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淺析花崗巖地區孤石形成原因
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，可以看到大面積的裸露花崗巖巖體。花崗巖為粒狀結晶質巖石，主要的礦物成分為堿性長石及石英，其質地堅硬致密，強度高，抗風化能力強。在花崗巖地區中，孤石是一種常見的風化現象，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、結構、構造、巖體節理發育情況、溫度、地形、水文條件等等。花崗巖球狀風化物的存在，形成了軟硬不均的不良地質現象，對地鐵隧道施工有很大的影響，現結合廣州地鐵三號線北延線南方醫院附近揭露的孤石，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）位于廣州市白云區和花都區，在白云區主要沿廣州大道和同泰路行進，途徑南方醫院、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，根據現場鉆探揭露情況，在南方醫院門口發現孤石群，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，南方醫院門口處揭露的孤石，多數分布在地鐵隧道中間，形成一孤石密集區，影響范圍較大。
3 地形地貌及區域地質情況
3.1 地形地貌
地面特征為城市道路（廣州大道北、同泰路）。南方醫院緊鄰廣州大道北，為交通主干線，交通繁忙。南方醫院至同和區間洞線地面高低起伏，地形變化大。南方醫院至頤和山莊段地貌形態為花崗巖或變質巖剝蝕殘丘，多呈饅頭狀，發育有少量沖溝。下伏基巖為穩定分布震旦系變質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土及少量沖洪積砂層；斜坡地段為坡積粘性土覆蓋。
3.2 區域地質
南方醫院北側同和至永泰區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永泰站東側約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，裂隙發育區的原巖風化程度較高，裂隙相對不發育區，原巖的風化程度較低，裂隙發育的不均勻性、不規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
根據鉆探現場揭露，南方醫院門口花崗巖孤石呈淺灰、淺灰綠、灰、肉紅等色，中粗粒結構，屬燕山期（γ43-1）花崗巖，其形成原因有以下幾點：
4.2.1 南方醫院在大地構造上屬于華南準地臺（Ⅰ級構造單元），桂湘贛粵褶皺系（Ⅱ級構造單元），粵中拗褶束（Ⅲ級構造單元）之內，該區間沿線附近的斷裂有磨刀坑
斷裂和廣從斷裂，斷裂構造較為發育，裂隙發育，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粘性土，局部為少量軟塑狀的粉質粘土，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，氣溫較高，雨量充沛，地下水位較淺，有利于花崗巖發生風化剝蝕作用，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域地質情況、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，致使整個盾構機癱瘓。南方醫院位于廣州大道北主干道，屬于密集居民區，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孤石形成原因，施工環境非常復雜。這樣就使得原來可以采用爆破處理的孤石，現在變得難度加大,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院區段就是在充分探明孤石分布區的情況下，在孤石區挖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，系統地對廣州地鐵三號線南方醫院附近孤石的分析，結合當地的實際環境，選用了合理的施工方法，順利地解決了人口及交通密集區地鐵施工中出現的孤石問題。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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