昆明地鐵區(qū)間施工中的溶洞處理研究

摘要：城市地鐵建設(shè)施工中經(jīng)常面對(duì)各類地質(zhì)條件，在很多地區(qū)，溶洞處理往往成為難題。以昆明地鐵施工為背景，該地區(qū)巖溶極其發(fā)育。通過(guò)前期勘察，分析巖溶形態(tài)及分布規(guī)律，再對(duì)其力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)合周邊施工環(huán)境進(jìn)行處理方案的比選，最終選擇適宜的處理方法和施工工法，并在施工實(shí)踐后對(duì)處理措施進(jìn)行總結(jié)，是溶洞處理研究中的一系列手段。

關(guān)鍵詞：地鐵；施工；溶洞；處理

1 引言

巖溶（或稱喀斯特）指可溶性巖石經(jīng)水的長(zhǎng)期作用所形成的各種奇特地質(zhì)形態(tài)。如石灰?guī)r、泥灰?guī)r、大理巖、石膏、鹽巖受水作用可形成溶洞、溶溝、暗河、落水洞等一系列形態(tài)（圖1）。

1-石芽、石林；2-漏斗；3-落水洞；4-溶蝕裂隙；

5-塌陷洼地；6-溶溝、溶槽；7-暗河；8-溶洞；9-鐘乳石

圖1 巖溶巖層剖面圖

根據(jù)填充情況，溶洞可分為：

（1）全空溶洞：溶洞內(nèi)無(wú)任何填充物或者絕大部分空間被地下水充填。

（2）部分填充溶洞：溶洞內(nèi)部分被淤泥或其他力學(xué)性質(zhì)較差巖土填充。

（3）完全填充溶洞：溶洞被粉土、粘土或其他力學(xué)性質(zhì)較好的巖土填充。

2 工程背景

昆明軌道交通北京路圓通街巖溶發(fā)育地段為圓通街站及圓通街站相臨兩半個(gè)盾構(gòu)區(qū)間。

昆明北站～圓通街站、圓通街站～人民路站兩個(gè)區(qū)間存在溶洞，以充填、半充填溶洞為主，充填物質(zhì)主要為軟塑狀粘土、粉質(zhì)粘土，局部夾碎石，詳見(jiàn)表1。昆明北站站～圓通街站區(qū)間線路沿北京路（寬60m）走向，線間距14.0m，環(huán)城北路以北部分線路位于北京路東側(cè)，環(huán)城北路以南部分線路位于北京路路中。區(qū)間線路兩側(cè)主要為居民住宅小區(qū)、商用樓，建筑層數(shù)2～12層不等，以10層以下居多，局部建有20層以上建筑。線路軌面埋深13.9～17.9m，結(jié)構(gòu)主要穿越圓礫土層、（破碎）中風(fēng)化灰?guī)r層、全風(fēng)化構(gòu)造角礫巖層，區(qū)間右線全長(zhǎng)630m，穿越的灰?guī)r段長(zhǎng)度約為265m，占區(qū)間總長(zhǎng)的40%。圓通街站～人民路站區(qū)間線路沿北京路（寬60m）走向，線路位于北京路路中，線間距14.0m。區(qū)間線路兩側(cè)主要為居民住宅小區(qū)、商用樓，建筑層數(shù)2～12層不等，以10層以下居多，局部建有20層以上建筑。線路軌面埋深13.4～14.7m，結(jié)構(gòu)主要穿越黏土層、（破碎）中風(fēng)化灰?guī)r層、全風(fēng)化泥巖層、圓礫土層、粉土層，區(qū)間右線全長(zhǎng)為583m，穿越的灰?guī)r段長(zhǎng)度約為102m，占區(qū)間總長(zhǎng)的17%。

圖2 擬建地鐵地理位置圖

3 勘察方法及工作量布置

按照《鐵路工程勘察規(guī)范》（TB10012-2007），對(duì)車站、隧道巖溶發(fā)育地段應(yīng)采用綜合物探手段確定物性異常范圍，并采用鉆探手段加以驗(yàn)證。

按照《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范》（GB50307-1999），復(fù)雜場(chǎng)地車站機(jī)動(dòng)鉆孔間距<25m，中等復(fù)雜場(chǎng)地區(qū)間30～50m。

為提高地質(zhì)資料的準(zhǔn)確性，針對(duì)巖溶發(fā)育地段采用地質(zhì)雷達(dá)法結(jié)合機(jī)動(dòng)鉆孔的綜合勘探方法，并加大勘探密度，判定場(chǎng)區(qū)巖溶發(fā)育程度及形態(tài)特點(diǎn)。

布孔原則：車站勘探孔主要按建筑物輪廓線及圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外側(cè)2～3m位置布設(shè)，勘探孔間距距離一般約為10m，勘探深度約為車站底板以下完整基巖10m。

區(qū)間勘探孔沿軌道兩側(cè)邊線對(duì)稱布置，勘探點(diǎn)平均距約20m，控制性鉆孔深度至隧道底板以下2.5倍隧道洞徑，洞底以下10m完整基巖。

勘察結(jié)果表明，本區(qū)屬隱伏巖溶區(qū)，可溶巖基本被覆蓋，鉆孔見(jiàn)洞率約為82%。溶洞垂直方向主要分布在：標(biāo)高1868.70～1886.99m，埋深：5.20～24.00 m，洞高：0.90～21.60m，高度小于2.00m 約為40%，2.0～5.0m約30%個(gè)，大于5.00m約為30%，最大溶洞21.60m。溶洞多數(shù)被充填，充填物為軟塑狀～可塑狀粉質(zhì)粘土，部分為圓礫土夾砂充填，局部夾碎石，部分溶洞呈半邊狀、串珠狀分布，鉆探過(guò)程中揭露有3個(gè)空溶洞。鉆進(jìn)過(guò)程中均漏水，不返水。

4 物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

該地段巖石物理力學(xué)指標(biāo)詳見(jiàn)表2。

5 區(qū)間溶洞處理措施

5.1 區(qū)間常用工法介紹

目前，國(guó)內(nèi)外城市地鐵區(qū)間施工較為成熟的方法有盾構(gòu)法、明挖法、礦山法。

（1）盾構(gòu)法

盾構(gòu)法在國(guó)內(nèi)地鐵中得到了較為成功的應(yīng)用，該法施工對(duì)周圍建筑及地面變形控制較好、施工速度快，施工環(huán)境好，且隨著盾構(gòu)機(jī)制造技術(shù)的成熟，盾構(gòu)隧道的造價(jià)已接近甚至低于礦山法隧道或明挖法隧道。

盾構(gòu)機(jī)設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格昂貴，在不利的地層條件下，對(duì)其選型須慎重。另外盾構(gòu)法不適用于結(jié)構(gòu)尺寸復(fù)雜多變地段的隧道施工，如渡線段、存車線地段等。

（2）明挖法

明挖法是一種便捷的施工方法，它適用各種不同的地質(zhì)條件，施工工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，施工安全，質(zhì)量可靠。其缺點(diǎn)是施工時(shí)對(duì)周圍環(huán)境和交通影響較大，且在隧道較深的情況下施工風(fēng)險(xiǎn)較大，工程造價(jià)較高。

一般而言，明挖法主要用于當(dāng)隧道埋深較淺，且地面有足夠的施工場(chǎng)地的地段，在基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)無(wú)重要的市政管線或市政管線可以臨時(shí)改移，城市道路交通流量不大或當(dāng)需要封閉道路交通時(shí)有臨時(shí)改道條件，特別是盾構(gòu)工作井、隧道洞口地段覆土較淺處等地段，均適宜采用明挖法施工。

（3）礦山法

礦山法適用于隧道埋深較深，地質(zhì)情況較好，地下水含量小或地下水位較低的情況。礦山法施工對(duì)地層變化的適應(yīng)性強(qiáng)，技術(shù)成熟，工法簡(jiǎn)單，施工對(duì)周邊環(huán)境、地下管線和交通的影響較小。當(dāng)隧道圍巖松散、地下水含量大或地下水位較高時(shí)，須采取降水、注漿加固等輔助施工措施。施工所產(chǎn)生的地表沉降量也較大，工期較長(zhǎng)，施工的安全性較差，投資的可控性差。

5.2 施工工法比選

對(duì)非隱伏巖溶區(qū)而言，上述三種工法各有優(yōu)缺點(diǎn)，各工法的優(yōu)缺點(diǎn)詳表5。

對(duì)隱伏巖溶區(qū)地鐵隧道施工而言，施工工法的選擇要著重考慮巖溶對(duì)隧道的影響，一般遵循能避讓就盡量避讓，不能避讓就進(jìn)行治理的原則，現(xiàn)就相關(guān)工法在地鐵隧道施工的適宜性及產(chǎn)生的工程問(wèn)題做簡(jiǎn)單敘述。

（1）盾構(gòu)法的適宜性

在隱伏巖溶區(qū)，采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)隧道的工程問(wèn)題主要有如下幾個(gè)方面：

①盾構(gòu)隧道在基巖中通過(guò)，其工程問(wèn)題是巖溶洞穴的涌水、涌泥及盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)失控或陷落；

②盾構(gòu)隧道在復(fù)合地層中通過(guò)，即上部為土層，下部為基巖，其工程問(wèn)題是盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的控制，下部巖溶突水、突泥問(wèn)題，地面沉降問(wèn)題；

③盾構(gòu)隧道在隱伏巖溶區(qū)上覆地層中通過(guò)，其工程問(wèn)題較少，但仍需防止巖溶承壓水對(duì)盾構(gòu)施工的影響。

如盾構(gòu)隧道需要在巖溶區(qū)通過(guò)，并穿過(guò)巖溶洞穴，需事先探明穿越地層的溶洞分布及發(fā)育情況，采取注漿充填巖溶洞穴，在隧道通過(guò)地段，由外至里、由疏至密進(jìn)行充填。

（2）礦山法的適宜性

在隱伏巖溶區(qū)，礦山法開(kāi)挖隧道的工程問(wèn)題較多，主要有突水、突泥、地面塌陷等，隧道在上覆土層中通過(guò)則要驗(yàn)算隧道底板土層厚度是否能夠抵御巖溶承壓水的水頭，同時(shí)，亦要考慮第四系砂層地下水對(duì)隧道施工的影響。隧道在巖溶區(qū)基巖中通過(guò)時(shí)，仍需采取注漿充填巖溶洞穴。防止隧道開(kāi)挖時(shí)產(chǎn)生的突水、突泥、巖溶地面塌陷事故。而且對(duì)巖溶洞穴的充填處理難度高，處理費(fèi)用大，處理效果不理想。

（3）明挖法的適宜性

在隱伏巖溶區(qū)采用明挖法施工時(shí)，在明挖開(kāi)挖區(qū)域范圍內(nèi)的溶洞，可以通過(guò)基坑開(kāi)挖予以揭示，但是開(kāi)挖區(qū)以外的地層同樣需要首先探明溶洞的發(fā)育及分布情況，對(duì)于昆明軌道交通首期工程相關(guān)隱伏巖溶區(qū)的區(qū)間隧道而言，依據(jù)目前的鉆探資料，多數(shù)溶洞存在于隧道底板以下，仍待探明。

當(dāng)?shù)谒南低翆虞^厚時(shí)，采用明挖法施工可以避免暗挖法所遇到的工程問(wèn)題。但明挖法在第四系土層厚度較薄地段，基坑底板可能容易產(chǎn)生突水現(xiàn)象。同時(shí)，在第四系砂層厚度大、下水豐富的地段，則要求做好止水降水工作，要求基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)不但要滿足自身穩(wěn)定性，還要有可靠的止水、防水措施，確?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)能起到擋土止水作用。

綜上分析可得無(wú)論采取上述何種工法施工，巖溶區(qū)都存在事先探明溶洞分布及發(fā)育情況，探明后采取相關(guān)處理措施等工程問(wèn)題。對(duì)于昆明北站～圓通街站～人民路站區(qū)間而言，兩側(cè)建筑物密集，埋深較大，就周邊環(huán)境和埋深情況而言不適宜采用明挖法施工。如采用礦山法施工，除了上述分析的相關(guān)問(wèn)題外，圓礫層段需采取大量輔助施工措施，施工的安全性較差，亦不推薦。采用盾構(gòu)法施工風(fēng)險(xiǎn)小，施工速度快，推薦采用盾構(gòu)法施工。

對(duì)巖溶區(qū)采用盾構(gòu)法施工，還會(huì)遇到灰?guī)r強(qiáng)度的問(wèn)題，對(duì)于昆明軌道交通首期工程隱伏巖溶區(qū)而言，依據(jù)目前鉆孔揭示，灰?guī)r的最大飽和抗壓強(qiáng)度為118MPa左右，該巖石強(qiáng)度在復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)的處理范圍內(nèi)。

5.3 溶洞理論分析

溶洞的存在對(duì)結(jié)構(gòu)安全是否存在影響是確定其是否需要處理的前提，目前，對(duì)于城市地鐵地下區(qū)間而言，溶洞的存在對(duì)區(qū)間安全性的影響沒(méi)有相關(guān)的規(guī)范規(guī)定的定量或定性判據(jù)。在路基工程的相關(guān)設(shè)計(jì)中，有關(guān)于洞區(qū)路基設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定，包括如何判定溶洞對(duì)路基結(jié)構(gòu)的影響，以及如何處理有對(duì)結(jié)構(gòu)有影響的溶洞均有部分條文予以說(shuō)明。對(duì)于路基工程而言，判定溶土洞對(duì)結(jié)構(gòu)安全性影響的主要控制條件有兩個(gè)方面，一是底板安全厚度，二是溶洞離路基的安全距離。

5.3.1 頂板安全厚度

頂板安全厚度是溶洞穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的重要控制因素，評(píng)價(jià)溶洞穩(wěn)定性必須掌握和分析以下條件：

（1）洞穴條件：包括洞穴的位置、形態(tài)、大小、頂板厚度、洞頂形態(tài)、跨度、圍巖巖性、巖體強(qiáng)度、巖層產(chǎn)狀、節(jié)理裂隙狀況、頂板巖體的巖溶發(fā)育狀況等等。

（2）相關(guān)條件：荷載狀況（受荷時(shí)間、荷載性質(zhì)及大?。?，巖石含水量及溫度變化影響、水動(dòng)力條件及其搬運(yùn)作用等。

溶洞穩(wěn)定性評(píng)價(jià)是一個(gè)復(fù)雜而且比較困難的問(wèn)題。目前工程實(shí)踐中只能把以上因素加以概化，提出一些近似的辦法加以處理。以下幾點(diǎn)可供參考：

（1）近似結(jié)構(gòu)分析法

①荷載傳遞線交匯法

參照梁的設(shè)計(jì)，假定荷載擴(kuò)散角為30°～35°向下傳遞，此傳遞線交于頂板與洞壁的交點(diǎn)以外時(shí)，即認(rèn)為洞壁直接支承頂板上的外荷與自重，頂板是安全的。

②雙向板分析法

完整的水平頂板，可以近似地作為四周嵌制的矩形板驗(yàn)算其穩(wěn)定性。

③臨界厚跨比法

影響溶洞頂板穩(wěn)定性的四個(gè)主要因素為頂板的完整度、洞頂形態(tài)（成拱狀況）、頂板厚度和建筑物跨過(guò)長(zhǎng)度。以未成拱的水平頂板受力最不利，見(jiàn)圖8。

圖8 厚跨比概念圖

當(dāng)溶洞頂板都屬完整時(shí)，則可取水平頂板的厚度H與跨長(zhǎng)L之比為最小者，作為評(píng)價(jià)完整頂板安全厚度的臨界值，大于此值的頂板為安全。國(guó)內(nèi)不同研究資料對(duì)安全厚跨比提出了不同的經(jīng)驗(yàn)值，為0.20～0.87。

（2）相關(guān)理論分析

對(duì)于區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)而言，以下我們從隧道力學(xué)的角度出發(fā)，分析溶洞距離區(qū)間隧道底部的安全距離。對(duì)于處于圖9所示的原巖應(yīng)力狀態(tài)的邊界條件下，毛洞形成后，圍巖的應(yīng)力開(kāi)始重分布，其應(yīng)力狀態(tài)見(jiàn)圖10。

圖9 毛洞應(yīng)力邊界條件

圓形洞室的開(kāi)挖對(duì)相關(guān)應(yīng)力的影響情況，根據(jù)隧道力學(xué)的相關(guān)原理，依據(jù)G.Kirsch公式，對(duì)軸對(duì)稱條件下的地下洞室而言，其應(yīng)力狀態(tài)可通過(guò)圖11予以表示。

圖10 軸對(duì)稱條件下毛洞時(shí)的圍巖應(yīng)力狀態(tài)

由圖10分析可得，隨著 的增加，即離隧道洞室周邊愈遠(yuǎn)，洞室周邊圍巖的應(yīng)力都很接近原巖應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng) 大于5時(shí)，相差都在5%以內(nèi)（為4%）。

（3）本工程取值

在區(qū)間隧道開(kāi)挖前，地層中存在的溶洞在自然條件下是穩(wěn)定的，隧道開(kāi)挖后，受隧道周邊地層應(yīng)力重分布的影響，溶洞的應(yīng)力狀態(tài)也相應(yīng)的發(fā)生了改變，可能會(huì)導(dǎo)致溶洞的失穩(wěn)，甚至塌陷，直至周圍地層建立新的穩(wěn)定平衡。

由上一節(jié)的分析可知，對(duì)于存在毛洞的地層而言，當(dāng) 大于5時(shí)，洞室周邊的應(yīng)力與原巖應(yīng)力狀態(tài)相差都在5%以內(nèi)。而區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)為存在支護(hù)的洞室結(jié)構(gòu)，對(duì)于存在支護(hù)的洞室而言，其應(yīng)力影響范圍較毛洞要小，因此，對(duì)于區(qū)間隧道施工前穩(wěn)定的溶洞而言，當(dāng)其位于隧道結(jié)構(gòu)底板以下 （12.4m）時(shí)，區(qū)間隧道的施工開(kāi)挖對(duì)溶洞應(yīng)力狀態(tài)的影響可以忽略不計(jì)，考慮到管片襯砌結(jié)構(gòu)的支護(hù)作用，本工程結(jié)構(gòu)底部以下10m以下的溶洞可認(rèn)為不受盾構(gòu)施工的影響。

5.3.2 側(cè)面安全距離

（1）相關(guān)規(guī)范規(guī)定

關(guān)于溶洞距離結(jié)構(gòu)物側(cè)面的安全距離問(wèn)題，在地鐵區(qū)間隧道方面也沒(méi)有相關(guān)資料介紹，在路基工程設(shè)計(jì)方面有相應(yīng)條文?！豆仿坊O(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30-2004）以及《鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10035-2006）均有類似的規(guī)定，具體為當(dāng)巖溶地貌位于路基兩側(cè)時(shí)，應(yīng)判定巖溶對(duì)路基的影響。對(duì)于開(kāi)口的巖溶地貌可參照自然邊坡來(lái)判別其穩(wěn)定性及其對(duì)路基的影響；對(duì)于地下溶洞可按坍塌時(shí)的擴(kuò)散角（見(jiàn)圖11）、式（4-1）計(jì)算其影響范圍。

圖11 溶洞安全距離計(jì)算示意圖

（4-1）

（4-2）

式中： ——溶洞頂板厚度（m）

——坍塌擴(kuò)散角（°）

——安全系數(shù)，取1.10～1.25

——巖石內(nèi)摩察角。

如在頂板巖層上有覆蓋土層，則自土層底部用45°角向上繪斜線，求出與地面的交點(diǎn)。路基坡腳應(yīng)在交點(diǎn)范圍以外。路基坡腳處于溶洞坍塌擴(kuò)散的影響范圍之外，該溶洞可不作處理。

（2）相關(guān)理論分析

（支護(hù)應(yīng)力為原巖應(yīng)力的0.5倍）

圖13 軸對(duì)稱條件下有支護(hù)時(shí)圍巖應(yīng)力狀態(tài)

地下區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)為存在支護(hù)的圓形洞室結(jié)構(gòu)，對(duì)于存在支護(hù)結(jié)構(gòu)的圓形洞室而言，其應(yīng)力狀態(tài)可通過(guò)圖13予以表示。

由圖13分析可得，隨著 的增加，即離隧道洞室周邊愈遠(yuǎn)，洞室周邊圍巖的應(yīng)力都很接近原巖應(yīng)力狀態(tài)，在支護(hù)應(yīng)力為原巖應(yīng)力的0.5倍時(shí)，當(dāng) 大于4時(shí)，相差都在5%以內(nèi)（為3.13%），當(dāng) 等于3時(shí)，相差為5.56%。

（3）本工程取值

對(duì)區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)而言，由上述分析可知，在存在管片襯砌支護(hù)的前提下，當(dāng) 等于3時(shí)，區(qū)間隧道洞室周邊的應(yīng)力與原巖應(yīng)力狀態(tài)相差為5.56%以內(nèi)，因此，對(duì)于工程施工前本穩(wěn)定的溶洞而言，當(dāng)其位于隧道結(jié)構(gòu)側(cè)面邊線 （6.2m）以外時(shí)，洞室開(kāi)挖對(duì)溶洞的影響可以忽略不計(jì)，即距離本工程結(jié)構(gòu)側(cè)面結(jié)構(gòu)邊線6.2m以外的溶洞可認(rèn)為不受盾構(gòu)施工的影響。

5.4 溶洞的處理

相關(guān)路基規(guī)范規(guī)定，對(duì)路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有影響的溶洞均應(yīng)采取相應(yīng)的措施予以處理，具體如下。

《鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10035-2006）規(guī)定線路應(yīng)盡量繞避巖溶發(fā)育地區(qū)，繞避困難時(shí)，路基工程宜選擇在巖溶發(fā)育最窄、易于處理的位置通過(guò)。同時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施：

（1）裸露和埋藏較淺的溶洞可根據(jù)其大小、深度、所處位置及施工條件選擇回填封閉、蓋板跨越、支頂加固等措施處理。覆蓋層厚度小于5m的溶洞和溶蝕裂隙發(fā)育帶，采用注漿加固時(shí)，注漿深度應(yīng)根據(jù)溶蝕裂隙發(fā)育情況或溶洞大小，頂板厚度，溶洞的厚跨比等綜合確定。路基基底以下處理深度不宜小于10m。

（2）埋藏較深的溶洞和溶蝕裂隙發(fā)育帶宜采用注漿封閉土、石界面、形成隔水帷幕、厚度為5～8m，其中進(jìn)入基巖內(nèi)的深度不宜小于3m；巖溶很發(fā)育，溶洞呈串珠狀或空洞較大時(shí)，進(jìn)入基巖內(nèi)的深度應(yīng)適當(dāng)增加。

（3）覆蓋層土洞埋藏較淺時(shí)，宜回填夯實(shí)并作好地表水的引排封閉處理；土洞埋藏較深時(shí)，宜采用充填、注漿或全覆蓋層注漿加固等措施處理。

（4）對(duì)易產(chǎn)生土洞的覆蓋層，宜針對(duì)誘發(fā)因素采取注漿加固或封堵等措施。

（5）注漿加固分段應(yīng)綜合考慮加固后地下水條件變化等因素的影響，消除隱患。

5.4.1 地下區(qū)間巖溶風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分

依據(jù)溶洞距離隧道結(jié)構(gòu)的距離（垂直距離和水平距離）將隧道周邊巖溶區(qū)域劃分為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

圖14 區(qū)間隧道溶洞風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分

圖14所示區(qū)域?yàn)楸竟こ虆^(qū)間隧道結(jié)構(gòu)周邊溶洞的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分示意圖，結(jié)構(gòu)側(cè)邊線兩側(cè)1D范圍內(nèi)一直延伸至地表及結(jié)構(gòu)邊線底部10m線以上部分區(qū)域?yàn)槿芏锤唢L(fēng)險(xiǎn)區(qū)段。上述區(qū)域以外的區(qū)域?yàn)榈惋L(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

5.4.2 地下區(qū)間溶洞處理

（1）處理原則

①為防止土洞擴(kuò)張危及區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)安全，凡是發(fā)現(xiàn)的土洞一律采取注漿充填處理；

②高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)需進(jìn)行重點(diǎn)處理；低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)一般不進(jìn)行處理，個(gè)別處有大溶洞或溶洞強(qiáng)烈發(fā)育視情況處理。

③溶洞分布及處理范圍參照隧道縱剖面圖結(jié)合施工探灌等相關(guān)手段綜合判定。

（2）處理目的

通過(guò)巖面注漿，對(duì)巖土交界面層處理，降低巖面土層與基巖水的互通性，降低土洞發(fā)生機(jī)率，同時(shí)提高該處地層的承載力；溶洞填充物灰?guī)r地層承載力有很大差別，通過(guò)對(duì)隧道一定深度范圍內(nèi)的溶洞預(yù)先充填處理，使溶洞范圍內(nèi)的地層達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度，改善盾構(gòu)推進(jìn)范圍內(nèi)地層的均質(zhì)性，減小水的流動(dòng)性，以保證施工和運(yùn)營(yíng)安全。

對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，溶洞采用“溶洞充填外加巖面注漿”及預(yù)留注漿管的方案綜合處理。充填處理主要是根據(jù)溶洞的大小及原始充填情況采取先充填砂夾石，再靜壓灌漿或直接靜壓灌漿的方法。根據(jù)以往在防治巖溶地面塌陷實(shí)踐，充填注漿是有效的措施，采用密布的壓漿孔可以揭露溶洞，消除隱患；壓漿以充填溶洞穴，防止其坍塌；漿液擴(kuò)散滲透，可消除或擊破相鄰溶洞使之坍塌隨即處理。

巖面注漿是采用袖閥管在巖土界面上進(jìn)行注漿加固，其目的主要是壓漿封堵基巖和土層的界面，壓漿管只在界面附近開(kāi)孔，用較高的壓力將界面上的溶槽、溶溝、破碎帶、構(gòu)造帶、節(jié)理、裂隙，全部用漿液固結(jié)，將界面周邊的溶洞填滿，將溶洞和界面連通的通路（洞口）封住，甚至固結(jié)，從而阻止已有溶洞、土洞的發(fā)生發(fā)展，阻止或延緩新溶洞的形成。

對(duì)于低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的個(gè)別溶洞僅做充填注漿處理。若遇空的巖溶通道、較大溶洞和裂隙，視具體情況先灌注中粗砂或稀的水泥砂漿對(duì)溶蝕腔體進(jìn)行充填，再采用水泥漿液或雙液注漿，全充填溶洞一般采用單液注漿。

區(qū)間隧道周邊注漿孔布置情況分別如圖15、16所示。

圖15 盾構(gòu)隧道注漿孔平面布置圖

（3）處理方案

①填充溶洞處理

采用靜壓灌漿法，在鉆孔中插入袖閥管下到溶洞底面，進(jìn)行深孔注漿。袖閥管采用Φ90PVC 管，注漿擴(kuò)散半徑設(shè)計(jì)為1.5m，鉆孔間距2.0m×2.0m正方形布置。靜壓灌漿法漿液采用純水泥漿，水灰比=0.5：1～1：1，注漿壓力0.2～0.3MPa；對(duì)于洞內(nèi)水有流動(dòng)性時(shí)，周邊孔應(yīng)在漿液中加入摻加速凝劑，控制漿液凝固時(shí)間在10～20 秒左右。注漿施工時(shí)，應(yīng)采取分序孔的注漿方式，采用先外圍后內(nèi)部、先下后上的注漿施工方法。為保證漿液不至于跑得太遠(yuǎn)，應(yīng)采用間歇定量分次，先低壓灌漿后高壓補(bǔ)強(qiáng)注漿的方法，在注漿壓力下，吸漿量1～2L/min穩(wěn)壓15min 終注。

圖16 盾構(gòu)隧道注漿孔橫斷面布置圖

②半填充、未填充溶洞的處理

當(dāng)溶洞高度大于2m時(shí)，地面鉆孔放入鋼套管并固定，將Φ200 注砂管放至溶洞上，用高壓風(fēng)機(jī)將干砂壓入，為防止洞內(nèi)高壓阻止灌砂，利用其它灌漿孔作為減壓孔。吹砂填充密實(shí)，壓力穩(wěn)定時(shí)即可停止。然后再用其它孔插入袖閥管靜壓灌漿填充密實(shí)。當(dāng)溶洞高度小于2m 時(shí)，直接采用袖閥管靜壓灌漿填充密實(shí)。

巖面注漿處理方案

巖面采用Φ90PVC 袖閥管注漿。加固區(qū)域?qū)挾葹榫€路中線兩側(cè)各1D（D為管片外徑），高度為巖面上1m 范圍內(nèi)的土層。注漿擴(kuò)散半徑設(shè)計(jì)為1.5m，布孔間距按3m ×3m 梅花型布置。首先施工90mm～130mm 直徑的鉆孔至巖面下0.5m，然后下袖閥管進(jìn)行注漿。

（4）處理順序

①先對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)周圈開(kāi)放連通的裂隙通道封閉注漿，然后處理中間區(qū)域，以確保注漿效果，減少注漿損失。

②中間區(qū)域梅花形跳孔施工，以防止跑漿，竄漿現(xiàn)象。

5.4.3 效果檢測(cè)

高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)溶洞經(jīng)注漿填充后其內(nèi)部土體應(yīng)有良好的均勻性、自立性、密閉性，采用隨機(jī)鉆孔取芯，加固后取芯無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于1.0MPa，在換刀處標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)提高，檢測(cè)數(shù)量不少于注漿孔數(shù)量的3%。同時(shí)在對(duì)取心鉆孔輔以壓水試驗(yàn)，檢查鉆孔注漿加固體透水性強(qiáng)弱和充填密實(shí)度。

6 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于存在溶洞的地鐵區(qū)間施工，無(wú)論采取上述何種工法施工，巖溶區(qū)都存在事先探明溶洞分布及發(fā)育情況，探明后采取相關(guān)處理措施等工程問(wèn)題，而昆明地區(qū)最宜采用的施工工法為盾構(gòu)法。施工之前應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的頂板安全距離和側(cè)面安全距離進(jìn)行理論分析，對(duì)填充溶洞采取靜壓灌漿法處理，對(duì)半填充、未填充溶洞采取灌砂或巖面注漿處理。

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