地鐵隧道穿越巖溶區(qū)的綜合治理

張 琦 羅小怡

1 工程地質(zhì)概況

隧道底板及以下巖溶發(fā)育，地下水極為豐富，連通性極強(qiáng)，洞身及頂部以上基本為粉質(zhì)粘土層，遇水軟化，當(dāng)土層壓力小于巖溶水壓力時(shí)，易被擊穿發(fā)生突水現(xiàn)象。

巖溶類型有溶溝、溶斗、溶洞。基巖頂面表現(xiàn)為溶溝和溶斗;淺部基巖存在數(shù)十個(gè)規(guī)模不大、洞高 0.2m～2m的小溶洞，溶蝕縫、蜂窩狀溶蝕現(xiàn)象非常發(fā)育;深部基巖存在數(shù)個(gè)規(guī)模較大的大型溶洞，最大洞高3m～9m，施工區(qū)域內(nèi)平面延伸7m～30m。地下水主要為巖溶水，溶洞涌水的穩(wěn)定流量最大可達(dá) 105.25m3/h。

2 總體方案

2.1 設(shè)計(jì)概況

本次方案為廣州地鐵二號線三元里折返線隧道后續(xù)段工程，里程為ZDK 18+175.898～ZDK18+260.5，總長84.602m。其中里程ZDK 18+175.898～ZDK18+200.5為暗挖隧道，里程ZDK 18+ 200.5～ZDK18+260.5為明挖隧道。

2.2 溶洞處理

2.2.1 溶洞處理方案

溶洞填充要求:1)溶洞填充采用地面注漿或混凝土進(jìn)行填充。2)對于淺部基巖的溶洞，由于無填充物，為減少水泥漿用量，填充時(shí)可先灌注中粗砂再安裝注漿管，然后再采用壓漿辦法填充孔隙。3)注漿材料宜通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定選用水泥砂漿或混凝土。4)巖層中會存在寬窄不同的裂隙，開始壓漿時(shí)可采用稀漿灌注，以防細(xì)裂隙被濃漿堵塞，然后根據(jù)具體情況逐步提高灌漿壓力、漿液濃度，實(shí)現(xiàn)逐步填充空隙和封閉殘余的微細(xì)裂隙。5)對于溶斗，由于均有充填物，對其處理主要是進(jìn)行地層加固處理，地層處理時(shí)可使用高壓劈裂灌漿辦法。

2.2.2 明挖隧道的基底處理

1)基坑范圍以內(nèi)的基底處理采用旋噴法工藝，在土體中形成一道水平止水帷幕，止水帷幕的厚度為2.5m。旋噴樁樁徑取 1m左右。2)噴樁的施工待基坑開挖至±0.000高程處開始進(jìn)行施作。旋噴樁不僅要求實(shí)現(xiàn)互相咬合，而且其抗壓強(qiáng)度要求達(dá)到5MPa(見圖1)。

2.2.3 暗挖隧道的止水帷幕的施工

1)在ZDK 18+200.5處打設(shè)超前注漿孔進(jìn)行注漿止水，注漿采用袖閥管分段注漿法。其位置可根據(jù)鉆機(jī)的情況作調(diào)整，注漿管長度 24m。2)孔注漿施工工藝要求。a.注漿管間距原則上按環(huán)向1.5m考慮，現(xiàn)場可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。b.袖閥管與鉆孔壁之間用套殼料置換孔內(nèi)泥漿，以防止注漿過程中孔口漿液溢出。c.注漿壓力:1MPa～3 MPa，水泥漿:水灰比按0.6～1.1考慮，具體參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。d.在鉆孔過程中應(yīng)做好詳細(xì)的鉆孔記錄，對鉆孔進(jìn)行地質(zhì)描述，從而指導(dǎo)下一步的隧道施工。

在暗挖隧道的止水帷幕和明挖隧道的基底處理的施工之前，應(yīng)提供溶洞填充處理的注漿成果統(tǒng)計(jì)結(jié)果及其分析報(bào)告，以便于決定基底處理措施和超前注漿措施的取舍或調(diào)整有關(guān)技術(shù)措施，如旋噴樁的長度、樁徑等。

3 填充溶洞、溶溝溶斗處理的方法與參數(shù)

3.1 溶洞填充

在溶洞填充之前，先進(jìn)行溶洞放樣，然后按照孔間距 1.5m布置鉆孔，鉆孔直徑130mm;當(dāng)鉆孔至設(shè)計(jì)位置后，下導(dǎo)管，灌注砂漿。采用混凝土輸送泵泵送入孔，輸送泵與導(dǎo)管之間采用變徑連接。溶洞填充的方法如圖 2所示。1)鉆孔。a.淺層小溶洞鉆孔。對于延伸不超過 5m的小溶洞鉆設(shè)兩個(gè)或三個(gè)鉆孔，當(dāng)一個(gè)孔灌注時(shí)，其他孔作為出氣、出水孔，同時(shí)也作為檢測砂漿填滿程度的檢測孔;對于延伸大于 5m的淺層小溶洞，布置多個(gè)鉆孔。b.深層溶洞的鉆孔。溶洞并不是一個(gè)完整的空腔，而是有很多的溶蝕縫和蜂窩狀溶蝕。為防止鉆孔間距過大造成漏填和填充不飽滿，孔間距1.5m，梅花形布置。采取跳孔施鉆，把其中一孔作為填充孔，其他鉆孔作為出氣孔和觀測孔;而后視所填砂漿流動半徑及填充高度確定加密孔距及孔深。2)灌注砂漿。a.施工方法。當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，停止鉆進(jìn);清孔后下導(dǎo)管，準(zhǔn)備就緒后灌注砂漿，分段提升導(dǎo)管直至溶洞口;當(dāng)砂漿返漿至地面時(shí)停止灌漿，抽出導(dǎo)管，埋設(shè)注漿袖閥管，并用套殼料封孔。b.工藝參數(shù)。砂漿灰砂比 3∶8，水灰比 0.5～0.8。為防止砂漿泵送時(shí)離析，適當(dāng)摻入膨潤土或粉煤灰;套殼料選用水泥、膨潤土混合漿。3)袖閥管注漿。為確保填充密實(shí)，待填充砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)行袖閥管注漿。

3.2 抽取巖芯

溶洞處理完畢后進(jìn)行抽芯取樣，抽查填充溶洞的填充狀況。抽芯的位置選在溶洞頂?shù)淖罡唿c(diǎn)處。根據(jù)抽芯的質(zhì)量情況來決定下一步是否需要進(jìn)行進(jìn)一步的壓漿處理。

3.3 溶斗的處理

溶斗處理的方法是袖閥管高壓劈裂注漿。

1)鉆孔。堅(jiān)持一孔多用的原則，盡量利用溶洞填充時(shí)的鉆孔，鉆孔平面位置位于溶斗范圍內(nèi)，深度按物探結(jié)果進(jìn)行控制。2)注漿施工工藝。通過鉆桿灌入封閉泥漿(套殼料)→插入袖閥管→插入芯管→開環(huán)注漿→沖洗袖閥管和芯管。套殼料要求粘度達(dá)到80 Pa?s～90 Pa?s，7 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.3MPa～0.5MPa，套殼料的制作以膨潤土為主，水泥為輔，要求脆性高，收縮性小。套殼料凝固 3 d～5 d后可開環(huán)注漿。袖閥管和芯管應(yīng)清洗以便重復(fù)注漿。注漿材料選用 425號普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比取0.8～1。注漿終壓取3MPa～4MPa，開環(huán)壓力稍大于初壓。注漿壓力逐步升高，達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并穩(wěn)壓 30min，進(jìn)漿量一般小于0.4 L/min以下。3)封口。當(dāng)溶洞填充、袖閥管注漿完畢，應(yīng)將所有鉆孔全部封口，封口采用單液漿泵泵送水泥漿封口。

3.4 抽水試驗(yàn)

溶洞、溶斗處理完畢后進(jìn)行抽水試驗(yàn)，根據(jù)抽水試驗(yàn)的結(jié)果來判斷溶斗處理的效果。

4 結(jié)語

三元里折返線后續(xù)段施工，成功的運(yùn)用了充填法、旋噴樁、灌注樁、注漿等技術(shù)處理巖溶發(fā)育地層，使隧道沉降及今后地鐵運(yùn)營的危害得到解決，使穿越巖溶區(qū)的城市地鐵隧道能夠安全、穩(wěn)妥的實(shí)施，降低了工程成本，實(shí)用性強(qiáng)。

[1] 杜嘉鴻.地下建筑注漿工程簡明手冊[M].北京:科學(xué)出版社，1998.

[2] 地基處理手冊編寫委員會.地基處理手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[3] 侯兆霞.基礎(chǔ)工程[M].北京:中國建材工業(yè)出版社，2004.