明挖基坑巖溶處理施工技術(shù)研究

周 全

(中鐵十六局集團(tuán)有限公司， 北京 101100)

0 前言

要想從根本上杜絕巖溶地質(zhì)給城際鐵路施工以及運行帶來的危害和風(fēng)險，在設(shè)計工作前期就要選擇合理的站位和線路，盡可能規(guī)避巖溶發(fā)育區(qū)域，當(dāng)受客觀因素限制，確實難以避免時，應(yīng)對巖溶進(jìn)行處理后方能進(jìn)行施工，從而確保后期施工及運營安全。本文結(jié)合珠三角城際廣佛環(huán)線GFHD-2 標(biāo)太和站前后明挖基坑巖溶處理施工加以論述。

1 工程概況

太和站站前明挖段基坑長652m，寬13～25m，深18～28m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用0.8m厚地下連續(xù)墻，豎向采用四道支撐，第一道為混凝土支撐，其余為鋼支撐。太和站明挖基坑長262m，寬47.5m～72.9m，深18～23m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1m厚地下連續(xù)墻，基坑豎向采用三道混凝土支撐。太和站大里程明挖段基坑長821m，寬13～19m，深9～17m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用0.8m厚地下連續(xù)墻，豎向采用四道支撐，第一道為混凝土支撐，其余為鋼支撐。

2 工程地質(zhì)特征分析

2.1 地質(zhì)特征概述

丘間谷地，地面較平坦、開闊。谷地地層為第四系人工填土及第四系沖洪積黏土、粉質(zhì)黏土、粗粒砂、圓礫土等，基巖為石炭系下統(tǒng)灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r，灰色～灰黑色，呈強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化，灰?guī)r巖質(zhì)堅硬，局部收地質(zhì)構(gòu)造影響較破碎。

2.2 特殊地質(zhì)、不良地質(zhì)及地質(zhì)構(gòu)造

（1）沿線地貌上屬珠三角洲沖積平原、丘陵地貌，場地土存在軟土地層和液化土地層，按照國家標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50909-2014）第4.2.1條判斷，場地屬抗震不利地段，場地土類型屬中軟土～中硬場地土，結(jié)合沿線設(shè)計階段勘察的地質(zhì)情況場地覆蓋層厚度0.00～43.0m，確定建筑場地類別為II類。

（2）根據(jù)鉆探揭示該地段基巖存在隱伏溶洞，場地第四系覆蓋層厚度為8.7～25.0m，屬覆蓋型巖溶區(qū)，除巖溶發(fā)育外，還分布大量的沖洪積物。由于地下水位較高，第四系地層受地下水影響，強(qiáng)度較低，在施工過程中極易引起地面塌陷，在溶洞頂板較薄的地段，樁基施工時易引起地面沉陷或樁機(jī)陷落事故。

2.3 水文地質(zhì)特征

場地地表水較發(fā)育，主要為水溝水，其受大氣降水影響顯著。地下水按其賦存介質(zhì)不同主要分為孔隙潛水、巖溶裂隙-溶洞水?？紫稘撍饕x存于填土層、砂層中，水量豐富，水利聯(lián)系暢通，略具承壓性，為場地主要含水層；巖溶裂隙水-溶洞水分布于下覆灰?guī)r的溶隙、溶洞中，水量受巖溶的發(fā)育程度及其連通性影響而變化較大，據(jù)設(shè)計鉆探資料分析，多數(shù)地段巖溶為較發(fā)育，巖溶水水量豐富，具承壓性，巖溶的發(fā)育及地下水位的變化對沿線隧道及地下工程影響較大。根據(jù)鉆孔水樣分析，地表水具有化學(xué)侵蝕性，其化學(xué)侵蝕環(huán)境作用等級為H2、無鹽類結(jié)晶破壞作用，無氯鹽侵蝕；地下水具有化學(xué)侵蝕，其化學(xué)侵蝕環(huán)境作用等級為H1，無鹽類結(jié)晶破壞作用，具有氯鹽侵蝕，其氯鹽作用等級為L1。碳化環(huán)境作用等級為T3。

3 巖溶處理施工技術(shù)

3.1 巖溶處理的目的

（1）減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)在施工時產(chǎn)生坍塌的風(fēng)險；

（2）預(yù)防土洞在地下水作用下迅速發(fā)展的風(fēng)險，減少后期運營的風(fēng)險；

（3）預(yù)防巖溶通道在基坑開挖時的突、涌水對基坑及周邊建、構(gòu)筑物的破壞，提高砂土地基抗巖溶局部坍塌的能力，提高隧道結(jié)構(gòu)的安全性；

（4）滿足永久隧道結(jié)構(gòu)的承載力、變形溶、土洞填充物性質(zhì)軟弱，隨著時間的推移，并受周邊環(huán)境的變化以及地下水活動的影響，很可能出現(xiàn)洞體坍塌現(xiàn)象。通過對洞體充填物的加固處理，提高其自身強(qiáng)度，從而提高洞體的穩(wěn)定性，降低洞體坍塌而引起的地層塌陷，進(jìn)而減小變形縫處的差異沉降。

由以上幾點可以看出巖溶注漿的目的是形成隔水帷幕，加固地基、減小沉降、提高結(jié)構(gòu)承載力滿足線路運行要求。

3.2 巖溶處理的原則

（1）先探后灌，探灌結(jié)合。

（2）查明基坑范圍內(nèi)及影響地段的各種巖溶洞穴和土洞的具體位置，在垂直方向和水平方向分布、連通性及規(guī)模、埋深、巖溶充填物性狀，并分析成因及發(fā)展趨勢，對逐個溶土洞進(jìn)行專項注漿處理。

（3）對溶洞范圍內(nèi)地層進(jìn)行雷達(dá)掃描，確保地層密實后，進(jìn)行地下連續(xù)墻施工及后續(xù)土方開挖、主體結(jié)構(gòu)施工。

3.3 巖溶處理的施工流程

3.4 巖溶處理施工方案

3.4.1 巖溶探測

首先進(jìn)行場地平整及測量定位工作，現(xiàn)場放樣出基坑的外邊線及每幅地下連續(xù)墻的具體位置。然后沿基坑兩側(cè)地下連續(xù)墻中線，在每幅地下連續(xù)墻（每幅地連墻長6m）兩端各1.5m位置，分別施作1個φ100超前地質(zhì)鉆孔作為先導(dǎo)孔，超前預(yù)測墻底持力層范圍內(nèi)的溶（土）洞，鉆孔深度按鉆至連續(xù)墻底以下完整基基巖不小于3m～5m，遇溶洞鉆至溶洞底板以下不小于3～5m。當(dāng)在先導(dǎo)孔中發(fā)現(xiàn)溶洞，則以該孔為中心，沿周邊2m范圍布設(shè)一圈探邊孔（8個），鉆孔深度同先導(dǎo)孔原則，先導(dǎo)孔中若再發(fā)現(xiàn)溶洞，則繼續(xù)進(jìn)行探邊，直至連續(xù)墻外側(cè)3m范圍，內(nèi)側(cè)直至無溶洞。先導(dǎo)孔及探邊孔鉆設(shè)完成后均埋設(shè)PVC管，兼做后期注漿孔。

基坑內(nèi)根據(jù)基坑寬度，施做 1～3排超前鉆孔做為先導(dǎo)孔（橫向間距不大于6m），縱向間距6m，鉆至結(jié)構(gòu)底板以下完整基巖不小于8～10m，在此深度范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)較大的溶洞或土洞，則鉆至溶洞底板以下不小于8～10m。當(dāng)先導(dǎo)孔中發(fā)現(xiàn)溶洞中進(jìn)行溶洞探邊，探邊孔沿發(fā)現(xiàn)溶洞的先導(dǎo)孔周邊2m布設(shè)一圈（8個）。

3.4.2 巖溶注漿

通過進(jìn)行先導(dǎo)孔及探邊孔探測，對每個巖溶、土洞等位置、大小、充填情況以及水系情況探查清楚后，逐個對巖溶進(jìn)行注漿處理。漿液根據(jù)溶土洞大小采用水泥漿或水泥砂漿。

3.4.2.1 注漿工藝流程

3.4.2.2 注漿方案

注漿孔位標(biāo)定后，移動鉆機(jī)至鉆孔位置。鉆機(jī)就位后，用傾斜尺、水平尺等工具調(diào)整鉆機(jī)角度，使得鉆機(jī)呈水平，安裝牢固，定位穩(wěn)妥。注漿前選取代表性的一個巖溶進(jìn)行工藝性試驗，從而確定漿液配合比、注漿壓力、注漿量技術(shù)參數(shù)試驗。當(dāng)驗證表明選取合理時，按選取的參數(shù)進(jìn)行注漿。注漿漿液按下列原則進(jìn)行選?。?/p>

（1）對于大于3m無填充和半填充溶（土）洞（含特大溶洞）可采用?200的PVC套管注水泥砂漿，水泥砂漿配比建議：水：水泥：砂=2.0：1.0：1.5，具體根據(jù)現(xiàn)場試驗確定；對于非填充或半填充的較大溶洞，可采用泵送混凝土填充。

（2）周邊孔：純水泥漿+水玻璃。雙液漿現(xiàn)場配合比試驗時，以初凝時間為指標(biāo)進(jìn)行控制，綜合考慮漿液的可泵性時間。雙液漿配比建議：水泥漿水灰比=1:1，水泥漿：水玻璃=1:1（重量比），水玻璃濃度Be=38～43，模數(shù)2.4～3.0。

（3）中央孔：純水泥漿，水灰比建議為0.6～1.0。

注漿時由巖溶周邊向中間進(jìn)行，先兩側(cè)后中間，跳孔施鉆，不應(yīng)全部鉆孔完成后再注漿，以免孔位串漿，增加難度及清孔工作量；巖層破碎容易造成坍孔時，應(yīng)采用前進(jìn)式注漿，否則采用后退式注漿。

3.4.2.3 注漿工藝要點及技術(shù)措施

（1）熟悉本段隧道巖溶分布情況，提前作好施工技術(shù)交底等工作。

（2）每次注漿施工前，對鉆機(jī)、注漿泵、拌漿機(jī)等機(jī)械進(jìn)行檢查、調(diào)試、維修，使其保持良好的狀態(tài)。

（3）根據(jù)巖溶注漿孔位平面布置圖，對各孔位進(jìn)行放樣，并測量、記錄對應(yīng)的孔口地面高程。

（4）注漿鉆孔采用鉆機(jī)成孔，鉆機(jī)須安裝牢固，定位穩(wěn)妥、固定。注漿孔應(yīng)跳孔施鉆，不應(yīng)全部鉆孔完后再注漿，以免孔位串漿，增加難度及清孔工作量。

（5）鉆機(jī)成孔插入注漿管后及時封堵孔口及附近的地面裂縫以防冒漿。

（6）注漿用的漿液應(yīng)經(jīng)過攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蟛拍荛_始注漿，并應(yīng)在注漿過程中不停地緩慢攪拌，攪拌時間應(yīng)小于漿液初凝時間。漿液在泵送前應(yīng)經(jīng)過篩網(wǎng)過濾。

（7）注漿過程中盡可能控制流量和壓力，防止?jié){液流失。

（8）施工前應(yīng)向有關(guān)部門收集和調(diào)查地下設(shè)施、地下管線的具體位置。

（9）加強(qiáng)地表監(jiān)控量測，監(jiān)控項目為地表沉降、地表側(cè)向位移，按5m布置一處監(jiān)測斷面，量測頻率2～3次/天，根據(jù)實測最大位移值、位移變化速度和位移時態(tài)曲線判斷管理級別，如變形超出規(guī)范允許值，及時啟動相關(guān)應(yīng)急預(yù)案確保施工安全；注漿過程應(yīng)加強(qiáng)周邊建構(gòu)筑物監(jiān)控量測，并做好技術(shù)資料和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)記錄、整理、分析工作，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時處理。

3.4.2.4 效果檢測

（1）地連墻溶洞處理完成后，應(yīng)在巖溶部位進(jìn)行抽芯檢測，檢測溶洞的充填情況，當(dāng)不符合要求時繼續(xù)進(jìn)行充填注漿，直至滿足設(shè)計要求。

（2）基坑內(nèi)巖溶處理完成后，采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行掃描，當(dāng)扔發(fā)現(xiàn)有異常部位時，及時采用鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔驗證，并進(jìn)行注漿填充，直至滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)語

巖溶段明挖隧道基坑施工，屬于高風(fēng)險施工，施工過程中由于巖溶的存在可能產(chǎn)生坍塌、地連墻難以成孔、底板承載力不滿足要求等不良災(zāi)害，同時對后期運營產(chǎn)生安全隱患。結(jié)合珠三角城際廣佛環(huán)線GFHD-2 標(biāo)巖溶處理經(jīng)驗，通過對逐個巖溶的范圍、大小等詳細(xì)布置情況進(jìn)行探測，對巖溶進(jìn)行逐個注漿處理并運用雷達(dá)探測等手段后，能確保基坑安全穩(wěn)定。希望本文研究內(nèi)容能為廣東以及全國類似的巖溶處理提供有效的借鑒和參考。

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