明挖基坑巖溶處理施工技術研究

周 全

(中鐵十六局集團有限公司， 北京 101100)

0 前言

要想從根本上杜絕巖溶地質給城際鐵路施工以及運行帶來的危害和風險，在設計工作前期就要選擇合理的站位和線路，盡可能規避巖溶發育區域，當受客觀因素限制，確實難以避免時，應對巖溶進行處理后方能進行施工，從而確保后期施工及運營安全。本文結合珠三角城際廣佛環線GFHD-2 標太和站前后明挖基坑巖溶處理施工加以論述。

1 工程概況

太和站站前明挖段基坑長652m，寬13～25m，深18～28m，圍護結構采用0.8m厚地下連續墻，豎向采用四道支撐，第一道為混凝土支撐，其余為鋼支撐。太和站明挖基坑長262m，寬47.5m～72.9m，深18～23m，圍護結構采用1m厚地下連續墻，基坑豎向采用三道混凝土支撐。太和站大里程明挖段基坑長821m，寬13～19m，深9～17m，圍護結構采用0.8m厚地下連續墻，豎向采用四道支撐，第一道為混凝土支撐，其余為鋼支撐。

2 工程地質特征分析

2.1 地質特征概述

丘間谷地，地面較平坦、開闊。谷地地層為第四系人工填土及第四系沖洪積黏土、粉質黏土、粗粒砂、圓礫土等，基巖為石炭系下統灰巖、炭質灰巖，灰色～灰黑色，呈強風化～中風化，灰巖巖質堅硬，局部收地質構造影響較破碎。

2.2 特殊地質、不良地質及地質構造

（1）沿線地貌上屬珠三角洲沖積平原、丘陵地貌，場地土存在軟土地層和液化土地層，按照國家標準《城市軌道結構抗震設計規范》（GB 50909-2014）第4.2.1條判斷，場地屬抗震不利地段，場地土類型屬中軟土～中硬場地土，結合沿線設計階段勘察的地質情況場地覆蓋層厚度0.00～43.0m，確定建筑場地類別為II類。

（2）根據鉆探揭示該地段基巖存在隱伏溶洞，場地第四系覆蓋層厚度為8.7～25.0m，屬覆蓋型巖溶區，除巖溶發育外，還分布大量的沖洪積物。由于地下水位較高，第四系地層受地下水影響，強度較低，在施工過程中極易引起地面塌陷，在溶洞頂板較薄的地段，樁基施工時易引起地面沉陷或樁機陷落事故。

2.3 水文地質特征

場地地表水較發育，主要為水溝水，其受大氣降水影響顯著。地下水按其賦存介質不同主要分為孔隙潛水、巖溶裂隙-溶洞水?？紫稘撍饕x存于填土層、砂層中，水量豐富，水利聯系暢通，略具承壓性，為場地主要含水層；巖溶裂隙水-溶洞水分布于下覆灰巖的溶隙、溶洞中，水量受巖溶的發育程度及其連通性影響而變化較大，據設計鉆探資料分析，多數地段巖溶為較發育，巖溶水水量豐富，具承壓性，巖溶的發育及地下水位的變化對沿線隧道及地下工程影響較大。根據鉆孔水樣分析，地表水具有化學侵蝕性，其化學侵蝕環境作用等級為H2、無鹽類結晶破壞作用，無氯鹽侵蝕；地下水具有化學侵蝕，其化學侵蝕環境作用等級為H1，無鹽類結晶破壞作用，具有氯鹽侵蝕，其氯鹽作用等級為L1。碳化環境作用等級為T3。

3 巖溶處理施工技術

3.1 巖溶處理的目的

（1）減小圍護結構在施工時產生坍塌的風險；

（2）預防土洞在地下水作用下迅速發展的風險，減少后期運營的風險；

（3）預防巖溶通道在基坑開挖時的突、涌水對基坑及周邊建、構筑物的破壞，提高砂土地基抗巖溶局部坍塌的能力，提高隧道結構的安全性；

（4）滿足永久隧道結構的承載力、變形溶、土洞填充物性質軟弱，隨著時間的推移，并受周邊環境的變化以及地下水活動的影響，很可能出現洞體坍塌現象。通過對洞體充填物的加固處理，提高其自身強度，從而提高洞體的穩定性，降低洞體坍塌而引起的地層塌陷，進而減小變形縫處的差異沉降。

由以上幾點可以看出巖溶注漿的目的是形成隔水帷幕，加固地基、減小沉降、提高結構承載力滿足線路運行要求。

3.2 巖溶處理的原則

（1）先探后灌，探灌結合。

（2）查明基坑范圍內及影響地段的各種巖溶洞穴和土洞的具體位置，在垂直方向和水平方向分布、連通性及規模、埋深、巖溶充填物性狀，并分析成因及發展趨勢，對逐個溶土洞進行專項注漿處理。

（3）對溶洞范圍內地層進行雷達掃描，確保地層密實后，進行地下連續墻施工及后續土方開挖、主體結構施工。

3.3 巖溶處理的施工流程

3.4 巖溶處理施工方案

3.4.1 巖溶探測

首先進行場地平整及測量定位工作，現場放樣出基坑的外邊線及每幅地下連續墻的具體位置。然后沿基坑兩側地下連續墻中線，在每幅地下連續墻（每幅地連墻長6m）兩端各1.5m位置，分別施作1個φ100超前地質鉆孔作為先導孔，超前預測墻底持力層范圍內的溶（土）洞，鉆孔深度按鉆至連續墻底以下完整基基巖不小于3m～5m，遇溶洞鉆至溶洞底板以下不小于3～5m。當在先導孔中發現溶洞，則以該孔為中心，沿周邊2m范圍布設一圈探邊孔（8個），鉆孔深度同先導孔原則，先導孔中若再發現溶洞，則繼續進行探邊，直至連續墻外側3m范圍，內側直至無溶洞。先導孔及探邊孔鉆設完成后均埋設PVC管，兼做后期注漿孔。

基坑內根據基坑寬度，施做 1～3排超前鉆孔做為先導孔（橫向間距不大于6m），縱向間距6m，鉆至結構底板以下完整基巖不小于8～10m，在此深度范圍內發現較大的溶洞或土洞，則鉆至溶洞底板以下不小于8～10m。當先導孔中發現溶洞中進行溶洞探邊，探邊孔沿發現溶洞的先導孔周邊2m布設一圈（8個）。

3.4.2 巖溶注漿

通過進行先導孔及探邊孔探測，對每個巖溶、土洞等位置、大小、充填情況以及水系情況探查清楚后，逐個對巖溶進行注漿處理。漿液根據溶土洞大小采用水泥漿或水泥砂漿。

3.4.2.1 注漿工藝流程

3.4.2.2 注漿方案

注漿孔位標定后，移動鉆機至鉆孔位置。鉆機就位后，用傾斜尺、水平尺等工具調整鉆機角度，使得鉆機呈水平，安裝牢固，定位穩妥。注漿前選取代表性的一個巖溶進行工藝性試驗，從而確定漿液配合比、注漿壓力、注漿量技術參數試驗。當驗證表明選取合理時，按選取的參數進行注漿。注漿漿液按下列原則進行選?。?/p>

（1）對于大于3m無填充和半填充溶（土）洞（含特大溶洞）可采用?200的PVC套管注水泥砂漿，水泥砂漿配比建議：水：水泥：砂=2.0：1.0：1.5，具體根據現場試驗確定；對于非填充或半填充的較大溶洞，可采用泵送混凝土填充。

（2）周邊孔：純水泥漿+水玻璃。雙液漿現場配合比試驗時，以初凝時間為指標進行控制，綜合考慮漿液的可泵性時間。雙液漿配比建議：水泥漿水灰比=1:1，水泥漿：水玻璃=1:1（重量比），水玻璃濃度Be=38～43，模數2.4～3.0。

（3）中央孔：純水泥漿，水灰比建議為0.6～1.0。

注漿時由巖溶周邊向中間進行，先兩側后中間，跳孔施鉆，不應全部鉆孔完成后再注漿，以免孔位串漿，增加難度及清孔工作量；巖層破碎容易造成坍孔時，應采用前進式注漿，否則采用后退式注漿。

3.4.2.3 注漿工藝要點及技術措施

（1）熟悉本段隧道巖溶分布情況，提前作好施工技術交底等工作。

（2）每次注漿施工前，對鉆機、注漿泵、拌漿機等機械進行檢查、調試、維修，使其保持良好的狀態。

（3）根據巖溶注漿孔位平面布置圖，對各孔位進行放樣，并測量、記錄對應的孔口地面高程。

（4）注漿鉆孔采用鉆機成孔，鉆機須安裝牢固，定位穩妥、固定。注漿孔應跳孔施鉆，不應全部鉆孔完后再注漿，以免孔位串漿，增加難度及清孔工作量。

（5）鉆機成孔插入注漿管后及時封堵孔口及附近的地面裂縫以防冒漿。

（6）注漿用的漿液應經過攪拌機充分攪拌均勻后才能開始注漿，并應在注漿過程中不停地緩慢攪拌，攪拌時間應小于漿液初凝時間。漿液在泵送前應經過篩網過濾。

（7）注漿過程中盡可能控制流量和壓力，防止漿液流失。

（8）施工前應向有關部門收集和調查地下設施、地下管線的具體位置。

（9）加強地表監控量測，監控項目為地表沉降、地表側向位移，按5m布置一處監測斷面，量測頻率2～3次/天，根據實測最大位移值、位移變化速度和位移時態曲線判斷管理級別，如變形超出規范允許值，及時啟動相關應急預案確保施工安全；注漿過程應加強周邊建構筑物監控量測，并做好技術資料和基礎數據記錄、整理、分析工作，發現異常應及時處理。

3.4.2.4 效果檢測

（1）地連墻溶洞處理完成后，應在巖溶部位進行抽芯檢測，檢測溶洞的充填情況，當不符合要求時繼續進行充填注漿，直至滿足設計要求。

（2）基坑內巖溶處理完成后，采用地質雷達進行掃描，當扔發現有異常部位時，及時采用鉆機進行鉆孔驗證，并進行注漿填充，直至滿足設計要求。

4 結語

巖溶段明挖隧道基坑施工，屬于高風險施工，施工過程中由于巖溶的存在可能產生坍塌、地連墻難以成孔、底板承載力不滿足要求等不良災害，同時對后期運營產生安全隱患。結合珠三角城際廣佛環線GFHD-2 標巖溶處理經驗，通過對逐個巖溶的范圍、大小等詳細布置情況進行探測，對巖溶進行逐個注漿處理并運用雷達探測等手段后，能確?；影踩€定。希望本文研究內容能為廣東以及全國類似的巖溶處理提供有效的借鑒和參考。

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