軌道交通工程巖溶發育區域處理措施

任 鑫（紹興市軌道交通集團有限公司， 浙江 紹興 312072）

伴隨著城市軌道交通地鐵的大規模建設，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，建設線路通常有既有建筑物地下基礎、地下管線及復雜地質?；诖?，地鐵穿越建筑物及不良地質施工的針對性施工措施也越來越有必要。本文結合浙江省紹興市城市軌道交通 1 號線一期工程鑒湖鎮站—芳泉站區間工程，闡述地鐵工程建設過程中遇到巖溶發育區域的工程處理措施。

1 工程概況

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

區間自鑒湖鎮站始發后，在盾構試驗段即碰到巖溶地質，其中，區間前 200 環碰到地層為巖溶微發育區，200 環～400 環、500 環～600 環區域范圍內分別穿越巖溶強發育區地層，巖溶地質區域占比達到區間全長 1/2 以上。為保證盾構區間安全建設，必須對隧道穿越里程范圍內巖溶區域妥善處理。

圖 1 鑒湖鎮站—芳泉站區間總平面圖

1.1 巖溶地質形成原因及危害

（1）形成原因。巖溶地質是地表水和地下水對可溶性巖石所造成的，以化學溶解作用為主，機械侵蝕作用為輔的溶蝕作用而造成原狀地層產生空洞的地質的總稱。巖溶的形成常受巖石性質成分、地下水流動、地貌及地質構造 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，在外動力或人為因素作用下產生的突發性地面變形破壞，其結果多形成圓錐形塌陷坑。

（2）危害性。① 空洞導致砂層漏失而形成巖溶塌陷，從而造成土體失穩，地面局部塌陷。② 盾構推進過程中產生的擾動使得原本空洞或松散土體使角礫和灰巖連通，在地下水潛蝕作用及真空吸蝕作用，砂層進入溶洞，形成塌陷。

1.2 區間巖溶發育情況

根據地質詳勘，灰巖分布區內已完成的鉆孔 143 個。鉆探揭示其中 73 個鉆孔內共 139 個大小不一溶洞，鉆孔遇洞率為 51.05%，溶洞主要為全充填、無充填。揭露溶洞洞徑為0.10～9.70 m，層頂埋深 15.0～47.2 m，層頂標高 －39.36～1.45 m。根據 GB 50007—2011 《建筑地基基礎設計規范》中的規定，本場區遇洞率 ＞ 30%，大部分有串珠狀豎向的溶洞發育深度達 20 m 以上。綜合判定本場區巖溶發育程度為巖溶強發育。溶洞充填類型分布如表 1 所示。

表 1 溶洞充填類型

由以上內容可知，溶洞充填物性質差異性極大，總體上性質一般偏差。

根據勘察成果顯示，在灰巖分布區存在巖溶發育情況。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，并結合鉆探成果資料綜合分析巖溶發育。本次巖溶專項物探探查中，共完成 355 個彈性波 CT 剖面，電阻率 CT 剖面 5 個以及電磁波 CT 剖面 5 個，揭示溶洞異常體共 180 處。該 180 處溶洞異常體在彈性波CT剖面中均呈現低速異常，部分已被勘探孔揭露。物探成果結合鉆孔資料分析，本場地不同巖性對巖溶發育控制表現在巖溶發育的分段性：里程 YK44+948.94～YK45+240.82 m段巖溶一般發育；里程 YK45+240.82～YK45+432.75 段及YK45+520.000～YK45+611.17 m 段巖溶強烈發育。溶洞異常體的層頂埋深為 12.82～42.20 m，層頂標高 －34.26～－3.96 m，溶洞異常體洞高為 0.10～37.18 m。區間巖溶異常體情況統計如圖 2 所示。

圖 2 區間巖溶異常體情況統計

2 巖溶加固

2.1 巖溶加固目的

巖溶加固目的主要有 3 個。

（1）滿足永久結構的承載力、變形。

（2）降低盾構推進期間突水事件發生的概率。

（3）降低新生溶（土）洞對盾構推進穩定性的不利影響。

2.2 處理方案

巖溶地層造成地面坍塌、地質坍孔的主要原因是地下水對巖石的物理及化學腐蝕作用造成巖石溶蝕。為保證施工過程中土層的穩定性，根本措施為對產生的空洞進行填充填實。因此考慮對本工程涉及的巖溶區域空洞進行填充處理，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。

根據本標段隧道巖溶地質情況分析，為保證隧道范圍內巖溶處理采用點對點處理方式。若有巖溶強烈發育帶，可加密采用滿鋪注漿的方式。還需采取加強盾構管片螺栓等級、管片增設注漿孔、施工時加強周邊監測等措施。

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，結合隧道埋深與巖溶空洞的空間位置關系，工程對地質空洞處理原則如下。

（1）必須處理盾構區間所處巖溶區段范圍內的巖溶地質的空洞及松散土體。

（2）結構輪廓外放 3 m 后，原則上隧道底標高以下 8 m 內的溶洞進行處理。

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

（4）隧道底標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）對區間溶、土洞處理前，先溶、土洞平面范圍的試探測，以揭示溶、土洞的鉆孔為基準點。

（2）沿垂直區間方向間隔 2.5 m(強烈發育區 2.0 m)施工一排注漿鉆孔，以探測到區間結構外 3.0 m 為止。沿盾構推進方向施工一排注漿鉆孔，間隔 2.5 m (強烈發育區2.0 m)，以找到洞體邊界為止。再從中心位置向其他方向探孔，沿垂直線路方向以探測到區間結構外 3 m 為止。

（3）在區間結構外輪廓外 3 m 處施作止漿墻。止漿墻施工采用雙液漿，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，應向內收縮一孔作為邊孔，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。對于溶、土洞充填地加固，按照以下方法執行。

（1）對洞徑 ＞ 2 m 且無填充溶、土洞和半填充溶、土洞，先進行投砂處理，后采用注漿加固的方法。投砂處理時在原鉆孔附近（約 0.6 m）補鉆 2 個φ250 mm 的投砂孔，2 個投砂孔中心與原鉆孔中心需在同一連線上，2 個投砂孔可相互作為出氣孔。投砂后，采用壓力注漿的方法進行填充加固，注漿壓力從低到高，間歇、反復壓漿。投砂管建議采用φ200 mm 的 PVC 套管，投砂孔的大小可根據現場施工情況進行調整，達到填砂目的即可。

（2）對洞徑 ＞ 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行填充加固，注漿壓力從低到高，間歇、反復壓漿。

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 級普通硅酸鹽水泥，水灰比為 1.0～1.5，具體應根據現場試驗確定。中等發育區采用純水泥漿，強烈發育區采用水泥-水玻璃雙液漿，配比建議為水泥∶水∶水玻璃＝1∶1.38∶0.29（質量比）。

2.5.4 注漿參數

注漿參數如下：

（1）注漿壓力 0.3～2.0 MPa。注漿壓力從 0.3 MPa 逐步提高，達到注漿終壓 2.0 MPa 并繼續注漿 10 min 以上。

（2）水泥采用 42.5 級普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.5:1～1:1。

（3）注漿速度為 30～70 L/min。

（4）注漿擴散半徑設計為 1.5 m。

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

2.5.5 注漿標準

在注漿結束后，為評定注漿是否產生效果，保證施工過程中不坍塌、不坍孔，需在灌漿固結體內鉆孔取芯，測定芯樣強度，要求無側限強度 ≥ 0.4 MPa。

3 結 語

隨著國家經濟水平的飛速提升，城市地鐵工程發展越來越迅速，建設過程中遇到的地層情況將會越來越復雜，地鐵工程在巖溶發育區域穿越的問題將不再是特殊化個例。在地下工程遇到巖溶地質施工前，務必首先進行地質勘查，了解巖溶發育情況、位置及與擬建工程相對位置關系。若有必要，需進行詳細補勘處理，為施工提供理論參照依據基礎。施工單位應因地制宜，結合工程所在地地質條件，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工程不利的安全質量隱患，確保地鐵工程、地下空間工程的安全建設與質量的提升。