充水溶洞對地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響分析

高揚(yáng)

中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司 江蘇 南京 210000

1 引言

深圳市龍崗片區(qū)碳酸鹽類巖層分布十分廣泛，巖溶問題較為突出，在此地質(zhì)條件下修建地鐵，應(yīng)對充水溶洞進(jìn)行特定勘查，掌握其分布位置、大小、充填物等特性，并分析其對地鐵隧道的變形影響，然而目前我國對充水溶洞的勘察技術(shù)還不夠完善，使得研究充水溶洞對隧道變形影響變得更為困難。因此，開展有關(guān)充水溶洞對地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響研究具有重要的實(shí)際意義。

2 工程概況

根據(jù)勘察報(bào)告，深圳市軌道交通14號線沿線約13 平方公里存在碳酸鹽類裂隙溶洞，含水層巖組由下石炭統(tǒng)石磴子組、上石炭統(tǒng)壺天群灰?guī)r組成，巖溶孔隙及裂隙發(fā)育極不均勻，導(dǎo)致該含水巖組富水性不均。隧道及充水溶洞所在斷面處地層由上至下為1-1素填土、3-1淤泥、3-2淤泥質(zhì)黏性土、3-6粉砂、3-7細(xì)砂、3-8中砂、3-9粗砂、3-10礫砂、3-12卵石、7-5粉質(zhì)黏土、31-4微風(fēng)化大理巖。其中31-4微風(fēng)化大理巖為白、灰白色，變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，裂隙較發(fā)育。場地鉆孔353個(gè)，117個(gè)鉆孔揭露溶洞、土洞，見洞隙率為33.1%，線巖溶率2.7%，屬極富水的含水巖組。

3 三維有限元數(shù)值模擬分析

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)與以往工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)充水溶洞位于地鐵隧道結(jié)構(gòu)的底部時(shí)，充水溶洞對地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響最大，可通過Midas-GTS建模分析充水溶洞位于隧道底部時(shí)對地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響情況。

根據(jù)勘察報(bào)告與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，隧道上覆土厚度為10m，隧道底部距離充水溶洞的距離為3m。建立的模型寬度為隧道底部埋深的2倍，模型深度為充水溶洞底部埋深的2倍，確定模型的大小為（長×寬×高）為10m×40m×46 m，對X、Y方向限定水平位移，對Z方向限定豎向位移，三維模型及網(wǎng)格劃分見圖1。

圖2 水平位移云圖

圖3 豎向位移云圖

圖1 三維有限元模型網(wǎng)格圖

模型只考慮充水溶洞對已運(yùn)營地鐵隧道結(jié)構(gòu)的實(shí)際影響，不考慮施工階段隧道變形情況，通過數(shù)值模擬得出分析結(jié)果如圖所示。

從水平位移云圖（圖2）可以看出：隧道底部存在充水溶洞引起隧道水平位移的最大值為-2.13mm，方向?yàn)橹赶蛩淼纼?nèi)，最大位移位于隧道的右下部和左下部1m的位置。通過分析可知，隧道底部充水溶洞的存在對隧道水平位移的影響較小，實(shí)際工程研究中可不考慮水平位移影響。

從豎向位移云圖（圖3）可以看出：隧道底部存在充水溶洞引起隧道豎向位移的最大值為10.97mm，為沉降變形，最大沉降位移位于隧道正下方2m位置?？芍淼赖撞砍渌芏吹拇嬖趯λ淼镭Q向位移影響較大，超過了隧道變形允許值10mm，需對其進(jìn)行相應(yīng)的加固措施，使隧道的沉降變形控制在允許的范圍內(nèi)。

4 充水溶洞的處理措施

建筑工程遇到巖溶地質(zhì)，對充水溶洞的處理措施很多，對于盾構(gòu)隧道工程，比較有效的方法為注漿法。

在進(jìn)行注漿設(shè)計(jì)前，勘察單位需對存在充水溶洞的區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)勘察，盡量調(diào)查出充水溶洞的空間特性，并進(jìn)行現(xiàn)場注漿試驗(yàn)，得出合適的注漿深度與范圍參數(shù)，并選擇合適的注漿壓力、注漿設(shè)備、注漿施工方法。注漿施工過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)為：

（1）在可注入的前提下盡量降低注漿壓力和流量，降低孔隙水壓力的突增量，有利于孔隙水壓力的消散，同時(shí)有利于提高注漿效果。

（2）采用“多點(diǎn)少注”的方法，即加密布孔，減少每孔注漿量，避免應(yīng)力過分集中，避免注漿引起隧道結(jié)構(gòu)的變形與破壞。

5 結(jié)論

通過數(shù)值分析，可得出：隧道底部存在充水溶洞，對隧道水平位移的影響較小，可不考慮水平位移影響，但對隧道豎向位移的影響較大，超過了地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形允許值10mm，需對隧道充水溶洞區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的加固處理，使隧道沉降變形控制在允許的范圍內(nèi)。