淺談盾構隧道穿越巖溶區域處理方法

梅雨潭

（中交城市軌道交通設計研究院有限公司，湖北 武漢）

引言

進入21 世紀以來，為減小都市快速發展而帶來的交通壓力，城市軌道交通工程也加快了前進腳步。隨著各類地下工程逐漸增多，巖溶作為地下較為常見的地質現象，一直是地下工程研究探索的重要方向[1，2]。本文以南京地鐵1 號線北延線一段區間所遇到的巖溶現象作為依據，進行分析巖溶處理的基本方法。

1 工程概況

南京1 號線北延線燕子磯站- 笆斗山站區間平面線路出燕子磯站后沿和燕路向東北方向敷設，下穿巖溶區后進入珠江路，最后進入笆斗山站。本區間全長約1 100 m，其中涉溶洞段約110 m。區間地處階地間坳溝、階地及長江漫灘地貌單元，淺部填土厚度一般為1.10 m～9.0 m，填土以下土層主要為黏性土、粉砂、粉土,下伏基巖有浦口組砂巖、角礫巖及石炭系黃龍組灰巖。可溶巖累計長74.2 m，溶洞累計高度9.9 m，地勘結果表明該段鉆孔遇溶洞率高，參照《巖土工程勘察規范》（DGJ32/TJ208-2016），本區段巖溶發育強度為強發育，見圖1-2。

圖1 區間隧道平面圖

2 巖溶勘察

2.1 巖溶揭示一般方法

（1） 鉆孔勘探法

鉆孔勘探法是采用直接鉆孔的方式來探明地下溶洞的發育情況，需占用一定的施工場地，在地表條件允許的情況下才能采用此種方法進行溶洞勘察[3]。

（2） 地質雷達法

地質雷達是以超高頻電磁波作為勘察場源，由一個發射天線向地下發射一定中心頻率的無載波電磁脈沖波，另一天線接收由地下不同電性介質界面產生的反射回波[4-5]。

（3） 跨孔彈性坡CT 法

跨孔彈性波CT（又稱彈性波層析成像技術）原理是在不對探測物進行任何形式是破壞的前提下，得到探測物的物理參數以及分布幾何形態信息。

2.2 巖溶勘察成果

（1） 巖溶在水平方向上的分布特點：現有鉆探成果成果表明，YK20+780～K20+850 段下伏基巖為灰巖，巖溶較發育，該區間共有6 個勘探孔揭露灰巖，其中5 個孔有溶洞分布。其中D1NQ4Z3 孔有6 層溶洞呈串珠狀分布于標高-10.49 m～-25.59 m 之間鉆孔揭露溶洞情況見表1。

表1 巖溶統計表

（2）巖溶區地質雷達勘察設計5 條測線，總長為600 m，實際完成400 m，跨孔彈性波CT 勘察工作設計九組，計12 194 個檢波點·炮，總深度296 mn，實際完成勘察深度234.5 m，檢波點·炮數12 194 個。物探推測的巖溶異常空間位置及規模大小詳見表2。

表2 物探推測巖溶異常分布情況（1992 南京坐標系、上海吳淞高程）

3 巖溶處理的方法

3.1 施工探孔布置

前期因受地面場地條件限制，地勘鉆孔和物探測線未能覆蓋全部區域，巖溶分布情況存在未查明或遺漏的情況，建議施工前在盾構主要影響區范圍地面布置2.0 m×2.0 m 梅花形探測孔（兼做注漿孔），見圖3，除詳勘鉆孔揭示的巖溶填物較為準確外，物探報告及交底文件顯示巖溶填充物情況均為推測，準確度存疑，因此探孔施工過程中應針對巖溶填充物進行詳細勘察，若揭示到溶洞則根據溶洞大小及填充物的具體情況采取相應的處理加固方法同步處理，處理方案參照下節1～4 條。

圖3 巖溶處理布置圖

3.2 溶洞、異常區處理的方法

溶洞、異常區處理的方法，見表3。

表3 溶洞、異常區處理的方法

4 注漿加固技術

4.1 注漿加固前準備工作

注漿加固前，需探查各種地下管線，對影響溶洞充填注漿施工的地下管線進行遷改或加固處理，并完成灌前地面沉降變形監測點的埋設和初始值的監測。做完準備工作后，還需對現場進行生產性試驗，為后續注漿施工提供數據參考，見圖4。

圖4 試驗性注漿統計圖

4.2 灌漿工藝

（1） 灌漿方法與漿材選擇

①灌漿過程需根據現場冒、漏漿情況，及時調整灌漿壓力、濃度、速率等施工指標。對于溶洞中水的處理，應合理添加雙液漿或速凝補充劑。

②巖溶注漿應區分周邊孔和中央孔，注漿孔可利用既有地質鉆孔，周邊孔在區間隧道外側可采用花管，花管長度1 m～2 m，花孔直徑8 mm，間距為10 cm；隧道范圍內中間孔采用PVC 袖閥管，溶洞須填充均勻。

（2） 灌漿壓力

注漿孔位及灌漿壓力，見表4。

表4 灌漿壓力

（3） 灌漿漿材配比

灌漿漿材配比見表5。

表5 灌漿漿材配比

（4） 灌漿質量檢查

①檢測方法：對溶洞處理后的區域應采用取芯方法檢查[5]。

②檢測標準：對洞徑大于2 m 的溶洞必須進行質量檢查，其余按溶洞處理總數的10%進行溶洞灌漿質量檢查。每個需質量檢查的溶洞加固區根據溶洞發育規模，由監理工程師布置1～3 個質量檢查孔。鉆孔取芯進行檢查，取芯應連續且上部無脫空，注漿固結體28 d 的無側限抗壓強度≥0.15 MPa。

③不滿足上述檢查標準時，應對受檢查的溶洞加固區進行灌漿補強施工，監理工程師可根據現場實際情況適量增加質量檢查孔。

5 結論與建議

（1） 隧道施工前以地勘鉆孔、地質雷達、跨孔彈性坡CT 揭示出溶洞位置、大小為首要步驟，再通過對物探成果判斷確定溶洞處理的方案。

（2） 溶洞位置、尺寸及填充物對隧道結構的影響程度存在明顯的差異，針對不同位置、尺寸及填充物的溶洞，應該有不同的處理方法。其中針對不同填充程度的溶洞，因確定不同的注漿方案。

（3） 注漿施工過程中結合生產性試驗注漿結果，可合理控制巖溶范圍注漿量。由于巖溶發育范圍較大且較深，注漿加固造價較高，前期生產性試驗可有效控制工程費用。

（4） 通過巖溶區段之前的區段作為盾構巖溶施工的試驗段，不斷優化盾構推進參數控制地表變形，減少對周邊環境的影響，根據正面土壓力，緊密結合地表變形監測，及時調整盾構掘進參數，將施工后地表變形量控制在最小范圍內。根據地層情況合理制定施工參數，如刀盤轉速，土倉壓力，注漿壓力以及掘進速度等。確保開挖面的土壓力平衡，減少開挖面土體的坍塌、變形以及土層損失。

（5） 巖溶處理施工過程中還可能面臨鄰近地下管線施工風險、鉆孔掉鉆及成孔過程中遇到大溶洞發生塌孔、注漿時嚴重跑漿、地下水及巖溶水風險、未探明未處理巖溶隱伏風險、溶洞串聯發育風險、盾構掘進風險等，在施工前應提前做好應急預案。