城市軌道交通暗挖巖溶隧道地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)研究

北京住總第一開(kāi)發(fā)建設(shè)有限公司 北京 100029

在軌道交通項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程，暗挖隧道過(guò)程面臨的巖溶屬于特殊地質(zhì)，常發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)于軌道交通建設(shè)產(chǎn)生影響。比如，隧道施工到巖溶區(qū)，可能受到溶洞、涌泥、涌水等災(zāi)害，造成地表沉降量過(guò)大，甚至發(fā)生坍塌，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失以及安全風(fēng)險(xiǎn)。所以，為保證暗挖隧道施工順利，需要對(duì)巖溶進(jìn)行有效處理，通過(guò)技術(shù)運(yùn)用，預(yù)防發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，保證軌道交通建設(shè)順利進(jìn)行。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為某城市軌道交通建設(shè)項(xiàng)目，地處典型的喀斯特地貌區(qū)域，暗挖隧道工程中遇到巖溶等不良地質(zhì)，暗挖隧道為雙洞單線結(jié)構(gòu)，隧道全長(zhǎng)952.35 米，線間距13.5-17m。本隧道最小埋深約為10m，最大埋深約為41m。

本隧道采用礦山法施工，復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，以錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土為初期支護(hù)，并輔以注漿小導(dǎo)管作為超前支護(hù)和型鋼鋼架加強(qiáng)支護(hù)；以模筑鋼筋混凝土為二次襯砌。

通過(guò)對(duì)地質(zhì)勘查報(bào)告的深入研究，本隧道分布地層為人工填土、殘積紅黏土；基巖為灰?guī)r。地下水類型主要有孔隙水及巖溶裂隙水兩種類型，富水性較高?？紫端饕x存于松散覆蓋層內(nèi)，主要接受大氣降雨補(bǔ)給，局部為上層滯水。巖溶裂隙水含量較豐富，主要賦存于碳酸鹽巖的風(fēng)化裂隙內(nèi)，主要接受大氣降雨及上游地表及地下水補(bǔ)給。滲透系數(shù)K=1.47-3.38m/d，屬于中等透水層。單位區(qū)域涌水量處于0.154-0.168L/s·m 之間。

由于此區(qū)段巖溶形態(tài)多樣化，具體如下：一是溶洞，二是溶槽，三是溶蝕裂隙。以溶洞巖溶形態(tài)為例，共有兩處典型巖溶地質(zhì)：第一處，溶洞發(fā)育長(zhǎng)33m，寬5.5m，溶洞位于仰拱底板2.5-8.0m，充填軟塑黏土。第二處溶洞長(zhǎng)度4m，寬度4m，高度4.0-5.0，溶洞位于拱頂上方，通過(guò)鉆孔法可知溶洞無(wú)填充。區(qū)間隧道為“馬蹄”形狀，使用復(fù)合式襯砌式結(jié)構(gòu)[1]。

2 確定巖溶地質(zhì)災(zāi)害處理范圍

經(jīng)過(guò)分析，該隧道巖溶地質(zhì)災(zāi)害處理主要包括溶洞、洞內(nèi)斷面，使用注漿加固這一技術(shù)進(jìn)行處理。在溶洞注漿施工方面，由于巖溶地質(zhì)相對(duì)復(fù)雜，因此暗挖隧道的拱腰上方以及外擴(kuò)洞徑都要使用預(yù)加固處理技術(shù)。針對(duì)非填充以及半填充的溶洞，應(yīng)該利用C15 或C20 素混凝進(jìn)行填充，剩余部位以水泥砂漿進(jìn)行填充，若不密實(shí)則采用注漿填充。針對(duì)全填充類型溶洞，應(yīng)該按照填充物具體性質(zhì)確認(rèn)是否需要注漿。在洞內(nèi)斷面的處理方面，由于隧道穿過(guò)粘土、礫巖、溶溝、裂縫發(fā)育等區(qū)域，應(yīng)先將隧道拱頂環(huán)向5m 范圍進(jìn)行注漿加固，待土體固結(jié)后再開(kāi)挖斷面，已經(jīng)探查到具體位置的溶洞，利用注漿填充工藝進(jìn)行處理，之后在溶洞之內(nèi)對(duì)于所有斷面的地層進(jìn)行水平注漿，完成加固。

3 軌道交通暗挖巖溶地質(zhì)災(zāi)害的防治技術(shù)

3.1 溶洞處理技術(shù)

溶洞注漿加固以前，先使用鉆孔施工方法，對(duì)于溶洞的邊界展開(kāi)探測(cè)。當(dāng)鉆孔發(fā)現(xiàn)溶洞時(shí)，需向周圍布置加密孔，控制鉆孔間距小于等于2.0m。在加密鉆孔過(guò)程，應(yīng)該預(yù)留注漿孔。利用洞頂位置鉆孔當(dāng)作排氣孔，確保一個(gè)溶洞內(nèi)部至少有1 個(gè)排氣孔。待驗(yàn)證出具體的范圍后采用C15 或者C20 混凝土回填密實(shí)，若不密實(shí)則采用預(yù)留的注漿管進(jìn)行注漿。

3.2 斷面加固技術(shù)

針對(duì)暗挖全段線路，采用洞內(nèi)水平注漿或者地表深層注漿工藝，加固區(qū)為整個(gè)開(kāi)挖斷面以及斷面兩側(cè)5m 范圍之內(nèi)。在對(duì)全斷面展開(kāi)加固處理以后，應(yīng)保證加固效果能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。具體處理方案的制定，應(yīng)該以隧道施工的安全為前提，達(dá)到止水、固土等施工效果。所以，暗挖隧道斷面可利用注漿管進(jìn)行施工，針對(duì)地下巖溶以及周邊土層進(jìn)行注漿與加固。

在注漿口的布置方面，應(yīng)該利用三步注漿方法，在三組鉆孔漿液壓力之下，對(duì)于溶洞地基進(jìn)行分析處理，嚴(yán)格按照注漿順序，對(duì)各注漿孔進(jìn)行注漿。針對(duì)同一序注漿孔，應(yīng)該按照如下原則進(jìn)行注漿：第一，按照從下到上的注漿順序，從外到內(nèi)的注漿順序進(jìn)行；第二，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)，確認(rèn)注漿量以及注漿壓力，同樣應(yīng)根據(jù)第二序以及第三序注漿孔設(shè)計(jì)注漿終壓，完成定壓注漿；第三，秉承“多孔少注”這一原則，使各注漿孔能夠均勻注漿，防止單孔注漿壓力過(guò)大，致使其他注漿孔內(nèi)無(wú)漿液流入。第四，對(duì)于同一圈的注漿孔，應(yīng)該采取間隔施工方式。

在布孔方面需要注意掌子面孔以及盲區(qū)布孔等布設(shè)上，針對(duì)暗挖段的開(kāi)挖斷面，需要使所有斷面注漿孔的相對(duì)坐標(biāo)相同。所謂注漿盲區(qū)主要原因是注漿孔搭接不緊密，導(dǎo)致掌子面的前方位置注漿量相對(duì)較少，如開(kāi)挖斷面，此時(shí)仍然可采取盲區(qū)補(bǔ)孔的方式進(jìn)行孔位布置。

3.3 處理結(jié)果分析

上述技術(shù)運(yùn)用之后，可利用單孔抽水、標(biāo)準(zhǔn)貫入以及鉆孔取芯等多項(xiàng)試驗(yàn)，對(duì)于注漿效果展開(kāi)分析，主要檢測(cè)巖洞注漿、掌子面注漿、土層滲透性、地基承載力等方面進(jìn)行分析，結(jié)果如下：第一，取芯試驗(yàn)表明，注漿位置較為連續(xù)，并且已經(jīng)形成固化體；第二，所取芯樣的抗壓強(qiáng)度高于0.2MPa，和設(shè)計(jì)要求相符；第三，注漿段的貫擊數(shù)均值13.28，符合設(shè)計(jì)要求；第四，注漿段的加固地層具有良好的均勻性，而且土層的滲透系數(shù)和實(shí)際要求相符。除此之外，對(duì)于暗挖段隧道巖溶地質(zhì)進(jìn)行處理，隧道施工過(guò)程較為順利，結(jié)合長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示為圍巖區(qū)域穩(wěn)定性較高，暗挖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)滲水情況不明顯，所有指標(biāo)和規(guī)范要求相符[2-3]。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，城市軌道交通建設(shè)暗挖隧道常面臨巖溶地質(zhì)，此類地質(zhì)為施工期間面臨的難點(diǎn)，為確保地鐵隧道能夠順利經(jīng)過(guò)巖溶地段，應(yīng)該采取處理技術(shù)，按照隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，完成加固、支護(hù)等施工內(nèi)容，預(yù)防隧道出現(xiàn)滲水問(wèn)題，發(fā)揮技術(shù)應(yīng)用效益，有效預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害，促使隧道施工順利完成。