軌道交通工程巖溶發(fā)育區(qū)域處理措施

任 鑫（紹興市軌道交通集團(tuán)有限公司， 浙江 紹興 312072）

伴隨著城市軌道交通地鐵的大規(guī)模建設(shè)，城市生活便捷化程度大幅提高。地鐵工程通常穿越城市中心，建設(shè)線路通常有既有建筑物地下基礎(chǔ)、地下管線及復(fù)雜地質(zhì)?；诖?，地鐵穿越建筑物及不良地質(zhì)施工的針對(duì)性施工措施也越來(lái)越有必要。本文結(jié)合浙江省紹興市城市軌道交通 1 號(hào)線一期工程鑒湖鎮(zhèn)站—芳泉站區(qū)間工程，闡述地鐵工程建設(shè)過(guò)程中遇到巖溶發(fā)育區(qū)域的工程處理措施。

1 工程概況

鑒湖鎮(zhèn)站—芳泉站區(qū)間從鑒湖鎮(zhèn)站引出后，沿解放南路向南行進(jìn)，依次下穿紹諸高速、甬紹金衢成品油管道、下白線，到達(dá)接收井，經(jīng)明挖暗埋、明挖敞口段、路基段，到達(dá)芳泉站。出入線區(qū)間分盾構(gòu)段及明挖段，其中盾構(gòu)施工段起訖里程為 YK44+947.493，終點(diǎn)里程為 YK46+030.000；路基段起點(diǎn)里程為 YK46+195.000，終點(diǎn)里程為 YK46+413.488；明挖施工段起訖里程為 K46+030.000，終點(diǎn)里程為K46+195.000。盾構(gòu)區(qū)間右線區(qū)間長(zhǎng)度 1 082.507 m，左線區(qū)間長(zhǎng)度 1 101.750 m，明挖區(qū)間雙線長(zhǎng) 199.000 m。鑒湖鎮(zhèn)站—芳泉站區(qū)間總平面圖如圖 1 所示。

區(qū)間自鑒湖鎮(zhèn)站始發(fā)后，在盾構(gòu)試驗(yàn)段即碰到巖溶地質(zhì)，其中，區(qū)間前 200 環(huán)碰到地層為巖溶微發(fā)育區(qū)，200 環(huán)～400 環(huán)、500 環(huán)～600 環(huán)區(qū)域范圍內(nèi)分別穿越巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)地層，巖溶地質(zhì)區(qū)域占比達(dá)到區(qū)間全長(zhǎng) 1/2 以上。為保證盾構(gòu)區(qū)間安全建設(shè)，必須對(duì)隧道穿越里程范圍內(nèi)巖溶區(qū)域妥善處理。

圖 1 鑒湖鎮(zhèn)站—芳泉站區(qū)間總平面圖

1.1 巖溶地質(zhì)形成原因及危害

（1）形成原因。巖溶地質(zhì)是地表水和地下水對(duì)可溶性巖石所造成的，以化學(xué)溶解作用為主，機(jī)械侵蝕作用為輔的溶蝕作用而造成原狀地層產(chǎn)生空洞的地質(zhì)的總稱。巖溶的形成常受巖石性質(zhì)成分、地下水流動(dòng)、地貌及地質(zhì)構(gòu)造 4 方面因素綜合影響。巖溶地面塌陷是指覆蓋在溶蝕洞穴之上的松散土體，在外動(dòng)力或人為因素作用下產(chǎn)生的突發(fā)性地面變形破壞，其結(jié)果多形成圓錐形塌陷坑。

（2）危害性。① 空洞導(dǎo)致砂層漏失而形成巖溶塌陷，從而造成土體失穩(wěn)，地面局部塌陷。② 盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的擾動(dòng)使得原本空洞或松散土體使角礫和灰?guī)r連通，在地下水潛蝕作用及真空吸蝕作用，砂層進(jìn)入溶洞，形成塌陷。

1.2 區(qū)間巖溶發(fā)育情況

根據(jù)地質(zhì)詳勘，灰?guī)r分布區(qū)內(nèi)已完成的鉆孔 143 個(gè)。鉆探揭示其中 73 個(gè)鉆孔內(nèi)共 139 個(gè)大小不一溶洞，鉆孔遇洞率為 51.05%，溶洞主要為全充填、無(wú)充填。揭露溶洞洞徑為0.10～9.70 m，層頂埋深 15.0～47.2 m，層頂標(biāo)高 －39.36～1.45 m。根據(jù) GB 50007—2011 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定，本場(chǎng)區(qū)遇洞率 ＞ 30%，大部分有串珠狀豎向的溶洞發(fā)育深度達(dá) 20 m 以上。綜合判定本場(chǎng)區(qū)巖溶發(fā)育程度為巖溶強(qiáng)發(fā)育。溶洞充填類型分布如表 1 所示。

表 1 溶洞充填類型

由以上內(nèi)容可知，溶洞充填物性質(zhì)差異性極大，總體上性質(zhì)一般偏差。

根據(jù)勘察成果顯示，在灰?guī)r分布區(qū)存在巖溶發(fā)育情況。采用了以彈性波 CT、電阻率 CT 及電磁波 CT 為主的綜合物探方法，并結(jié)合鉆探成果資料綜合分析巖溶發(fā)育。本次巖溶專項(xiàng)物探探查中，共完成 355 個(gè)彈性波 CT 剖面，電阻率 CT 剖面 5 個(gè)以及電磁波 CT 剖面 5 個(gè)，揭示溶洞異常體共 180 處。該 180 處溶洞異常體在彈性波CT剖面中均呈現(xiàn)低速異常，部分已被勘探孔揭露。物探成果結(jié)合鉆孔資料分析，本場(chǎng)地不同巖性對(duì)巖溶發(fā)育控制表現(xiàn)在巖溶發(fā)育的分段性：里程 YK44+948.94～YK45+240.82 m段巖溶一般發(fā)育；里程 YK45+240.82～YK45+432.75 段及YK45+520.000～YK45+611.17 m 段巖溶強(qiáng)烈發(fā)育。溶洞異常體的層頂埋深為 12.82～42.20 m，層頂標(biāo)高 －34.26～－3.96 m，溶洞異常體洞高為 0.10～37.18 m。區(qū)間巖溶異常體情況統(tǒng)計(jì)如圖 2 所示。

圖 2 區(qū)間巖溶異常體情況統(tǒng)計(jì)

2 巖溶加固

2.1 巖溶加固目的

巖溶加固目的主要有 3 個(gè)。

（1）滿足永久結(jié)構(gòu)的承載力、變形。

（2）降低盾構(gòu)推進(jìn)期間突水事件發(fā)生的概率。

（3）降低新生溶（土）洞對(duì)盾構(gòu)推進(jìn)穩(wěn)定性的不利影響。

2.2 處理方案

巖溶地層造成地面坍塌、地質(zhì)坍孔的主要原因是地下水對(duì)巖石的物理及化學(xué)腐蝕作用造成巖石溶蝕。為保證施工過(guò)程中土層的穩(wěn)定性，根本措施為對(duì)產(chǎn)生的空洞進(jìn)行填充填實(shí)。因此考慮對(duì)本工程涉及的巖溶區(qū)域空洞進(jìn)行填充處理，而在地鐵工程中最常用的填充材料為單液水泥漿及水玻璃加水泥漿雙液漿形式。

根據(jù)本標(biāo)段隧道巖溶地質(zhì)情況分析，為保證隧道范圍內(nèi)巖溶處理采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)處理方式。若有巖溶強(qiáng)烈發(fā)育帶，可加密采用滿鋪?zhàn){的方式。還需采取加強(qiáng)盾構(gòu)管片螺栓等級(jí)、管片增設(shè)注漿孔、施工時(shí)加強(qiáng)周邊監(jiān)測(cè)等措施。

2.3 處理原則

本次涉及到的巖溶埋深在 21.00～40.00 m 之間，隧道埋深在 6～10 m，結(jié)合隧道埋深與巖溶空洞的空間位置關(guān)系，工程對(duì)地質(zhì)空洞處理原則如下。

（1）必須處理盾構(gòu)區(qū)間所處巖溶區(qū)段范圍內(nèi)的巖溶地質(zhì)的空洞及松散土體。

（2）結(jié)構(gòu)輪廓外放 3 m 后，原則上隧道底標(biāo)高以下 8 m 內(nèi)的溶洞進(jìn)行處理。

（3）隧道底部以下 8 m 范圍內(nèi)的溶洞：若覆跨比 ＜1，且溶洞穩(wěn)定巖面頂板高度 ＜ 2 m 時(shí)，需進(jìn)行充填處理；若覆跨比 ＞ 1，且溶洞穩(wěn)定巖面頂板高度 ≥ 2 m 時(shí)，無(wú)須進(jìn)行充填處理。

（4）隧道底標(biāo)高下具有開放性的溶洞（土洞）及淺層溶洞（頂板厚度 ＜ 1 m）均需處理。

2.4 處理步驟

（1）對(duì)區(qū)間溶、土洞處理前，先溶、土洞平面范圍的試探測(cè)，以揭示溶、土洞的鉆孔為基準(zhǔn)點(diǎn)。

（2）沿垂直區(qū)間方向間隔 2.5 m(強(qiáng)烈發(fā)育區(qū) 2.0 m)施工一排注漿鉆孔，以探測(cè)到區(qū)間結(jié)構(gòu)外 3.0 m 為止。沿盾構(gòu)推進(jìn)方向施工一排注漿鉆孔，間隔 2.5 m (強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)2.0 m)，以找到洞體邊界為止。再?gòu)闹行奈恢孟蚱渌较蛱娇?，沿垂直線路方向以探測(cè)到區(qū)間結(jié)構(gòu)外 3 m 為止。

（3）在區(qū)間結(jié)構(gòu)外輪廓外 3 m 處施作止?jié){墻。止?jié){墻施工采用雙液漿，配比建議為水泥∶水∶水玻璃＝1∶1.38∶0.29（質(zhì)量比）。

（4）沿線路方向以基本找到洞體邊界為止。若洞體為有限邊界，最外排孔未見洞，則該孔不需注漿，應(yīng)向內(nèi)收縮一孔作為邊孔，注漿。

2.5 處理方法

2.5.1 處理步驟

溶洞處理施工可分為兩步：充填壓密，灌漿。對(duì)于溶、土洞充填地加固，按照以下方法執(zhí)行。

（1）對(duì)洞徑 ＞ 2 m 且無(wú)填充溶、土洞和半填充溶、土洞，先進(jìn)行投砂處理，后采用注漿加固的方法。投砂處理時(shí)在原鉆孔附近（約 0.6 m）補(bǔ)鉆 2 個(gè)φ250 mm 的投砂孔，2 個(gè)投砂孔中心與原鉆孔中心需在同一連線上，2 個(gè)投砂孔可相互作為出氣孔。投砂后，采用壓力注漿的方法進(jìn)行填充加固，注漿壓力從低到高，間歇、反復(fù)壓漿。投砂管建議采用φ200 mm 的 PVC 套管，投砂孔的大小可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到填砂目的即可。

（2）對(duì)洞徑 ＞ 2 m 的全充填溶、土洞及洞徑 ＜ 2 m 的溶、土洞，采用壓力注漿的方法進(jìn)行填充加固，注漿壓力從低到高，間歇、反復(fù)壓漿。

2.5.2 注漿工藝

注漿工藝采用φ48 mm 的 PVC 袖閥管注漿。

2.5.3 注漿材料

注漿材料采用純水泥漿，水泥采用 42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，水灰比為 1.0～1.5，具體應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。中等發(fā)育區(qū)采用純水泥漿，強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)采用水泥-水玻璃雙液漿，配比建議為水泥∶水∶水玻璃＝1∶1.38∶0.29（質(zhì)量比）。

2.5.4 注漿參數(shù)

注漿參數(shù)如下：

（1）注漿壓力 0.3～2.0 MPa。注漿壓力從 0.3 MPa 逐步提高，達(dá)到注漿終壓 2.0 MPa 并繼續(xù)注漿 10 min 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）注漿速度為 30～70 L/min。

（4）注漿擴(kuò)散半徑設(shè)計(jì)為 1.5 m。

（5）每個(gè)注漿孔每米的灌漿量初步按 2.0 m3 考慮。原則上對(duì)孔洞填充飽滿為止。

2.5.5 注漿標(biāo)準(zhǔn)

在注漿結(jié)束后，為評(píng)定注漿是否產(chǎn)生效果，保證施工過(guò)程中不坍塌、不坍孔，需在灌漿固結(jié)體內(nèi)鉆孔取芯，測(cè)定芯樣強(qiáng)度，要求無(wú)側(cè)限強(qiáng)度 ≥ 0.4 MPa。

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的飛速提升，城市地鐵工程發(fā)展越來(lái)越迅速，建設(shè)過(guò)程中遇到的地層情況將會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，地鐵工程在巖溶發(fā)育區(qū)域穿越的問題將不再是特殊化個(gè)例。在地下工程遇到巖溶地質(zhì)施工前，務(wù)必首先進(jìn)行地質(zhì)勘查，了解巖溶發(fā)育情況、位置及與擬建工程相對(duì)位置關(guān)系。若有必要，需進(jìn)行詳細(xì)補(bǔ)勘處理，為施工提供理論參照依據(jù)基礎(chǔ)。施工單位應(yīng)因地制宜，結(jié)合工程所在地地質(zhì)條件，選擇合適的地基處理原則，消除地下工程施工中可能存在的對(duì)工程不利的安全質(zhì)量隱患，確保地鐵工程、地下空間工程的安全建設(shè)與質(zhì)量的提升。