淺覆蓋型巖溶地質(zhì)條件下明挖隧道深基坑工程設(shè)計(jì)

段運(yùn)啟，疏義廣

（浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 310030）

1 工程概況

某在建快速路工程中二號(hào)隧道為雙向6 車(chē)道明挖施工隧道，隧道全長(zhǎng)約1.6km。隧道部分段位于巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)，該區(qū)域內(nèi)隧道長(zhǎng)度約400m，基坑開(kāi)挖寬度32m，開(kāi)挖深度15～21m?；硬捎勉@孔咬合樁、地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐等圍護(hù)形式，因存在較大溶洞，部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)落底于巖溶（朝天洞）充填物中。

2 巖溶基本特點(diǎn)

根據(jù)鉆孔溶洞揭示情況：本場(chǎng)地全充填溶洞有394 個(gè)，占溶洞總數(shù)的91.63%，半充填溶洞有5 個(gè)，占溶洞總數(shù)的1.16%，無(wú)充填溶洞有31 個(gè)，占溶洞總數(shù)的7.21%。溶洞中有107 個(gè)孔無(wú)中風(fēng)化基巖蓋板，溶洞充填物層以上第四系土層或全風(fēng)化直接接觸，溶洞充填方式是自上而下充填，充填物主要來(lái)源于上部第四系覆蓋層和全風(fēng)化基巖。

充填物以泥漿狀物、含礫粉質(zhì)黏土、含黏性土碎石為主，溶洞充填物性質(zhì)差異性極大，總體上性質(zhì)差。通過(guò)對(duì)已完成彈性波CT 反演圖像綜合分析，受溶洞貫通情況的影響，部分巖溶異常體的規(guī)模達(dá)數(shù)十米。

場(chǎng)地巖溶水屬覆蓋型巖溶地下水，上覆蓋第四系松散層，主要賦存于下部灰?guī)r層溶隙、溶洞中，溶隙、溶洞一般被黏性土等洞穴堆積物充填，局部為空洞，一般以巖溶裂隙水賦存；局部巖溶水水量較豐富，地下水連通性較好，以溶洞和地下暗河的形式賦存，富水性均勻性差。由第四系孔隙潛水、孔隙承壓水補(bǔ)給，側(cè)向徑流。巖溶地下水一般具有承壓性，局部勘探孔施工完成后存在巖溶水自流現(xiàn)象，局部巖溶承壓水頭高于地表0.17～1.10m，巖溶承壓受雨水影響大，暴雨過(guò)后水頭較高，雨后水頭慢慢降低。

3 巖溶處理目的

3.1 滿足基坑穩(wěn)定性要求及圍護(hù)結(jié)構(gòu)成樁、成墻質(zhì)量

隧道基坑開(kāi)挖下部圍護(hù)墻（樁）、坑底被動(dòng)區(qū)為巖溶充填物，因巖溶充填物的性質(zhì)差，基坑抗傾覆和抗隆起計(jì)算穩(wěn)定性不滿足要求，為確保開(kāi)挖安全，提高基坑整體穩(wěn)定，對(duì)處于圍護(hù)結(jié)構(gòu)一定范圍內(nèi)的內(nèi)外側(cè)和底部巖溶充填物進(jìn)行加固。加固后利于圍護(hù)墻（樁）的成槽（樁）質(zhì)量。

3.2 降低施工期間突水涌泥等事件發(fā)生的概率

場(chǎng)地巖溶水具有承壓性，隧道底板大部分位于巖溶水承壓水位之下，隧道施工中，在突遇巖性變化或突遇溶洞、溶隙或斷層破碎帶時(shí)，或開(kāi)挖至底板剩余土層較薄時(shí)，巖溶水可能涌入或擊穿坑底，產(chǎn)生溶水涌泥問(wèn)題，對(duì)施工安全產(chǎn)生不利影響【1】。對(duì)結(jié)構(gòu)底板下部一定范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)的溶洞進(jìn)行注漿加固，結(jié)合基坑開(kāi)挖前的降承壓水水頭，防止基坑突涌事件的發(fā)生。

4 溶洞探測(cè)及處理方案

4.1 溶洞探測(cè)

應(yīng)對(duì)溶洞的平面和豎向范圍進(jìn)一步勘察和探測(cè)，探明溶洞邊界和充填物性質(zhì)。驗(yàn)證方法為在探到有溶洞的鉆孔周?chē)凑湛v橫間距2.0m 再次補(bǔ)充鉆孔兼注漿孔。垂直隧道方向以探測(cè)到隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)外3.0m 為止；沿線路方向以基本找到洞體邊界為止，探孔在探測(cè)到溶洞邊界處適當(dāng)加密，注漿孔位置及其間距可視地面環(huán)境及地下管線情況予以適當(dāng)調(diào)整。探測(cè)鉆孔若是到達(dá)處理范圍未發(fā)現(xiàn)溶洞則終止，若發(fā)現(xiàn)溶洞（全填充）則須進(jìn)入溶洞深度不少于15m，對(duì)應(yīng)溶洞（空洞或充填為浮泥）則須穿過(guò)溶洞進(jìn)入洞底基巖1m 終止。

4.2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)溶洞加固處理

對(duì)于圍護(hù)樁（墻）進(jìn)入充填溶洞范圍內(nèi)且無(wú)法穿透溶洞進(jìn)入穩(wěn)定巖層的，在進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗傾覆、抗隆起計(jì)算時(shí)，安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。為確保基坑開(kāi)挖安全，需對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)被動(dòng)區(qū)巖溶充填物進(jìn)行加固處理，提高充填物性質(zhì)，對(duì)縮小基坑變形、提高基坑穩(wěn)定性具有重要意義。

具體處理方案如下：圍護(hù)結(jié)構(gòu)（地連墻、咬合樁）底部以下3m 范圍內(nèi)存在溶洞的需要處理，處理范圍為圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)3m、內(nèi)側(cè)4m，底部3m，下部1m 采用雙液漿封底。處理措施：邊界處帷幕注漿，處理范圍內(nèi)滿鋪?zhàn){處理。帷幕注漿采用雙液漿，注漿管布置于圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)3m，單排布置縱向間距1.5m；內(nèi)側(cè)按2m×2m 梅花形布置注漿孔兼探測(cè)孔，豎向范圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部3m，處理范圍底部以下1m 采用雙液漿封底。

4.3 施工技術(shù)要求

1）注漿工藝：本區(qū)間采用φ48mm 的PVC 袖閥管注漿。

2）注漿材料：采用純水泥漿。對(duì)于溶洞水有流動(dòng)性時(shí)，應(yīng)在漿液中加入速凝劑或采用水泥-水玻璃雙液漿，其中水泥、水、水玻璃配比為 1∶1.38∶0.29（質(zhì)量比）。水泥采用≥P42.5 級(jí)硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

3）注漿參數(shù)為：（1）注漿壓力0.3～2.0MPa；注漿壓力從0.3MPa 逐步提高，達(dá)到注漿終壓并繼續(xù)注漿10min 以上；（2）水泥采用 42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥；水灰比為 0.5∶1～1∶1；（3）注漿速度：30～70L/min；（4）注漿擴(kuò)散半徑設(shè)計(jì)建議為1.5m，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況調(diào)整注漿擴(kuò)散半徑；（5）每個(gè)注漿孔每米的灌漿量初步按2.0m3考慮，實(shí)際灌漿參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定。

4）停注及封堵注漿孔。注漿壓力是給予漿液擴(kuò)散、充填、壓實(shí)的能量，壓力大有助于提高漿液充填程度和結(jié)石體強(qiáng)度，但壓力過(guò)大，易導(dǎo)致地基及其上部結(jié)構(gòu)的破壞。當(dāng)泵壓達(dá)到終壓、注漿量小于最大注漿速度，持續(xù)15min 以上，即可停止注漿，撥出注漿管。注漿完畢待初凝后，范圍內(nèi)勘察鉆孔和注漿孔在施工結(jié)束后均要進(jìn)行有效封孔，均在鉆孔驗(yàn)收1h 前準(zhǔn)備好封孔材料。

5）注漿加固效果檢測(cè)要求。采用隨機(jī)鉆孔取芯，做抗壓試驗(yàn)；28d 的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.4MPa；檢測(cè)數(shù)量為溶洞處理數(shù)量（鉆孔）的2%，至少取3 個(gè)；且每個(gè)溶洞處理區(qū)域均要檢測(cè)。

4.4 巖溶承壓水處置

場(chǎng)地巖溶水具有同上部覆蓋層潛水、地表水連通性強(qiáng)及高承壓性等特點(diǎn)，該條件下的巖溶處理注漿存在跑漿、注漿壓力控制困難、注漿效果難以達(dá)到預(yù)期效果等多種問(wèn)題。

4.4.1 巖溶處理階段的多孔同步注漿

為解決承壓水條件下注漿效果差等問(wèn)題，可采用多孔同步注漿技術(shù)，具體為多孔同步一次性整體注漿，可防止?jié){液流失，并達(dá)到局部一體化。多孔同步向承壓水層中注入雙液漿，在3s 內(nèi)迅速形成固結(jié)體，將漿液因承壓水的損失減少到最低。同時(shí)多孔同步注漿，可互相補(bǔ)充咬合的效果，單孔內(nèi)如有注漿薄弱或者空洞部分，通過(guò)相鄰注漿孔同步進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。多孔同步將承壓水?dāng)D排，形成有效的止水、止?jié){帷幕，帷幕可發(fā)揮出隔離的作用。

4.4.2 基坑開(kāi)挖期的抗承壓水突涌

為解決基坑開(kāi)挖過(guò)程中的抗承壓水突涌穩(wěn)定性，可在成封閉圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)按一定間距降低基坑內(nèi)側(cè)承壓水水頭?？紤]到基坑開(kāi)挖寬度為32m，基坑內(nèi)側(cè)雙排交錯(cuò)設(shè)置，每隔12m 設(shè)置1 口承壓水降水井，施工期承壓水水頭降至坑底下1m；基坑外側(cè)每隔40m 設(shè)置1 口備用降水井兼水位觀測(cè)孔。

4.5 施工注意事項(xiàng)

1）注漿施工過(guò)程中，應(yīng)對(duì)地面及其周邊建構(gòu)筑物進(jìn)行變形觀測(cè)及地下水變化長(zhǎng)期觀測(cè)，以指導(dǎo)施工的安全進(jìn)行，防止注漿過(guò)程中冒漿、串漿等引起超限的地面隆起，對(duì)周邊建筑物及地下管線造成不利影響。

2）先期施工的區(qū)段，宜沿隧道橫向采用水泥水玻璃雙液漿作為注漿帷幕，注漿帷幕頂端位于基巖面，下端位于圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部3m。注漿帷幕應(yīng)避開(kāi)已探明的溶洞邊界。

3）由于溶洞分布、大小以及填充物等存在不能完全探明的情況，施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)探測(cè)，做好應(yīng)急預(yù)案。

5 結(jié)語(yǔ)

基于上述分析，提出以下建議：（1）深基坑工程屬于高風(fēng)險(xiǎn)工程，設(shè)計(jì)時(shí)需進(jìn)行整體滑動(dòng)、抗傾覆、抗隆起、抗?jié)B流和抗突涌等穩(wěn)定性驗(yàn)算。對(duì)于基坑圍護(hù)墻（樁）進(jìn)入巖溶充填物內(nèi)的，一般因充填物性質(zhì)比較差和力學(xué)參數(shù)小而無(wú)法滿足上述穩(wěn)定性安全系數(shù)要求。對(duì)于深大溶洞，圍護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)法進(jìn)入基巖層，對(duì)圍護(hù)墻內(nèi)外側(cè)、底部一定范圍內(nèi)的巖溶充填物進(jìn)行加固處理，提高充填物性質(zhì)，對(duì)縮小基坑變形、提高基坑穩(wěn)定性和降低基底突涌水風(fēng)險(xiǎn)效果顯著，同時(shí)降低了工程投資。（2）淺覆蓋型巖溶水具有同上部覆蓋層潛水、地表水連通性強(qiáng)及高承壓性等特點(diǎn)，該條件下的巖溶處理注漿存在跑漿、注漿壓力控制困難、注漿效果難以達(dá)到預(yù)期效果等多種問(wèn)題，采用巖溶處理階段的多孔同步注漿技術(shù)和基坑開(kāi)挖階段的降承壓水井的合理布置，可有效解決因巖溶承壓水伴隨的工程風(fēng)險(xiǎn)。