软下硬地层盾构法施工技术【J】城市轨道交通研究 2007年第10卷第5期32-34页

  [2]李玉春 盾构法隧道球状风化孤石处理关键技术【J】 中国科技信息2009年第23期 75-76页

  作者简介:

  周攀峰,男,1983年11月2日生,助理工程师,现就业于广东省核工业地质局二九三大队,

  注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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