地鐵隧道穿越巖溶地區(qū)處理方案及控制措施研究

李宗仁

中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司 山西太原 030000

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地鐵已成為大中城市解決城市擁堵問題的寵兒。地鐵具有節(jié)約土地、減少噪音、減少干擾、節(jié)約能源、減少污染等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代大型城市發(fā)展城市交通的首選。在高風(fēng)險(xiǎn)巖溶地區(qū)地鐵施工中，不可避免的存在著溶洞等地質(zhì)災(zāi)害，伴隨著掌子面突水、突泥、圍巖及支護(hù)變形、坍塌等問題，輕則機(jī)械損毀，重則出現(xiàn)人員傷亡[1]。

1 概述

隨著城市軌道交通線網(wǎng)的飛速發(fā)展以及地下空間開發(fā)利用的增多，越來越多的基坑面臨與既有運(yùn)營(yíng)地鐵隧道的交匯問題?；邮┕?huì)引起隧道周圍土體的應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)發(fā)生變化，導(dǎo)致地下隧道結(jié)構(gòu)變形，進(jìn)而影響地鐵隧道的安全性及適用性。因此，如何正確定量評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)基坑開挖對(duì)地鐵隧道的影響成為一個(gè)急需解決的問題。以深基坑開挖對(duì)隧道的影響為工程實(shí)例，對(duì)施工期間基坑和隧道進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果與數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，得出了基坑開挖期間對(duì)隧道不一定是卸荷影響，也可能增加隧道圍壓，這與基坑開挖深度以及隧道與基坑的相對(duì)位置關(guān)系有關(guān)，同時(shí)，也與基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工方法有關(guān)。

地鐵隧道變形和位移的規(guī)律，指出了基坑監(jiān)測(cè)與地鐵監(jiān)測(cè)結(jié)果之間的聯(lián)系，分析了基坑支護(hù)體系的特征和開挖的時(shí)空效應(yīng)對(duì)地鐵隧道的影響，表明隧道與坑邊距離的變化對(duì)隧道水平位移的影響比對(duì)隧道沉降的影響要大。

2 巖溶地區(qū)處理方案

2.1 處理范圍

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011），對(duì)于完整、較完整的堅(jiān)硬巖、較硬巖地基：①當(dāng)洞體較小，基礎(chǔ)尺寸大于洞的平面尺寸，并有足夠的支承長(zhǎng)度；②頂板巖石厚度大于或等于洞的跨度時(shí)（即厚跨比＞1.0），可不考慮巖溶對(duì)地基穩(wěn)定性的影響。本區(qū)間溶洞多以順層面和沿豎向溶蝕裂隙發(fā)育的豎向溶洞為主，一般寬0.2～2.0m。因此，綜合參考武漢地鐵既有線已實(shí)施工程巖溶處理經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)地鐵隧道底以下6m、隧道結(jié)構(gòu)外輪廓兩側(cè)3m范圍之內(nèi)的未填充、半充填或全充填（充填物強(qiáng)度較底的）溶洞，必須進(jìn)行巖溶處理[2]。

2.2 巖溶成因分析

巖溶之所以能夠連續(xù)貫通，是因?yàn)橛兴谔妓猁}巖內(nèi)部的裂隙或孔隙中流動(dòng)，使兩者不斷地相互接觸和相互作用，不斷循環(huán)，排出飽和水，補(bǔ)入未飽和水，故可溶性巖體、具有溶蝕性的水和水的循環(huán)交替條件是構(gòu)成巖溶發(fā)育的基本條件。

根據(jù)該段地質(zhì)描述，本段地層受構(gòu)造影響巖層產(chǎn)狀多變，傾角大，主要產(chǎn)狀為157°∠46°，巖石較為破碎、松散，層間裂隙發(fā)育，縱橫張裂隙也較發(fā)育，為此處溶洞的發(fā)育創(chuàng)造了較為通暢的原始空間和地下水循環(huán)通道，上下水系貫通，很有利于深部水循環(huán)，斜井施工中曾發(fā)現(xiàn)地下河，并有豎井和漏斗存在。

2.3 處理方案

2.3.1 鉆孔揭示溶洞

①高度不大于1m且無填充溶洞和半填充溶洞，以及全填充溶洞（充填物強(qiáng)度較低的）均直接采用純水泥漿進(jìn)行靜壓式灌漿。②高度1～3m且無填充溶洞和半填充溶洞，先采用水泥砂漿進(jìn)行填充，再采用水泥漿進(jìn)行壓力注漿填充。③對(duì)于溶洞高度大于3m無填充溶洞和半填充溶洞，可考慮先投碎石（5～10mm），后采用注漿加固的方法。

2.3.2 物探異常區(qū)

對(duì)異常區(qū)進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證，若發(fā)現(xiàn)存在溶洞則根據(jù)溶洞大小采取相應(yīng)的處理加固方法；若沒有發(fā)現(xiàn)溶洞，采用壓力注漿的方法對(duì)鉆孔進(jìn)行填充加固和封孔[3]。

3 巖溶區(qū)注漿處理質(zhì)量安全控制

3.1 注漿施工質(zhì)量控制措施

①注漿過程中如果發(fā)現(xiàn)大量漿液流失，為了保證注漿的效果，應(yīng)適時(shí)地添加水玻璃等。②對(duì)于注漿孔的注漿應(yīng)采用跳躍方式注漿，防止串漿和跑漿。③注漿方式一般采用重復(fù)注漿，以保證注漿的效果，注漿的間隔時(shí)間一般為6～10h，在進(jìn)行3次注漿后，當(dāng)達(dá)到終孔壓力時(shí)應(yīng)停止注漿并封孔。④需要記錄現(xiàn)場(chǎng)整個(gè)過程，結(jié)合取得的注漿數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)，并記錄孔深、孔位、涌水等情況，如果不符合地質(zhì)報(bào)告，應(yīng)進(jìn)行更改修正。

3.2 巖溶區(qū)注漿處理效果查驗(yàn)

（1）對(duì)于溶（土）洞注漿效果的檢驗(yàn)，一般采用“二次注漿”方法檢查填充率，或通過隨機(jī)原位標(biāo)貫試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)注漿效果。當(dāng)標(biāo)貫值達(dá)到“堅(jiān)硬”時(shí)，注漿效果為優(yōu)；當(dāng)標(biāo)貫值達(dá)到“硬塑”時(shí)，注漿效果為合格。

（2）對(duì)于基底處或基底下淺層溶洞，需要滿足以下任一條件：①隨機(jī)原位標(biāo)貫試驗(yàn)，其標(biāo)貫擊數(shù)大于等于10；②隨機(jī)鉆孔抽芯法抗壓試驗(yàn)，其28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于0.2MPa。

3.3 運(yùn)營(yíng)期主要風(fēng)險(xiǎn)的保護(hù)措施

地鐵運(yùn)營(yíng)期間存在的風(fēng)險(xiǎn)主要有以下三點(diǎn)：①受目前鉆孔和勘察水平的限制，難以探明地下所有溶洞的分布情況，而未探明的溶洞將導(dǎo)致地鐵在運(yùn)營(yíng)期間存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。②由于地鐵通車對(duì)周邊經(jīng)濟(jì)的影響，必將導(dǎo)致地鐵周邊大量建筑物的興起，在對(duì)這類建筑物進(jìn)行打樁、抽排地下水和深基坑的開發(fā)時(shí)，容易導(dǎo)致溶洞的塌陷從而引起地面沉降和地下水位的急劇下降，進(jìn)而使地鐵的運(yùn)營(yíng)存在風(fēng)險(xiǎn)。③地鐵運(yùn)營(yíng)期間，地鐵存在震動(dòng)荷載，該震動(dòng)荷載將對(duì)溶洞產(chǎn)生較大影響，對(duì)未探明及未處理的溶洞產(chǎn)生不利影響。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，盾構(gòu)隧道施工成敗很大程度取決于地質(zhì)條件和盾構(gòu)設(shè)備兩個(gè)因素，既相輔相成又互相制約，尤其是巖溶地區(qū)的盾構(gòu)隧道施工，對(duì)兩個(gè)因素的要求更為嚴(yán)格。