巖溶地區(qū)明挖施工風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)與施工應(yīng)對(duì)措施

廣州市地下鐵道總公司

摘要：在巖溶地區(qū)進(jìn)行軌道交通地下線路明挖車站施工，既要防止上部砂層的涌水，又要防止巖溶的坍塌和突涌水，施工風(fēng)險(xiǎn)大，影響范圍廣，需要在設(shè)計(jì)、施工中增加相應(yīng)的措施防范施工風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：灰?guī)r；砂層；明挖

1、工程概況：

廣州地鐵九號(hào)線位于廣州市花都區(qū)，是國(guó)內(nèi)首條在全灰?guī)r地區(qū)地下敷設(shè)的地鐵線路，無論設(shè)計(jì)還是施工，都沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可循。從初步勘查顯示，九號(hào)線沿線大部分地段分布的下伏基巖是石灰?guī)r，灰?guī)r巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，大部分石灰?guī)r巖面與上覆的第四系含水砂層直接接觸，水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件非異常復(fù)雜。九號(hào)線共設(shè)10座車站，其中，花城路站是所有車站施工風(fēng)險(xiǎn)最大的。花城路站地層主要為人工回填土<1>沖坡積成因的粉細(xì)沙<3-1>、中粗沙<3-2>、礫沙<3-3>、軟塑粉質(zhì)粘土<4N-1>、可塑粉質(zhì)粘土<4N-2>，下伏基巖為石炭系石蹬子組地層，主要巖性為灰?guī)r。車站位于繁華鬧市區(qū)，周邊房屋、管線密集。車站南側(cè)9米處有超過10座5-7層、使用時(shí)間較長(zhǎng)的淺基礎(chǔ)房屋，極易由于地層失水或者巖溶突涌水、砂層流失導(dǎo)致房屋損壞，另外，車站南北兩側(cè)密布供水、煤氣、高壓電等管線，地層的沉降容易發(fā)生次生災(zāi)害。為確保施工安全，業(yè)主部門協(xié)同參建單位在勘查設(shè)計(jì)與施工上，增加保障措施和和提高管理要求，最大限度確保了施工安全。

2、設(shè)計(jì)

2.1溶洞處理

在詳堪階段，車站進(jìn)行鉆孔79個(gè)，揭露有溶洞或土洞的鉆孔52個(gè)，總見洞率65.8%。對(duì)詳勘察成果分析，溶洞和土洞多為無充填或半充填狀態(tài)，充填物多為淤泥質(zhì)土或淤泥質(zhì)粘土夾砂、夾巖塊等，較松軟。溶洞中往往地下水較豐富。溶土洞的處理應(yīng)遵循巖溶處理、基底處理、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)、抗浮方案、施工期涌水及運(yùn)營(yíng)期風(fēng)險(xiǎn)防治方案、投資控制等多方面綜合考慮。根據(jù)相同地質(zhì)車站的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，溶洞處理平面范圍確定為車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)外3m以內(nèi)范圍發(fā)現(xiàn)的無填充或半填充溶（土）洞，深度為底板以下2 m范圍內(nèi)已揭示的溶（土）洞，全部自地面進(jìn)行加固處理。另外，為防止圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)出現(xiàn)塌陷，需進(jìn)一步摸查施工位置的溶洞發(fā)育情況，在每幅連續(xù)墻位置布置兩個(gè)超前鉆孔，孔徑為?100mm，鉆孔深度應(yīng)進(jìn)入墻底下3m以上，用以探清墻底溶土洞情況并作為溶土洞處理時(shí)的注漿孔。

溶、土洞在進(jìn)行填充處理前，以現(xiàn)有地質(zhì)鉆孔為基準(zhǔn)，以按照間隔2m的間距向周圍施做注漿鉆孔，進(jìn)行溶洞平面范圍的試探測(cè)。確定溶、土洞邊界后，在周邊孔注雙液漿控制邊界，將注漿范圍隔離，再在中間孔注單液漿。周邊孔注漿壓力控制在0.2～0.7MPa，中間孔注漿壓力控制在0.4～1.0MPa；注漿壓力逐步提高，達(dá)到注漿終壓并繼續(xù)注漿10min以上。

2.2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式

圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下800mm厚的連續(xù)墻+3道內(nèi)支撐的支護(hù)型式。第一道為混凝土支撐。第二道仍采用混凝土支撐，這與其他線路的車站主體結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)第二道采用鋼支撐不同，加強(qiáng)了圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身的抗變形能力，提高了基坑的安全系數(shù)。第三道鋼支撐為Φ600，t=16mm的鋼管撐，間距3m，在直線段對(duì)撐處采用2I45b鋼圍檁，采用Q235鋼。連續(xù)墻的嵌固深度為基坑底面以下2m且嵌入基坑底中風(fēng)化或微風(fēng)化巖層不少于2m，若連續(xù)墻底為溶土洞，則連續(xù)墻底應(yīng)穿透溶洞區(qū)域且滿足嵌巖要求?？紤]到砂層較厚，為增強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水效果，在連續(xù)墻間設(shè)置兩根直徑600mm的旋噴樁。另外，為防止連續(xù)墻施工對(duì)房屋及管線的影響，南邊連續(xù)墻外加設(shè)攪拌樁或兩排旋噴樁止水帷幕，并在建筑物底步預(yù)留注漿管，在施工工程中對(duì)建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，建筑物變形達(dá)到警戒值時(shí)，則馬上對(duì)建筑物進(jìn)行跟蹤注漿，確保建筑物在施工過程中的安全。

3、施工

由于花城路站受到借地、管線遷改、交通疏解等前期因素影響，開工時(shí)間較其他車站晚。而其他在相同地層情況的車站在溶洞處理、圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、基坑開挖過層中均出現(xiàn)過地面沉陷、圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏水、基坑涌水甚至涌砂的險(xiǎn)情，使參建各方在該站施工中保持高度警惕，采取各項(xiàng)措施提高安全系數(shù)，亦做好了應(yīng)對(duì)險(xiǎn)情的準(zhǔn)備。

3.1 做好房屋鑒定和應(yīng)急搶險(xiǎn)準(zhǔn)備

車站南側(cè)的房屋由于基礎(chǔ)簡(jiǎn)單、使用時(shí)間較長(zhǎng)、距離基坑僅有9米，安全風(fēng)險(xiǎn)極大。在開工前，施工單位按照業(yè)主部門要求編制周邊房屋基礎(chǔ)調(diào)查報(bào)告、委托有資質(zhì)的鑒定公司進(jìn)行房屋鑒定，了解房屋狀況。為確保出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)能及時(shí)疏散居民，施工單位通過聯(lián)系街道、居委等部門和上門登記的方式，記錄住戶人數(shù)、聯(lián)絡(luò)電話等信息。完成基礎(chǔ)資料收集后，業(yè)主和施工單位聯(lián)合政府相關(guān)部門，編制搶險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案。在預(yù)案中包含疏散、臨時(shí)安置、現(xiàn)場(chǎng)警戒、人員分工等內(nèi)容，并按照方案進(jìn)行了演練。在日常施工中，監(jiān)理和施工單位人員定期對(duì)周邊進(jìn)行巡視，檢查地面、房屋是否出現(xiàn)裂縫，并詳細(xì)記錄。

在基坑開挖階段，為防止出現(xiàn)連續(xù)墻間滲漏水、砂或基底涌水涌砂，施工單位編制了應(yīng)急預(yù)案，定期進(jìn)行演練，現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備了充足的搶險(xiǎn)物資、機(jī)具。

第三方監(jiān)測(cè)單位嚴(yán)格按施工圖要求定期對(duì)房屋、地面、水位、連續(xù)墻變形、支撐軸力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)確保安全予以幫助。

3.3采用雙輪銑進(jìn)行連續(xù)墻成槽施工

車站連續(xù)墻成槽中，采用了德國(guó)寶峨公司生產(chǎn)的寶峨雙輪銑。與傳統(tǒng)的沖樁相比，其優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）適應(yīng)性強(qiáng)，通過更換不同類型的刀具，即可在淤泥、沙、礫石、卵石以及中硬強(qiáng)度的巖石開挖，處理的巖層強(qiáng)度達(dá)50～100MPa。花城路站巖層的平均強(qiáng)度為70MPa，最高強(qiáng)度達(dá)到90 MPa，深度約20m，通過比選，采用BC40的雙輪銑。

（2）鉆進(jìn)效率高，在本站施工中，平均1.5個(gè)小時(shí)就完成一個(gè)槽段三刀的砂層及泥層地層的成槽，銑齒損耗基本為零，在灰?guī)r成槽中銑槽機(jī)平均0.76m3/h。一幅寬度為7.2m的槽段，銑槽機(jī)平均成槽時(shí)間為3天，而九號(hào)線其它相同地質(zhì)的車站，采用沖樁機(jī)一幅寬度為6m的槽段成槽時(shí)間約7天，部分甚至偏孔需要多次修正，施工時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月。

開挖過程中垂直度的監(jiān)測(cè)與導(dǎo)正

（3）成槽精度高，墻體垂直度可達(dá)0.3%以內(nèi)。液壓雙輪銑裝備DMS電子系統(tǒng)可時(shí)刻監(jiān)控液壓雙輪銑的工作參數(shù)及位置，專業(yè)器械裝置可對(duì)垂直度的偏差及時(shí)進(jìn)行修正。在本站施工中，成槽施工后澆筑混凝土的方量與施工圖相比，擴(kuò)孔系數(shù)約1.17，而其他車站使用沖樁機(jī)擴(kuò)孔系數(shù)約1.8，甚至達(dá)到2.5。銑槽機(jī)成槽既節(jié)約了混凝土用量，亦減輕了基坑開挖時(shí)處理侵限連續(xù)墻的時(shí)間和費(fèi)用，

（4）銑槽機(jī)施工時(shí)噪音低，震動(dòng)弱，對(duì)周邊房屋擾動(dòng)和居民生活影響小，在施工過程未接到關(guān)于房屋震動(dòng)開裂的投訴。

（5）銑槽機(jī)切削渣通過反循環(huán)系統(tǒng)并經(jīng)過泥漿處理系統(tǒng)的分離可重復(fù)利用，分離出來的砂可運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)指定的渣土存放區(qū)或直接運(yùn)出工地。避免了施工時(shí)泥漿橫流，工地文明施工較好。

盡管使用銑槽機(jī)的成本較高，但其施工時(shí)間短、震動(dòng)小、成槽精度高，與沖樁機(jī)相比節(jié)約了工期和管理成本，確保了周邊房屋的安全，減少對(duì)居民的生活影響，在該站中值得使用。

4、施工案例

在溶土洞處理階段，在其中一處已探明溶洞進(jìn)行處理時(shí)發(fā)現(xiàn)一土洞，洞高10米，施工單位發(fā)現(xiàn)漿液流失后，馬上設(shè)立警戒線，對(duì)該土洞進(jìn)行不間斷注漿填充，先用雙液漿封邊，注360.16m3，再采用單液漿對(duì)基坑內(nèi)注漿298.86m3處理完成后，地面穩(wěn)定，溶洞檢測(cè)后合格。

2013年某日夜間22：30左右，在基坑南側(cè)中部某槽段進(jìn)行成槽施工進(jìn)尺至16.5m時(shí)，施工人員發(fā)現(xiàn)泥漿液面下降。施工單位快速采取濃泥漿回灌保壓，之后泥漿液面保持穩(wěn)定，再及時(shí)用土方回填反壓。經(jīng)測(cè)量和現(xiàn)場(chǎng)巡視，周邊管線和地面沒有發(fā)生沉降。應(yīng)急處理完成后，對(duì)該區(qū)域的地質(zhì)進(jìn)行分析，槽段臨近的勘察孔揭示沒有溶洞。經(jīng)過應(yīng)急處理完成立即對(duì)該槽段四周進(jìn)行鉆孔注漿，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)的鉆孔，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)向孔內(nèi)側(cè)12.4～13.5m的位置有一個(gè)0.9m的溶洞，外側(cè)12.8～13.2m、14.5～14.9m有串珠狀的溶洞。對(duì)溶洞孔灌注水泥漿，并對(duì)四周進(jìn)行巡查，沒有發(fā)現(xiàn)異常，測(cè)量復(fù)核沒有發(fā)生沉降，后續(xù)溶洞檢測(cè)合格。