地铁车站岩溶处理施工关键技术研究

王振利

（中铁十一局集团第一工程有限公司，湖北 襄阳 441104）

1 工程概况

龙东村站是深圳地铁16号线第12座车站，位于深汕公路与爱南路交叉路口东侧，长615.4 m。车站结构底板埋深约17.4～22.4 m，大部分位于残积粉质黏土中，局部位于微风化灰岩及微风化灰岩与第四系粉质黏土结合面处。地下水流速0.21～0.62 m/d，有流动性，流向整体上为北东向。可溶岩在龙东村车站范围内普遍分布，基岩埋深差别大，岩面极不平整，可溶岩岩面埋深13.40～37.30 m，整体西北高东南低。车站主体范围内岩溶强发育，钻孔见洞率64.3%。

2 试验段溶洞选择

本站场地内岩溶为覆盖型岩溶，发育类型主要为溶洞和溶隙；勘探揭露的土/岩分界线起伏较大，局部基岩埋深较大的地段岩面附近分布有软塑状的黏性土，为溶槽堆积物，灰岩表面有溶槽较发育，并被残积层黏性土充填。

2.1 溶洞处理原则

施工前应根据溶（土）洞分布与处理范围总平面图对待处理的溶洞分布范围及溶洞形式、尺寸进行探明并填充，围护结构施工须在岩溶处理完成后进行。

（1）围护结构两侧3 m、底板以下5 m范围内的所有溶洞均处理。

（2）底板以下5～10 m内的溶洞，溶洞稳定岩面顶板高度小于3 m或覆跨比小于1的溶洞，需进行充填处理。

（3）存在围护结构底部以下溶洞稳定岩面顶板高度小于3 m的无充填或半充填溶洞也应进行处理。

（4）在上述处理范围内存在“串珠状”溶洞时，当洞体之间的完整基岩层厚度小于0.5 m时，仅处理至下层溶洞。

2.2 试验段溶洞选择

根据地勘资料溶洞揭示情况，本次试验段选取5个溶洞，溶洞编号分别为R15、R16、R20、R22、R33。选取的5个溶洞预估体积1 945.7 m3，估算填碎石/砂量1 556.56 m3；估算注浆量778.28 m3。

2.3 钻孔布置原则

岩溶处理前，先进行溶、土洞平面范围的试探测：以揭示到溶、土洞的钻孔为基准点，沿垂直方向间隔2.0 m施作一排注浆钻孔，以基本找到洞体边界为止；沿水平方向施作一排注浆钻孔，钻孔与垂直方向注浆钻孔成梅花形布置，孔间隔2.0 m，以基本找到洞体边界为止；从中心向其他方向探孔，以基本找到洞体边界为止。

2.4 注浆孔位选择

注浆孔孔位根据实际钻孔处溶洞位置分布及洞深情况，优先选择洞深较深/较大的孔位进行注浆，根据具体注浆情况进行补注。

2.5 岩溶处理方法

试验段R15、R16、R20、R22、R33溶洞均为无填充溶洞，均采用先投料，后静压注单液浆的处理方法。钻孔施工采用跟管机施工，钻头直径为Φ91 mm，钻至设计标高后下Φ50 mm的袖阀管。投料填充前每间隔6～7 m布置一个直径200 mm的投料孔，投料孔中的套管直径不小于Φ150 mm，投料时可利用两投料孔相互作为出气孔或专门设置出气孔。投料过程中，可根据实际情况增加投料孔。注浆均采用袖阀管施工工艺[1]。

3 投料、注浆预估量统计

根据钻孔揭示情况计算试验段溶洞体积，汇总数据统计如表1所示。

表1 勘察预估体积与钻孔揭示溶洞体积对比统计

4 投料数据统计及分析

施工具体投料+注浆工程量具体数据如表2所示。

表2 岩溶试验段投料注浆工程数量统计表

4.1 填充分析

通过对5种材料的投料发现，采用砂浆及混凝土填充具有较好的效果，现对R22溶洞投料填充情况进行分析。

R17～22投料孔为第1个投料钻孔，因投料前排气孔设置较远，投料过程中未起到作用，故该投料孔未投料成功。R22～26投料孔揭示溶洞高度1.4 m，投料方量20 m3。R22～31投料孔揭示为串珠状溶洞，溶洞高度分别为0.3、0.3、0.6 m，投料方量36 m3。无填充溶洞高度小于3.0 m时，投料效果较差。

4.2 注浆分析

（1）注浆PQT曲线分析。

①R15溶洞注浆采用间歇式跳孔注浆，其中最后三个注浆孔R15-3、R15-5、R15-4注浆PQT曲线可反应R15溶洞注浆已满。

②R15-3注浆过程压力起伏较大，最小压力1.12 MPa，先后5次达到1.5 MPa压力值以上，在压力增加过程中，注浆量无明显变化。在稳压过程中，压力突然跌落，可继续注浆。第5次压力超过1.5 MPa后，放弃R15-3注浆，跳孔至R15-5进行注浆。

③R15-5注浆过程压力起伏较大，最小压力1.05 MPa，先后6次达到1.5 MPa压力值以上，在压力增加过程中，注浆量无明显变化。在稳压过程中，压力突然跌落，可继续注浆。第6次压力超过1.5 MPa后，放弃R15-5注浆，跳孔至R15-4进行注浆。

④R15-4注浆过程压力起伏较大，最小压力1.09 MPa，过程中先后5次达到1.5 MPa压力值以上，前4次压力达1.5 MPa后，继续注浆，注浆量无明显变化。最大压力不超过1.62 MPa，且在稳压过程中压力突然跌落，可继续注浆。1月18日3：21，压力达到1.68 MPa，且不断增加。R15溶洞钻孔全部注浆完成，判定R15溶洞注浆完成。

⑤R15-4周边的注浆孔均已经完成了注浆，在R15-4增压过程中，周注浆孔（排气孔）无返浆现象。

（2）单孔注浆压力与注浆量的关系。

①当控制单孔注浆压力小于1.0 MPa不增加时，溶洞注浆量小于理论注浆量的10%，无法对溶洞实现有效的充填，在相邻注浆孔注浆时，仍然无法起压。

②当注浆速率平稳时，注浆压力值保持在1.0～1.5 MPa时，单孔注浆压力的波动范围一般在0.2 MPa之间，能对溶洞空腔实现有效充填。

③当单孔注浆压力在1.5～2.0 MPa，且压力不稳定时，可换相邻注浆孔注浆后，再进行回注。

④当溶洞（或大溶洞的局部区域）的最后1～2个注浆孔压力值突增至2.5 MPa时，溶洞注浆基本完成。

（3）过程注浆压力与溶洞充填系数的关系。

①R15溶洞注浆孔较多，注浆压力稳定在1.3～1.5 MPa之间，注浆速率稳定，当最后1个孔压力达1.68 MPa时，注浆速率降低，溶洞充填系数1.53。

②R16溶洞注浆孔2个，第1个孔注浆压力在1.0～1.2 MPa之间，第2个孔注浆压力在1.2～1.3 MPa之间，注浆速率稳定，第2个孔压力达1.57 MPa时，注浆速率降低，最终溶洞充填系数2.15。

③R20溶洞注浆孔2个，注浆压力保持在0.56 MPa时，注浆速率稳定，当最后1个孔压力达1.62 MPa时，注浆速率降低，最终溶洞充填系数1.33。

④R22溶洞较大，注浆孔较多，各个注浆孔压力变化较大，当注浆压力小于1.0 MPa时，注浆停滞；同一区域先注的注浆孔压力保持在1.0～1.3 MPa之间；后注的注浆孔压力保持在1.2～1.3 MPa之间，过程中注浆速率稳定，当压力超过1.5 MPa时，注浆速率降低，最终溶洞填充系数1.58。

⑤R33溶洞注浆孔2个，注浆压力保持0.6 MPa，注浆速率稳定，当注浆压力到达1.3 MPa时，注浆速率降低，最终溶洞充填系数1.57。

通过分析发现，溶洞R15、R16、R22采用水泥单液浆进行注浆，当注浆压力小于1.0 MPa时，无法对溶洞形成有效充填；当注浆压力（R16溶洞）在1.0～1.3 MPa时，溶洞充填系数2.15；当注浆压力（R22溶洞）在1.0～1.3 MPa时，溶洞充填系数1.58；当注浆压力（R15溶洞）在1.3～1.5 MPa时，溶洞充填系数1.53。溶洞R20、R33采用AB料进行注浆，注浆压力基本保持在0.6 MPa，注浆充填系数分别为1.33、1.57。

5 结语

地铁施工，地下管线众多，地质情况复杂，安全风险高，施工难度大。快速、高效地进行岩溶处理，避免二次处理，既是对施工安全的保证，也加快工程施工进度，对城市地铁岩溶处理施工提出建议。

（1）选择合理的钻孔方案，在前期探边孔施工阶段，可先行按2倍孔距进行施工，待确定溶洞边界后再进行补孔施工，提高溶洞探孔施工效率。

（2）投料孔的选择要根据实际钻孔已提示的溶洞情况，尽量选择洞高处进行投料孔施工，确保投料效果，投料材料以砂浆及混凝土为佳。

（3）注浆过程应做好记录并进行分析，确定注浆参数，制定合理的注浆方案，并动态调整，对不合格孔要及时补注，避免对后期施工带来安全隐患及工期影响。