城市軌道交通巖溶處理淺析

趙凱

摘要：隨著社會(huì)的日益飛速發(fā)展，城市軌道交通也就是人民常說的地鐵已在全國(guó)各地大中城市開始建設(shè)、運(yùn)行，已成為人民出行必備的公共交通。地鐵擁有運(yùn)量大、速度快、無污染等其他交通方式所無法比擬的優(yōu)越性，成為城市建設(shè)者的首選。地鐵縮短了出行時(shí)間，人們可以在郊區(qū)居住，市區(qū)上班。這為城市的功能區(qū)劃分提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。軌道交通巖溶處理成為在巖溶地區(qū)興建地鐵工程時(shí)尤其應(yīng)進(jìn)行專門的基礎(chǔ)處理，由于溶（土）洞處理難度很大，造價(jià)高，因此本文通過對(duì)巖溶對(duì)地鐵工程的影響和處理問題進(jìn)行淺顯的分析研究。

關(guān)鍵詞：軌道交通;巖溶處理;隧道

一、工程概況

廣州軌道交九號(hào)線位于廣州市花都區(qū)，功能定位以解決汽車城、花都中心城區(qū)主要發(fā)展組團(tuán)與廣州中心組團(tuán)的交通需求為重點(diǎn)，并兼顧花都區(qū)內(nèi)交通出行及其與機(jī)場(chǎng)的交通聯(lián)系。本工程為廣州市軌道交通九號(hào)線施工5標(biāo)段，區(qū)間線路自清布站沿著迎賓大道東南向行下穿106國(guó)道、機(jī)場(chǎng)高速北延線和機(jī)場(chǎng)高速后，與三號(hào)線高增站平行換乘。

二、工程地質(zhì)及溶土洞發(fā)育情況

（一）工程地質(zhì)情況

廣州市軌道交通九號(hào)線位于花都區(qū)境內(nèi)。施工5標(biāo)段主要位于廣花盆地，地貌上屬于河流沖洪積平原，地勢(shì)平坦寬廣。 本工程區(qū)間隧道通過地層主要為第四系（Q）土層<3-2>中粗砂層、<4N-3>粉質(zhì)粘土和粉質(zhì)粘土<5C-1>，砂層占了約36%，粘土和殘積土占了約57%，<6><7>占了約4%，區(qū)間線路沿線基巖為石炭系巖層，通過巖層有中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖<8>、中風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r<8C-1>，且地層變化較大，勘察巖石最高單軸抗壓強(qiáng)度為57.2MPa。

（二）溶土洞發(fā)育情況

根據(jù)本標(biāo)段詳勘階段巖土工程報(bào)告，區(qū)間沿線場(chǎng)地巖溶主要發(fā)育在石炭系灰?guī)r層中，清高區(qū)間近期線路揭露發(fā)育溶洞的鉆孔有100個(gè)，土洞鉆孔有34個(gè)，因此實(shí)際見洞鉆孔為131個(gè)，見洞率為17.0%，有20個(gè)鉆孔揭露兩層巖溶以上，占揭露巖溶鉆孔的16.3%，說明巖溶發(fā)育比較強(qiáng)烈。對(duì)于隧道下方無沖填、且洞頂上部無隔水層的溶洞，盾構(gòu)施工時(shí)易發(fā)生局部坍塌，應(yīng)處理。溶土洞發(fā)育規(guī)律性差，呈無序狀態(tài)，其形態(tài)特征、規(guī)模和分布范圍難以確定，局部溶洞具有連通性。

（三）溶土洞存在的地質(zhì)條件

土洞：一般指存在于可溶巖的上覆土層中發(fā)育的空洞，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，凡是巖溶地區(qū)有第四紀(jì)土層分布的地段，都應(yīng)注意土洞發(fā)育的可能性。

溶洞：石灰?guī)r地區(qū)巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，巖溶在我國(guó)也是分部廣泛，巖溶作用必須具備兩個(gè)必要條件：可溶巖石和可流動(dòng)溶蝕水，可溶巖石又分為碳酸鹽類、硫酸鹽類和鹵鹽類三種巖石，而溶洞則是地下水沿可溶性巖體的各種構(gòu)造面相互交叉的地方，逐漸溶蝕和侵蝕開拓出來的地下洞室，具有空間三維拱效應(yīng)，溶洞往往和地下通道、暗河等相連。

（四）溶土洞發(fā)育可能造成的施工危害和處理目的

1、土洞對(duì)軌道交通地下線有較大影響，根據(jù)土洞和隧道相對(duì)位置關(guān)系，對(duì)隧道施工安全和洞身穩(wěn)定性影響較大。主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

（1）隧道上方的土洞：由于減少上覆土層的厚度，易發(fā)生冒頂泄氣。

（2）隧道下方的土洞：由于距離隧道底較近的，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，土洞坍塌，易造成盾構(gòu)機(jī)載頭或突然下沉。

2、溶洞對(duì)軌道交通地下線路同樣存在較大影響，根據(jù)本標(biāo)段隧道埋深情況，經(jīng)過補(bǔ)充勘察，區(qū)間溶洞處于隧道底板下方，對(duì)隧道施工安全和洞身穩(wěn)定性影響較大。主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

（1）地面沉陷或坍塌（溶洞空間三維拱效應(yīng)在外力作用下失去平衡）

（2）盾構(gòu)機(jī)塌落（溶洞與地下暗河連通）

（3）盾構(gòu)施工參數(shù)變化異常（同步注漿壓力迅速下降、泥水倉(cāng)切口水壓波動(dòng)異常等）

滲漏和突水（溶洞內(nèi)的承壓水）。

3、溶土洞處理目的

確保隧道掘進(jìn)期間盾構(gòu)機(jī)的安全;滿足永久隧道結(jié)構(gòu)的承載力、變形要求;減低基坑開挖過程突水、涌砂事件的幾率;滿足主體結(jié)構(gòu)底板的承載力，減少了不同地層之間的差異沉降、保證主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和日后地鐵正常運(yùn)營(yíng);減低了新生土洞和土洞發(fā)展擴(kuò)大影響主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和地鐵的正常運(yùn)營(yíng)。

三、溶土洞處理施工技術(shù)構(gòu)成

（一）盾構(gòu)區(qū)間溶土洞處理技術(shù)

區(qū)間溶土洞處理施工工序主要包括以下幾方面：

“邊界探查——漿液制備——注漿管埋設(shè)——注漿充填——注漿效果檢測(cè)”

1、 溶土洞邊界探查：通過進(jìn)行超前鉆溶（土）洞平面范圍的試探測(cè)，目的是摸清其規(guī)模（包括埋深、洞徑、洞深、填充與否等），并以揭示到溶（土）洞的鉆孔為基準(zhǔn)點(diǎn)加密鉆孔，間隔2.0m向四周擴(kuò)散。

2、漿液制備：溶土洞注漿漿液分為單液漿和雙液漿兩種。

為了確保注漿漿液物理性能能夠滿足溶土洞發(fā)育的實(shí)際現(xiàn)狀和施工控制，參建各方對(duì)對(duì)擬實(shí)施的單液漿和雙液漿的配合比進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確認(rèn)其初、終凝時(shí)間，并根據(jù)實(shí)際情況選擇1#試樣配比，避免出現(xiàn)因雙液漿配比凝結(jié)時(shí)間較短且易造成注漿管路堵塞等不利工況，難于滿足溶（土）洞處理要求，通過工程實(shí)踐，證明該配比能夠有效達(dá)到溶土洞處理要求和保證隧道施工安全。

3、注漿管埋設(shè)：注漿管埋設(shè)是溶土洞邊界探查的主要方法，注漿管分實(shí)管和花管兩種，本標(biāo)段注漿管采用花管（PVC材質(zhì)）注漿，鉆孔孔徑為110mm，為每節(jié)長(zhǎng)4m、直徑48mm的硬質(zhì)塑料管，注漿管內(nèi)壁光滑，接頭有螺扣，端頭有斜口，花管開有Φ8mm的溢漿孔12個(gè)，每組小孔間距30cm，用于需注漿地層，同時(shí)花管有孔部位外面套有抗爆壓力為4.5MPa橡膠套，橡膠套覆蓋著溢漿孔，起到單向閥作用。

4、壓力注漿充填：

壓力注漿充填是溶土洞施工處理的關(guān)鍵措施，直接關(guān)系到盾構(gòu)隧道穿越巖溶發(fā)育地段的施工安全和質(zhì)量，因此必須引起足夠的重視。注漿施工時(shí)，應(yīng)首先以 “外圍注漿管注雙液漿、內(nèi)部注漿孔注單液漿”為原則，注漿方式采取后退式分段注漿工藝，即先施做外排止水、 止?jié){帷幕，將處理范圍內(nèi)溶（土）洞與外界洞體隔離，再處理中間區(qū)域，注意應(yīng)由孔底自下而上進(jìn)行注漿，采取分段加提升注漿芯管的注漿方式;其次采用跳注、分層注漿、二次注漿。

四、巖溶施工處理注意事項(xiàng)

為確保盾構(gòu)機(jī)穿越巖溶地區(qū)的施工安全，必須根據(jù)地質(zhì)勘察資料、邊界探查結(jié)果確定存在溶土洞，并按溶土洞處理施工圖紙中的溶（土）洞處理原則要求進(jìn)行注漿充填處理。注漿期間應(yīng)注意以下幾方面：

①外排雙液漿注漿時(shí);發(fā)現(xiàn)漿液流失嚴(yán)重時(shí)須立即查明原因，采取相應(yīng)措施處理，（即;添加速凝劑，小壓力（0.2～0.6Mpa）、多次數(shù)注漿等）;

②中間單液漿補(bǔ)充注漿孔應(yīng)跳孔注漿，防止竄漿;當(dāng)出現(xiàn)地面冒漿應(yīng)立即停止注漿，待水泥漿終凝后再補(bǔ)充注漿;

③探查溶土洞鉆孔，見到溶土洞要及時(shí)并準(zhǔn)確記錄洞頂、洞底的孔深，并要了解清楚洞里的填充情況，為安裝袖閥管和注漿管提供依據(jù);

④注漿時(shí)要從周邊的處理邊界先壓注雙液漿，為防止壓注水泥漿時(shí)漿液外流;

⑤擬實(shí)施的單液漿和雙液漿的配合比，要經(jīng)過試驗(yàn)確認(rèn)其初、終凝時(shí)間。雙液漿的配合比，初凝時(shí)間控制在1分鐘左右為最佳初凝時(shí)間。

五、結(jié)語：

總體來說，“原材料進(jìn)場(chǎng)控制，注漿過程抽查，配比估算注漿量”才是確保溶（土）洞處理施工受控和效果的關(guān)鍵，“地質(zhì)探查是基礎(chǔ)，注漿控制是關(guān)鍵，施工管理是根本”做為溶（土）洞處理施工的準(zhǔn)則，方可保證后續(xù)施工的安全和順利。

參考文獻(xiàn)：

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