地鐵車站土建工程地下巖溶區(qū)域治理技術(shù)研究

郭濤

摘要：在敘述地鐵白云東平站工程概況和地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，詳細闡述了溶洞治理設(shè)計、溶洞探邊鉆孔施工、溶洞注漿施工及其效果，驗證了相關(guān)技術(shù)參數(shù)，可供從事地鐵車站土建工程地下巖溶區(qū)域治理施工的技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：地鐵車站；土建工程；地下巖溶；治理技術(shù)

0? ?引言

巖溶發(fā)育區(qū)域存在的溶洞，是誘發(fā)地鐵土建工程施工風(fēng)險的基本因素。為避免溶洞發(fā)生塌陷甚至引發(fā)次生災(zāi)害，在地鐵土建工程施工前對勘察設(shè)計階段已探明的施工影響范圍內(nèi)的溶洞均應(yīng)提前進行治理。同時施工擾動也會引發(fā)勘察設(shè)計階段未探明溶洞的塌陷，這也是地鐵土建施工過程中的重大安全隱患。有效治理已探明和未探明溶洞，避免土建施工過程中發(fā)生安全風(fēng)險，是工程技術(shù)人員面臨的重大責(zé)任。

1? ?工程概況

粵港澳大灣區(qū)廣州東至花都天貴城際項目（簡稱：廣花城際項目）的白云東平站，位于白云大道北與東鳳東路交叉路口東北側(cè)地塊，沿東鳳東路東西向敷設(shè)，與已運營的地鐵14號線通道換乘，與規(guī)劃佛山地鐵6號線節(jié)點換乘。白云東平站總長443.8m，標準段寬34.7m，地下3層結(jié)構(gòu)，共設(shè)4個出入口和9個風(fēng)亭。

2? ?地質(zhì)情況

根據(jù)白云東平站勘察結(jié)果可知，大里程段的126m屬于巖溶強發(fā)育地質(zhì)。其詳勘階段鉆孔156個，其中包括125個正在發(fā)育溶洞的鉆孔，見洞率高達80%；16個揭露出溶洞的鉆孔，位置大致分布在地下30～40m范圍之內(nèi)，呈串珠狀，且存在部分大型溶洞。

根據(jù)該區(qū)域地質(zhì)資料及勘察結(jié)果，判定巖溶主要集中分布在地層代號為<9C-2>的鈣質(zhì)灰?guī)r微風(fēng)化帶，呈現(xiàn)灰白色、淺灰色，深灰色、肉紅色等色彩，隱晶-微晶結(jié)構(gòu)，中厚至巨厚的層狀構(gòu)造，主要礦物成分為碳酸鈣、方解石等為主，巖石組織結(jié)構(gòu)基本未破壞，礦物成份基本未變化，少量風(fēng)化裂隙較發(fā)育，巖芯呈短柱狀-長短柱狀，敲擊聲脆。RQD值（即巖心累計長度與鉆孔進尺長度之比）為60～85%。該巖層在場地內(nèi)廣泛分布，層厚0.05～19.1m，平均層厚為6.96m，層頂埋深18.10～63.2m（標高-40.7～5.52m），層底埋深 23.6～65.5m（標高-43～-0.86m）。該巖層屬較軟巖至堅硬巖之間，巖體較破碎至較完整之間，其完整性指數(shù)為0.35，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅱ～Ⅳ類。

3? ?溶洞治理方案設(shè)計

3.1? ?探邊鉆孔布置原則

圍護結(jié)構(gòu)及獨立樁周邊3m以內(nèi)、圍護結(jié)構(gòu)或樁底下5m以上范圍為溶土洞，應(yīng)進行布點探邊。溶洞治理探邊孔以標示的溶洞為中心，按2m間距往外呈梅花形布置。以此類推，在圍護結(jié)構(gòu)及獨立樁周邊3m之內(nèi)，直至未探測到巖溶為止。

白云東平站工程的勘探點應(yīng)鉆至圍護結(jié)構(gòu)底、樁底或基底以下5m，穩(wěn)定在相對不透水層或完整巖體。若圍護結(jié)構(gòu)底、樁底或基底以下遇串珠狀溶洞、土洞時，需鉆穿洞底。當(dāng)穿越巖體厚度累計達到5m、勘探點可在溶洞底鉆入完整巖體2m后，予以終孔。

除了格構(gòu)柱、抗拔樁、地連墻周邊3m和底板、樁底、墻底以下5m范圍內(nèi)溶洞需進行治理之外，基坑范圍內(nèi)其他位置的溶洞可不進行治理。直徑和跨度比較大的溶洞，需經(jīng)過論證后進行治理?；臃秶鷥?nèi)標示的土洞需全部治理。

3.2? ?注漿材料的選用

注漿材料采用雙液漿和水泥漿，其中溶洞外圍采用雙液漿封邊，內(nèi)部采用水泥漿填充。水泥漿采用42.5R早強型普通硅酸鹽水泥機械配置。注漿管應(yīng)進入溶洞底部以下不小于0.5m。

3.2.1? ?對于周邊孔

周邊孔以相對壓力小、次數(shù)多、數(shù)量大的方法進行控制，注漿壓力為0.6～0.8MPa，注漿次數(shù)為3～4次，采用雙液漿，水泥：水：水玻璃為1：1.38：0.3（質(zhì)量配比），采用42.5R早強型普通硅酸鹽水泥，水玻璃模數(shù)為2.4～3.4（30～40°Be'）。上述數(shù)值應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗予以確定。

3.2.2? ?對于中央孔

中央孔壓注水泥漿，水泥采用42.5R早強型普通硅酸鹽水泥，水灰比為1.0～1.5，注漿壓力為0～1.0MPa，注漿速度為30～70L/min。注漿壓力逐步提高，達到注漿終壓并繼續(xù)注漿10min以上。上述數(shù)值應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗予以確定。

4? ?溶洞探邊鉆孔施工

4.1? ?確定試驗孔位

參考詳勘階段“一槽兩鉆”鉆孔對地連墻、抗拔樁等主要圍護結(jié)構(gòu)位置的勘察結(jié)果，以及現(xiàn)場施工機械互相影響、互相制約等情況，為便于施工順利開展，選擇S10-02地連墻、JZ-26抗拔樁2處位置探測到的溶洞，作為本車站溶洞治理的試驗洞。

根據(jù)施工現(xiàn)場勘察和施工圖紙中標示的需注漿治理的溶洞位置，S10-02地連墻、JZ-26抗拔樁的位置對應(yīng)勘察編號為MRNZ3-BYDP-33、MRNZ3-BYDP-64的2處溶洞，與勘察設(shè)計中需治理溶洞的位置相對應(yīng)。

施工現(xiàn)場巖溶區(qū)北側(cè)設(shè)有多條10kV高壓線斜跨基坑，高壓線距離地面7.5m左右，高壓線周邊5m安全距離之內(nèi)不能施工。S10-02地連墻、JZ-26抗拔樁地處巖溶區(qū)域南側(cè)，在高壓線安全范圍之外，故不受高壓線影響。

綜合以上3種原因，選擇S10-02地連墻、JZ-26抗拔樁作為本車站的試驗洞是合適的。

4.2? ?確定溶洞探邊范圍

根據(jù)詳勘出的鈣質(zhì)灰?guī)r區(qū)域80%的巖溶見洞率數(shù)據(jù)，計算出地連墻、抗拔樁、格構(gòu)柱在墻、樁周邊3m范圍內(nèi)，按照2m間距梅花型布設(shè)探邊孔，共設(shè)置探邊孔1100個，需治理溶洞區(qū)域的面積共計5281m²。

4.3? ?溶洞探邊鉆孔施工

4.3.1? ?布設(shè)探邊孔

根據(jù)探邊設(shè)計要求對S10-02地連墻、JZ-26抗拔樁周邊3m范圍內(nèi)，按照2m間距梅花型向外布設(shè)探邊孔；按照“一槽兩鉆地連墻、抗拔樁的孔位編號加上數(shù)字”由內(nèi)向外順時針布設(shè)探邊孔并進行編號。

4.3.2? ?鉆進探邊孔

采用地質(zhì)鉆機對S10-02-1地連墻，JZ-26-5抗拔樁等2個探邊孔進行鉆探。鉆進過程中，保存取芯樣品、做好過程記錄、在圖紙上標注已探明溶洞的位置。

4.3.3? ?下放袖閥管

鉆孔完成之后，為了防止孔位坍塌，應(yīng)立即下放袖閥管。袖閥管伸出地面不少于30cm，以免注漿過程中溢漿將袖閥管淹沒。如果鉆孔未探測到溶洞，則及時用水泥漿對鉆孔進行封堵。探邊孔完成后，及時使用干水泥將探邊孔地下至少3m位置進行封堵，以保證孔口不漏氣。

4.3.4? ?鉆孔要點

鉆機開始鉆進前，需對鉆桿的垂直度進行檢查，確保其垂直度符合要求。鉆進速度不能過快，尤其是在土層與巖層交界位置，以防止孔位偏斜。

在鉆進地連墻和抗拔樁孔位的過程中，都會存在不同程度的漏漿現(xiàn)象，這說明此處溶洞可能存在與相鄰溶洞連通現(xiàn)象。下袖閥管至一定深度后，往袖閥管內(nèi)注入清水，以防止地下水壓過大將袖閥管頂出。

4.3.5? ?探邊鉆孔結(jié)果

S10-02地連墻詳勘孔溶洞位置標示在地面下30.5～33m。共投入鉆機3臺，布置探邊鉆孔16個。溶洞標示在地面下19.9～26m范圍內(nèi)，在地連墻兩側(cè)3m范圍內(nèi)未探到溶洞邊界。

JZ-26抗拔樁詳勘孔溶洞位置標示在地面下32～34.5m、39m、41.5～42.6m。共投入鉆機3臺，布置探邊鉆孔18個。溶洞標示在地面下28～42.6m范圍內(nèi)，在抗拔樁兩側(cè)3m范圍內(nèi)未探到溶洞邊界。

S10-02地連墻探邊鉆孔地面長度總計為608.08m，JZ-26抗拔樁探邊鉆孔地面長度總計為857.37m，平均每天每臺鉆機可鉆進57m左右。

4.4? ?繪制溶洞包絡(luò)圖

在S10-02地連墻、JZ-26抗拔樁探邊鉆孔完成之后，匯總所有探邊鉆孔數(shù)據(jù)資料，繪制溶洞包絡(luò)圖，計算出溶洞預(yù)估注漿量。經(jīng)計算得出S10-02地連墻溶洞預(yù)估注漿量為455.65m3，JZ-26抗拔樁溶洞預(yù)估注漿量為384.49m3。

5? ?溶洞注漿施工

5.1? ?配制漿液

5.1.1? ?配制水泥漿

配制水泥漿采用42.5R早強型普通硅酸鹽水泥，現(xiàn)場配制水泥漿液的水灰比為1：1，漿液比重為1.53，1m3水泥漿中含有水泥0.759t，水泥的密度為3.15t/m3。配制水泥漿時采用體積為0.5m3、直徑為1m的攪拌罐，加入0.38m3的水至高度為48cm的位置，再倒入0.12m3的水泥，攪拌完成后即可得到比重為1.53的水泥漿。

5.1.2? ?配制雙液漿

配制雙液漿采用42.5R早強型普通硅酸鹽水泥?，F(xiàn)場配制雙液漿時，水泥：水：水玻璃的質(zhì)量配比為1：1.38：0.3。水玻璃溶液中的水和水玻璃體積之比，理論上為0.74：0.2168，水玻璃的波美度為40°Be'。因此制作水玻璃溶液在體積為0.7m?的容器中，須加入0.5m?水和0.146m?水玻璃。其中水玻璃可換算為0.202t，可使用60kg/桶的容器取4桶水玻璃，倒入攪拌容器中充分攪拌。注漿時將同比例的水泥漿與水玻璃溶液混合后，即可得到1：1.38：0.3的雙液漿。

5.2? ?注漿過程

5.2.1? ?選定注漿孔

選定S10-02-11地連墻、JZ-26-4抗拔樁為首次注漿孔，在袖閥管封孔后安裝注漿管。注漿管應(yīng)進入溶洞底部以下不小于0.5m，在注漿管的出漿口下部放置皮套，保證注漿管與袖閥管之間保持密封狀態(tài)，準備就緒后開始注漿。

5.2.2? ?周邊孔注漿

由于溶洞未探到邊界，故周邊孔采用雙液漿進行注漿封邊。注漿前取等體積的水泥漿和水玻璃進行混合并記錄混合時間，控制其凝固時間在20～25s內(nèi)即可注漿，壓力達到0.8MPa并繼續(xù)注漿10min以上，即可終止注漿。

5.2.3? ?中央孔注漿

中央孔注水泥漿，注漿壓力達到1.0MPa后，繼續(xù)注漿10min以上即可終止注漿。注漿速度控制在70～150L/min。

溶洞注漿達到設(shè)計壓力值之后，適當(dāng)提升注漿管繼續(xù)注漿；再次達到注漿壓力設(shè)計值之后繼續(xù)提升注漿管，直至注漿管提升至標示的溶洞頂部為止。注漿管每次提升高度為80cm，完成注漿后使用清水清洗注漿管，并且保護袖閥管，以便進行二次注漿。

5.3? ?注漿要點

注漿過程中，注漿區(qū)地面以及周圍地面都存在不同程度的冒漿現(xiàn)象。在S10-02地連墻注漿過程中，抗拔樁孔位出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，再次驗證這2處鉆孔地下溶洞存在聯(lián)通現(xiàn)象。

袖閥管連接部位使用連接套頭加連接膠進行連接，要求連接部位牢固不漏漿。在使用連接膠膠接袖閥管之后，再使用透明膠帶進行纏繞密封，以保證連接位置的密封性。

注漿過程中，水泥漿液和水玻璃需要不斷消耗和補充，所以在注漿過程中每隔30min～60min，必須對水泥漿的比重和混合漿液的凝固時間進行檢測，以滿足質(zhì)量要求。

現(xiàn)場的注漿機分為2種：一種為雙液漿注漿機，1臺注漿機可同時抽取水泥漿和水玻璃進行混合注漿。另一種為單液漿注漿機，需2臺注漿機分別抽取水泥漿和水玻璃在注漿管位置進行混合后再注漿。使用2臺單液漿注漿機同時注漿時，由于2臺注漿機抽取的漿液匯入同一管道，注漿壓力表上壓力值較高，鑒別壓力時先將抽取水玻璃的注漿機關(guān)停，看另1臺注漿機壓力表上的壓力，如果壓力達到設(shè)計值，表明此孔位注漿已完成。

5.4? 注漿效果檢測

試驗孔位注漿完成50天后，對2個試驗溶洞治理的效果進行取芯檢測。取芯顯示溶洞位置已被水泥漿填充，對取芯進行貫擊檢測和抗壓強度檢測，結(jié)果均合格。這表明水泥漿和雙液漿的配制參數(shù)符合要求、注漿過程控制有效。

試驗結(jié)果表明，在設(shè)計單位給定地連墻、抗拔樁周邊3m的安全距離為邊界進行探邊鉆孔和注漿后，其質(zhì)量要求通過試驗予以確認，對溶洞的治理效果符合設(shè)計要求。對白云東平站S10-02地連墻、JZ-26抗拔樁等2個試驗位置的溶洞進行治理的結(jié)果，可作為廣花城際白云東平站整個巖溶區(qū)域治理的依據(jù)。注漿設(shè)計參數(shù)與確定參數(shù)對照如表1所示。

6? ?結(jié)語

按照確定參數(shù)對地鐵白云東平站地下溶洞進行注漿填充，填充效果和檢測強度均滿足設(shè)計要求。目前，國內(nèi)巖溶發(fā)育區(qū)域地鐵工程溶洞的治理原則、治理范圍及相應(yīng)的施工技術(shù)仍在逐步探索與完善之中。廣州多條地鐵線路穿越巖溶發(fā)育區(qū)，對溶洞預(yù)治理積累了豐富的經(jīng)驗。針對巖溶輕微或強烈發(fā)育區(qū)域等不良地質(zhì)風(fēng)險制定相應(yīng)治理措施，是保證地下工程在施工期間的安全及運營期結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要手段。

參考文獻

[1] 段運啟，疏義廣. 淺覆蓋型巖溶地質(zhì)條件下明挖隧道深基坑工程設(shè)計[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計， 2020（17）：3.

[2] 李國峰.廣州地區(qū)典型灰?guī)r地層高壓電塔基礎(chǔ)加固技術(shù)[J].?中外建筑， 2019（10）：5.

[3] 韓曉鵬.巖溶地區(qū)地下工程溶洞治理分析設(shè)計[J]. 城市建筑，2021，18（30）：134-136，139.