轨道交通工程岩溶发育区域处理措施

任 鑫（绍兴市轨道交通集团有限公司， 浙江 绍兴 312072）

伴随着城市轨道交通地铁的大规模建设，城市生活便捷化程度大幅提高。地铁工程通常穿越城市中心，建设线路通常有既有建筑物地下基础、地下管线及复杂地质。基于此，地铁穿越建筑物及不良地质施工的针对性施工措施也越来越有必要。本文结合浙江省绍兴市城市轨道交通 1 号线一期工程鉴湖镇站—芳泉站区间工程，阐述地铁工程建设过程中遇到岩溶发育区域的工程处理措施。

1 工程概况

鉴湖镇站—芳泉站区间从鉴湖镇站引出后，沿解放南路向南行进，依次下穿绍诸高速、甬绍金衢成品油管道、下白线，到达接收井，经明挖暗埋、明挖敞口段、路基段，到达芳泉站。出入线区间分盾构段及明挖段，其中盾构施工段起讫里程为 YK44+947.493，终点里程为 YK46+030.000；路基段起点里程为 YK46+195.000，终点里程为 YK46+413.488；明挖施工段起讫里程为 K46+030.000，终点里程为K46+195.000。盾构区间右线区间长度 1 082.507 m，左线区间长度 1 101.750 m，明挖区间双线长 199.000 m。鉴湖镇站—芳泉站区间总平面图如图 1 所示。

区间自鉴湖镇站始发后，在盾构试验段即碰到岩溶地质，其中，区间前 200 环碰到地层为岩溶微发育区，200 环～400 环、500 环～600 环区域范围内分别穿越岩溶强发育区地层，岩溶地质区域占比达到区间全长 1/2 以上。为保证盾构区间安全建设，必须对隧道穿越里程范围内岩溶区域妥善处理。

图 1 鉴湖镇站—芳泉站区间总平面图

1.1 岩溶地质形成原因及危害

（1）形成原因。岩溶地质是地表水和地下水对可溶性岩石所造成的，以化学溶解作用为主，机械侵蚀作用为辅的溶蚀作用而造成原状地层产生空洞的地质的总称。岩溶的形成常受岩石性质成分、地下水流动、地貌及地质构造 4 方面因素综合影响。岩溶地面塌陷是指覆盖在溶蚀洞穴之上的松散土体，在外动力或人为因素作用下产生的突发性地面变形破坏，其结果多形成圆锥形塌陷坑。

（2）危害性。① 空洞导致砂层漏失而形成岩溶塌陷，从而造成土体失稳，地面局部塌陷。② 盾构推进过程中产生的扰动使得原本空洞或松散土体使角砾和灰岩连通，在地下水潜蚀作用及真空吸蚀作用，砂层进入溶洞，形成塌陷。

1.2 区间岩溶发育情况

根据地质详勘，灰岩分布区内已完成的钻孔 143 个。钻探揭示其中 73 个钻孔内共 139 个大小不一溶洞，钻孔遇洞率为 51.05%，溶洞主要为全充填、无充填。揭露溶洞洞径为0.10～9.70 m，层顶埋深 15.0～47.2 m，层顶标高 －39.36～1.45 m。根据 GB 50007—2011 《建筑地基基础设计规范》中的规定，本场区遇洞率 ＞ 30%，大部分有串珠状竖向的溶洞发育深度达 20 m 以上。综合判定本场区岩溶发育程度为岩溶强发育。溶洞充填类型分布如表 1 所示。

表 1 溶洞充填类型

由以上内容可知，溶洞充填物性质差异性极大，总体上性质一般偏差。

根据勘察成果显示，在灰岩分布区存在岩溶发育情况。采用了以弹性波 CT、电阻率 CT 及电磁波 CT 为主的综合物探方法，并结合钻探成果资料综合分析岩溶发育。本次岩溶专项物探探查中，共完成 355 个弹性波 CT 剖面，电阻率 CT 剖面 5 个以及电磁波 CT 剖面 5 个，揭示溶洞异常体共 180 处。该 180 处溶洞异常体在弹性波CT剖面中均呈现低速异常，部分已被勘探孔揭露。物探成果结合钻孔资料分析，本场地不同岩性对岩溶发育控制表现在岩溶发育的分段性：里程 YK44+948.94～YK45+240.82 m段岩溶一般发育；里程 YK45+240.82～YK45+432.75 段及YK45+520.000～YK45+611.17 m 段岩溶强烈发育。溶洞异常体的层顶埋深为 12.82～42.20 m，层顶标高 －34.26～－3.96 m，溶洞异常体洞高为 0.10～37.18 m。区间岩溶异常体情况统计如图 2 所示。

图 2 区间岩溶异常体情况统计

2 岩溶加固

2.1 岩溶加固目的

岩溶加固目的主要有 3 个。

（1）满足永久结构的承载力、变形。

（2）降低盾构推进期间突水事件发生的概率。

（3）降低新生溶（土）洞对盾构推进稳定性的不利影响。

2.2 处理方案

岩溶地层造成地面坍塌、地质坍孔的主要原因是地下水对岩石的物理及化学腐蚀作用造成岩石溶蚀。为保证施工过程中土层的稳定性，根本措施为对产生的空洞进行填充填实。因此考虑对本工程涉及的岩溶区域空洞进行填充处理，而在地铁工程中最常用的填充材料为单液水泥浆及水玻璃加水泥浆双液浆形式。

根据本标段隧道岩溶地质情况分析，为保证隧道范围内岩溶处理采用点对点处理方式。若有岩溶强烈发育带，可加密采用满铺注浆的方式。还需采取加强盾构管片螺栓等级、管片增设注浆孔、施工时加强周边监测等措施。

2.3 处理原则

本次涉及到的岩溶埋深在 21.00～40.00 m 之间，隧道埋深在 6～10 m，结合隧道埋深与岩溶空洞的空间位置关系，工程对地质空洞处理原则如下。

（1）必须处理盾构区间所处岩溶区段范围内的岩溶地质的空洞及松散土体。

（2）结构轮廓外放 3 m 后，原则上隧道底标高以下 8 m 内的溶洞进行处理。

（3）隧道底部以下 8 m 范围内的溶洞：若覆跨比 ＜1，且溶洞稳定岩面顶板高度 ＜ 2 m 时，需进行充填处理；若覆跨比 ＞ 1，且溶洞稳定岩面顶板高度 ≥ 2 m 时，无须进行充填处理。

（4）隧道底标高下具有开放性的溶洞（土洞）及浅层溶洞（顶板厚度 ＜ 1 m）均需处理。

2.4 处理步骤

（1）对区间溶、土洞处理前，先溶、土洞平面范围的试探测，以揭示溶、土洞的钻孔为基准点。

（2）沿垂直区间方向间隔 2.5 m(强烈发育区 2.0 m)施工一排注浆钻孔，以探测到区间结构外 3.0 m 为止。沿盾构推进方向施工一排注浆钻孔，间隔 2.5 m (强烈发育区2.0 m)，以找到洞体边界为止。再从中心位置向其他方向探孔，沿垂直线路方向以探测到区间结构外 3 m 为止。

（3）在区间结构外轮廓外 3 m 处施作止浆墙。止浆墙施工采用双液浆，配比建议为水泥∶水∶水玻璃＝1∶1.38∶0.29（质量比）。

（4）沿线路方向以基本找到洞体边界为止。若洞体为有限边界，最外排孔未见洞，则该孔不需注浆，应向内收缩一孔作为边孔，注浆。

2.5 处理方法

2.5.1 处理步骤

溶洞处理施工可分为两步：充填压密，灌浆。对于溶、土洞充填地加固，按照以下方法执行。

（1）对洞径 ＞ 2 m 且无填充溶、土洞和半填充溶、土洞，先进行投砂处理，后采用注浆加固的方法。投砂处理时在原钻孔附近（约 0.6 m）补钻 2 个φ250 mm 的投砂孔，2 个投砂孔中心与原钻孔中心需在同一连线上，2 个投砂孔可相互作为出气孔。投砂后，采用压力注浆的方法进行填充加固，注浆压力从低到高，间歇、反复压浆。投砂管建议采用φ200 mm 的 PVC 套管，投砂孔的大小可根据现场施工情况进行调整，达到填砂目的即可。

（2）对洞径 ＞ 2 m 的全充填溶、土洞及洞径 ＜ 2 m 的溶、土洞，采用压力注浆的方法进行填充加固，注浆压力从低到高，间歇、反复压浆。

2.5.2 注浆工艺

注浆工艺采用φ48 mm 的 PVC 袖阀管注浆。

2.5.3 注浆材料

注浆材料采用纯水泥浆，水泥采用 42.5 级普通硅酸盐水泥，水灰比为 1.0～1.5，具体应根据现场试验确定。中等发育区采用纯水泥浆，强烈发育区采用水泥-水玻璃双液浆，配比建议为水泥∶水∶水玻璃＝1∶1.38∶0.29（质量比）。

2.5.4 注浆参数

注浆参数如下：

（1）注浆压力 0.3～2.0 MPa。注浆压力从 0.3 MPa 逐步提高，达到注浆终压 2.0 MPa 并继续注浆 10 min 以上。

（2）水泥采用 42.5 级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.5:1～1:1。

（3）注浆速度为 30～70 L/min。

（4）注浆扩散半径设计为 1.5 m。

（5）每个注浆孔每米的灌浆量初步按 2.0 m³ 考虑。原则上对孔洞填充饱满为止。

2.5.5 注浆标准

在注浆结束后，为评定注浆是否产生效果，保证施工过程中不坍塌、不坍孔，需在灌浆固结体内钻孔取芯，测定芯样强度，要求无侧限强度 ≥ 0.4 MPa。

3 结 语

随着国家经济水平的飞速提升，城市地铁工程发展越来越迅速，建设过程中遇到的地层情况将会越来越复杂，地铁工程在岩溶发育区域穿越的问题将不再是特殊化个例。在地下工程遇到岩溶地质施工前，务必首先进行地质勘查，了解岩溶发育情况、位置及与拟建工程相对位置关系。若有必要，需进行详细补勘处理，为施工提供理论参照依据基础。施工单位应因地制宜，结合工程所在地地质条件，选择合适的地基处理原则，消除地下工程施工中可能存在的对工程不利的安全质量隐患，确保地铁工程、地下空间工程的安全建设与质量的提升。