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淺析花崗巖地區(qū)孤石形成原因
花崗巖孤石在地鐵線路中的成因及處理淺析
1 引言
花崗巖在地表分布廣泛，其巖體在我國約占國土面積的9%，在東南地區(qū)，可以看到大面積的裸露花崗巖巖體�；◢弾r為粒狀結(jié)晶質(zhì)巖石，主要的礦物成分為堿性長石及石英，其質(zhì)地堅硬致密，強度高，抗風化能力強。在花崗巖地區(qū)中，孤石是一種常見的風化現(xiàn)象，是在殘積土及風化巖層中，因受礦物各向異性排列及裂隙分布影響形成的風化不均的殘留體。主要影響因素有花崗巖的礦物組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、巖體節(jié)理發(fā)育情況、溫度、地形、水文條件等等�；◢弾r球狀風化物的存在，形成了軟硬不均的不良地質(zhì)現(xiàn)象，對地鐵隧道施工有很大的影響，現(xiàn)結(jié)合廣州地鐵三號線北延線南方醫(yī)院附近揭露的孤石，對孤石的形成機制進行分析，并在分析的基礎上，提出了地鐵施工中孤石的處理建議。
2 工程概況
廣州市軌道交通三號線北延段（新機場線）位于廣州市白云區(qū)和花都區(qū)，在白云區(qū)主要沿廣州大道和同泰路行進，途徑南方醫(yī)院、白云山制藥廠、松園山莊、永泰廣場等人口密集地段，在2008年底至2009年初進行了自梅花園至永泰段的孤石補充勘察，根據(jù)現(xiàn)場鉆探揭露情況，在南方醫(yī)院門口發(fā)現(xiàn)孤石群，孤石大小不一，強度較大，其分布情況如下表1所示：
從上表可以看出，南方醫(yī)院門口處揭露的孤石，多數(shù)分布在地鐵隧道中間，形成一孤石密集區(qū)，影響范圍較大。
3 地形地貌及區(qū)域地質(zhì)情況
3.1 地形地貌
地面特征為城市道路（廣州大道北、同泰路）。南方醫(yī)院緊鄰廣州大道北，為交通主干線，交通繁忙。南方醫(yī)院至同和區(qū)間洞線地面高低起伏，地形變化大。南方醫(yī)院至頤和山莊段地貌形態(tài)為花崗巖或變質(zhì)巖剝蝕殘丘，多呈饅頭狀，發(fā)育有少量沖溝。下伏基巖為穩(wěn)定分布震旦系變質(zhì)巖和燕山四期侵入巖；在殘丘地表多為厚度不均的風化殘積土；在地勢低洼地段堆積淤泥質(zhì)土及少量沖洪積砂層；斜坡地段為坡積粘性土覆蓋。
3.2 區(qū)域地質(zhì)
南方醫(yī)院北側(cè)同和至永泰區(qū)間沿線附近的斷裂有磨刀坑斷裂和廣從斷裂。磨刀坑斷裂長約5km，斷裂走向NW320°左右，傾向南西，傾角45°。為平移右旋斷層，在磨刀坑一帶切斷廣從斷裂，致使廣從斷裂有錯移現(xiàn)象。斷裂南段大致與線路平行，斷裂北段與線路
小角度斜交；廣從斷裂永泰段的主斷層和伴生斷層自現(xiàn)永泰站東側(cè)約120m、400m處通過，斷層走向與線路近似正交。
4 花崗巖孤石的形成機理及原因分析
4.1 形成機理
在花崗巖殘積土、全風化花崗巖及砂土狀強風化花崗巖中主要受孔隙、網(wǎng)狀裂隙影響，在碎塊狀強風化花崗巖及中、微風化巖中主要受裂隙影響，設定上述裂隙為導水裂隙，在地下水作用下，裂隙發(fā)育區(qū)的原巖風化程度較高，裂隙相對不發(fā)育區(qū)，原巖的風化程度較低，裂隙發(fā)育的不均勻性、不規(guī)則性就導致了風化程度的不均勻，從而最終形成了孤石。
4.2 原因分析
根據(jù)鉆探現(xiàn)場揭露，南方醫(yī)院門口花崗巖孤石呈淺灰、淺灰綠、灰、肉紅等色，中粗粒結(jié)構(gòu)，屬燕山期（γ43-1）花崗巖，其形成原因有以下幾點：
4.2.1 南方醫(yī)院在大地構(gòu)造上屬于華南準地臺（Ⅰ級構(gòu)造單元），桂湘贛粵褶皺系（Ⅱ級構(gòu)造單元），粵中拗褶束（Ⅲ級構(gòu)造單元）之內(nèi)，該區(qū)間沿線附近的斷裂有磨刀坑
斷裂和廣從斷裂，斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，裂隙發(fā)育，引起巖體破碎，巖體的抗風化能力減弱；
4.2.2 通過對該地段土工實驗的分析統(tǒng)計，該地段花崗巖殘積土和全、強風化帶粉粘粒含量高達45～58%，殘積土主要為可塑狀或硬塑狀的砂質(zhì)粘性土，局部為少量軟塑狀的粉質(zhì)粘土，從顆粒組成來分析，礦物成份也不盡相同，也使得同一地層的花崗巖在同等程度的風化作用下，風化程度也不盡相同；
4.2.3 場地屬于南亞熱帶季風海洋氣候區(qū)，氣溫較高，雨量充沛，地下水位較淺，有利于花崗巖發(fā)生風化剝蝕作用，受地形限制，在剝蝕作用較弱的情況下，長期的濕熱氣候使花崗巖的風化作用不斷加強，也是影響該區(qū)段孤石形成的因素。
綜上所說，影響花崗巖孤石形成的主要因素有區(qū)域地質(zhì)情況、礦物成分和氣候條件。 5 處理方案
由于風化球四周巖體與球狀風化巖體本身強度存在較大差距，易造成刀具損壞，甚至會導致刀盤變形，致使整個盾構(gòu)機癱瘓。南方醫(yī)院位于廣州大道北主干道，屬于密集居民區(qū)，隧道沿線分布有煤氣管道和供水管道，另外分布有通信光纜、軍用光纜淺析花崗巖地區(qū)孤石形成原因，施工環(huán)境非常復雜。這樣就使得原來可以采用爆破處理的孤石，現(xiàn)在變得難度加大,最終采用了最原始的處理辦法——人工挖孔破除法。其操作方法是：
5.1 在已揭露的孤石區(qū)進行鉆孔加密，充分揭露孤石在地鐵隧道中的分布范圍，確定孤石的具體位置；
5.2 按孤石分布范圍布置人工挖孔樁，每樁直徑不小于2米，深度應超出隧道底板不小于0.50米；
5.3 對于小孤石，直接從鉆孔內(nèi)拉到地面，對于較大的孤石，先用水將孤石鉆出裂縫，再通過巖石劈裂機劈開，然后從地下鉆孔內(nèi)拉到地面，從而把孤石清理出來。
最終廣州地鐵三號線北延線南方醫(yī)院區(qū)段就是在充分探明孤石分布區(qū)的情況下，在孤石區(qū)挖3排人工挖孔樁、每排7個，每樁直徑2米、深度為18米，采用人工挖孔的方法，將孤石進行破除的，保證了地鐵三號線北延線的正常施工。
6 結(jié)語
通過對廣州地鐵三號線北延線的孤石補充勘察，詳細查明了孤石的分布情況，系統(tǒng)地對廣州地鐵三號線南方醫(yī)院附近孤石的分析，結(jié)合當?shù)氐膶嶋H環(huán)境，選用了合理的施工方法，順利地解決了人口及交通密集區(qū)地鐵施工中出現(xiàn)的孤石問題。以求能夠在以后的地下工程施工中正確的對待和處理孤石，從而能更有效地尋求解決問題的根本方法。
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