地鐵隧道穿越巖溶區的綜合治理

張 琦 羅小怡

1 工程地質概況

隧道底板及以下巖溶發育，地下水極為豐富，連通性極強，洞身及頂部以上基本為粉質粘土層，遇水軟化，當土層壓力小于巖溶水壓力時，易被擊穿發生突水現象。

巖溶類型有溶溝、溶斗、溶洞。基巖頂面表現為溶溝和溶斗;淺部基巖存在數十個規模不大、洞高 0.2m～2m的小溶洞，溶蝕縫、蜂窩狀溶蝕現象非常發育;深部基巖存在數個規模較大的大型溶洞，最大洞高3m～9m，施工區域內平面延伸7m～30m。地下水主要為巖溶水，溶洞涌水的穩定流量最大可達 105.25m3/h。

2 總體方案

2.1 設計概況

本次方案為廣州地鐵二號線三元里折返線隧道后續段工程，里程為ZDK 18+175.898～ZDK18+260.5，總長84.602m。其中里程ZDK 18+175.898～ZDK18+200.5為暗挖隧道，里程ZDK 18+ 200.5～ZDK18+260.5為明挖隧道。

2.2 溶洞處理

2.2.1 溶洞處理方案

溶洞填充要求:1)溶洞填充采用地面注漿或混凝土進行填充。2)對于淺部基巖的溶洞，由于無填充物，為減少水泥漿用量，填充時可先灌注中粗砂再安裝注漿管，然后再采用壓漿辦法填充孔隙。3)注漿材料宜通過現場試驗確定選用水泥砂漿或混凝土。4)巖層中會存在寬窄不同的裂隙，開始壓漿時可采用稀漿灌注，以防細裂隙被濃漿堵塞，然后根據具體情況逐步提高灌漿壓力、漿液濃度，實現逐步填充空隙和封閉殘余的微細裂隙。5)對于溶斗，由于均有充填物，對其處理主要是進行地層加固處理，地層處理時可使用高壓劈裂灌漿辦法。

2.2.2 明挖隧道的基底處理

1)基坑范圍以內的基底處理采用旋噴法工藝，在土體中形成一道水平止水帷幕，止水帷幕的厚度為2.5m。旋噴樁樁徑取 1m左右。2)噴樁的施工待基坑開挖至±0.000高程處開始進行施作。旋噴樁不僅要求實現互相咬合，而且其抗壓強度要求達到5MPa(見圖1)。

2.2.3 暗挖隧道的止水帷幕的施工

1)在ZDK 18+200.5處打設超前注漿孔進行注漿止水，注漿采用袖閥管分段注漿法。其位置可根據鉆機的情況作調整，注漿管長度 24m。2)孔注漿施工工藝要求。a.注漿管間距原則上按環向1.5m考慮，現場可根據實際情況進行調整。b.袖閥管與鉆孔壁之間用套殼料置換孔內泥漿，以防止注漿過程中孔口漿液溢出。c.注漿壓力:1MPa～3 MPa，水泥漿:水灰比按0.6～1.1考慮，具體參數應根據現場情況進行調節和控制。d.在鉆孔過程中應做好詳細的鉆孔記錄，對鉆孔進行地質描述，從而指導下一步的隧道施工。

在暗挖隧道的止水帷幕和明挖隧道的基底處理的施工之前，應提供溶洞填充處理的注漿成果統計結果及其分析報告，以便于決定基底處理措施和超前注漿措施的取舍或調整有關技術措施，如旋噴樁的長度、樁徑等。

3 填充溶洞、溶溝溶斗處理的方法與參數

3.1 溶洞填充

在溶洞填充之前，先進行溶洞放樣，然后按照孔間距 1.5m布置鉆孔，鉆孔直徑130mm;當鉆孔至設計位置后，下導管，灌注砂漿。采用混凝土輸送泵泵送入孔，輸送泵與導管之間采用變徑連接。溶洞填充的方法如圖 2所示。1)鉆孔。a.淺層小溶洞鉆孔。對于延伸不超過 5m的小溶洞鉆設兩個或三個鉆孔，當一個孔灌注時，其他孔作為出氣、出水孔，同時也作為檢測砂漿填滿程度的檢測孔;對于延伸大于 5m的淺層小溶洞，布置多個鉆孔。b.深層溶洞的鉆孔。溶洞并不是一個完整的空腔，而是有很多的溶蝕縫和蜂窩狀溶蝕。為防止鉆孔間距過大造成漏填和填充不飽滿，孔間距1.5m，梅花形布置。采取跳孔施鉆，把其中一孔作為填充孔，其他鉆孔作為出氣孔和觀測孔;而后視所填砂漿流動半徑及填充高度確定加密孔距及孔深。2)灌注砂漿。a.施工方法。當鉆孔達到設計深度后，停止鉆進;清孔后下導管，準備就緒后灌注砂漿，分段提升導管直至溶洞口;當砂漿返漿至地面時停止灌漿，抽出導管，埋設注漿袖閥管，并用套殼料封孔。b.工藝參數。砂漿灰砂比 3∶8，水灰比 0.5～0.8。為防止砂漿泵送時離析，適當摻入膨潤土或粉煤灰;套殼料選用水泥、膨潤土混合漿。3)袖閥管注漿。為確保填充密實，待填充砂漿達到一定強度后進行袖閥管注漿。

3.2 抽取巖芯

溶洞處理完畢后進行抽芯取樣，抽查填充溶洞的填充狀況。抽芯的位置選在溶洞頂的最高點處。根據抽芯的質量情況來決定下一步是否需要進行進一步的壓漿處理。

3.3 溶斗的處理

溶斗處理的方法是袖閥管高壓劈裂注漿。

1)鉆孔。堅持一孔多用的原則，盡量利用溶洞填充時的鉆孔，鉆孔平面位置位于溶斗范圍內，深度按物探結果進行控制。2)注漿施工工藝。通過鉆桿灌入封閉泥漿(套殼料)→插入袖閥管→插入芯管→開環注漿→沖洗袖閥管和芯管。套殼料要求粘度達到80 Pa?s～90 Pa?s，7 d抗壓強度達到0.3MPa～0.5MPa，套殼料的制作以膨潤土為主，水泥為輔，要求脆性高，收縮性小。套殼料凝固 3 d～5 d后可開環注漿。袖閥管和芯管應清洗以便重復注漿。注漿材料選用 425號普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比取0.8～1。注漿終壓取3MPa～4MPa，開環壓力稍大于初壓。注漿壓力逐步升高，達到設計終壓并穩壓 30min，進漿量一般小于0.4 L/min以下。3)封口。當溶洞填充、袖閥管注漿完畢，應將所有鉆孔全部封口，封口采用單液漿泵泵送水泥漿封口。

3.4 抽水試驗

溶洞、溶斗處理完畢后進行抽水試驗，根據抽水試驗的結果來判斷溶斗處理的效果。

4 結語

三元里折返線后續段施工，成功的運用了充填法、旋噴樁、灌注樁、注漿等技術處理巖溶發育地層，使隧道沉降及今后地鐵運營的危害得到解決，使穿越巖溶區的城市地鐵隧道能夠安全、穩妥的實施，降低了工程成本，實用性強。

[1] 杜嘉鴻.地下建筑注漿工程簡明手冊[M].北京:科學出版社，1998.

[2] 地基處理手冊編寫委員會.地基處理手冊[M].北京:中國建筑工業出版社，1998.

[3] 侯兆霞.基礎工程[M].北京:中國建材工業出版社，2004.