巖溶條件下地鐵車站的基底處理措施及設計優化

蔡 恒

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司城市軌道交通設計研究院，北京 100055)

1 工程概況

楞塘村站為地下兩層島式車站。車站標準段基坑深度約為17.13 m，覆土厚約3 m。地下水位穩定水位埋深5.9 m～19.4 m，水位埋深標高為67.8 m～77.25 m，承壓水頭高度約5.9 m～15.4 m。本站基坑支護結構采用放坡開挖+鉆孔灌注樁+內支撐的支護體系。內部結構采用島式站臺形式，主體結構采用單柱兩跨形式(局部為雙柱三跨)，箱型框架結構。

2 地質條件

2.1 工程地質概況

本站主體基坑所處地層從上至下依次為①1素填土、①2雜填土、⑥1-1/1-2黏土、粉質黏土、灰巖，主體底板主要位于粉質黏土層、灰巖層，附屬底板主要位于⑥1-1/1-2黏土層、粉質黏土層。根據地下水賦存條件、含水介質及水力特性分析，地下水類型主要為上層滯水、裂隙巖溶水。灰巖層以上的水位具有承壓性。

2.2 巖溶地質條件及溶槽發育特點

可溶巖洞頂標高48.11 m～69.12 m，一般標高為54 m～65 m，車站主體結構底板高程為62.06 m，小里程端為60.27 m，大里程端為60.99 m，車站基底持力層主要位于灰巖層中。車站范圍內主體結構底板以下15 m內均存在可溶巖。

1)灰巖中的溶洞有無充填、充填、半充填三種，大部分有充填物。充填物為上部溶腔脫落堆積的灰巖碎塊或軟塑狀黏土、粉質黏土，根據地質成因少量夾雜礫石、卵石等。溶洞在鉆探或者外力作用下自穩能力較差，掉鉆明顯，易發生塌落，承載力較低。2)受次生斷裂的影響，部分溶洞呈現出串珠狀特征。3)土洞多為全充填軟土，位于粉質黏土層與灰巖分界面處，地下水位頻繁升降于巖土交界面附近。4)在不同巖性交界面處,經地下水溶蝕會形成不同程度、不同特性的溶蝕槽,寬度一般為1 cm～100 cm，平面延續性好。溶蝕槽有的以充填黏土為主，有的無充填；有的則以充水為主。

2.3 物探分析

1)從現場勘察鉆探情況顯示，有26個鉆孔揭露30個溶洞(含初勘鉆孔)，洞徑0.4 m～18.0 m，遇洞率為28.3%。依據《廣西壯族自治區巖土工程勘察規范》表11.1.3[2]判別為巖溶中等發育。其中無充填型溶洞15個，占50.0%；半充填型溶洞12個，占40.0%；全充填型溶洞3個，占10.0%。其中ZR19,ZR21,ZR22為大溶洞，平面投影面積約占755 m2，ZR4為較大溶洞，平面投影面積約占340 m2。2)跨孔電磁波CT共施作29組，均根據電磁波吸收系數等值線分布情況，結合鉆探成果綜合推斷巖溶發育情況，共推斷5處巖溶異常區。溶腔高度6 m～18 m。根據勘察資料，車站范圍內主要的巖溶形態為溶洞。

3 溶(土)洞的處理思路及處理方案

3.1 基本處理思路

溶(土)洞處理需要結合巖溶發育特點和圍護及主體結構施工期產生的變形、抗浮、施工期涌水風險及運營期間的風險防治等制定處理方案。對溶(土)洞的處理思路為：影響圍護及主體結構安全的溶(土)洞均應處理；圍護結構周邊影響范圍內的非全填充溶(土)洞均應處理。

3.2 界定溶(土)洞處理范圍

地鐵結構水平輪廓線外3 m(約0.5倍隧道洞徑)且基底以下5 m范圍(約1倍隧道洞徑)；底板以下5 m～10 m范圍內的溶洞，覆跨比小于1，且溶洞穩定巖面頂板高度小于2 m；基坑圍護結構輪廓線內側且基底以上空洞；處理范圍內的無填充、半填充(填充物為流塑～軟塑狀，N<10擊)溶洞采用預注漿加固；開放式溶溝、溶槽(填充物為流塑～軟塑狀，N<10擊)且存在于基坑底面線附近采用預注漿加固。

3.3 提出溶(土)洞處理措施

根據勘察報告，溶洞均采用坑底鉆孔充填注漿的方法。

1)結合溶(土)洞的充填情況調整充填材料。半填充、無填充溶(土)洞應進行水泥漿壓力注漿填充；全填充溶(土)洞應先判定填充物的性質：填充物若為流塑、軟塑狀黏性土，采用注漿充填處理；若為可塑、硬塑黏土，原則上不作處理。開放式的溶洞不作處理。2)充填注漿需邊注漿邊探測溶(土)洞的規模。探測方法：先采用地質雷達在平面范圍內對溶(土)洞進行試探測，根據溶(土)洞的輪廓范圍向洞周鉆檢查孔，檢查孔采用梅花形布置，間距2 m×2 m。3)較大規模的溶(土)洞。應加密鉆探進一步探明巖溶的輪廓范圍。若鉆孔揭示出巖溶存在，則沿溶(土)洞平面范圍外放再打一排注漿鉆孔，間隔2 m，直至找到洞體邊界；或以結構外放3 m進行探測；若洞體為有限邊界，最外排孔若揭示出巖體為密實，應向內收縮一孔為邊孔注水泥漿；若巖溶腔體較大，先將最外排漿孔注水泥—水玻璃雙液漿封閉成環，其余內排孔注水泥漿單液漿；若未找到洞體邊界，在距結構外3 m處施工一排注漿孔，注水泥水玻璃雙液漿為止漿墻，鎖定注漿范圍、減少注漿量。如為未填充溶洞，可先注入水泥砂漿后再注水泥水玻璃雙液漿做止漿墻。加密鉆孔布置詳見圖1，圖2。4)埋深較淺、發育土層為砂土層的土洞可采用振動沉管方式進行充填注漿：需先在溶洞上方鉆孔，埋設注漿管，封閉溶洞頂板、注漿管與孔壁間的間隙后才能注漿；較大的無填充、半填充溶(土)洞(含特大溶洞)，最外圈注漿孔注水泥水玻璃雙液漿，其余內圈孔注水泥漿單液漿。

4 溶(土)洞處理施工工藝

4.1 注漿填充施工工序

1)施工時應先從外排注漿孔開始注漿，形成隔離層，將處理范圍內溶(土)洞與外界洞體隔離，再逐孔處理中間區域。若在外排孔注第一次漿時，注漿量已較多，壓力達不到設計要求時，外排孔與中間孔可交替注漿；中間區域注漿孔應跳躍施工，以防止跑漿，竄漿現象；2)若發現漿液流失嚴重時應先在外排注漿孔注水泥—水玻璃雙液漿，形成止水、止漿帷幕，以確保注漿效果；3)需處理的溶(土)洞若存在縱向多層分布，由深至淺依次充填處理。

4.2 充填砂礫、碎石施工工序

場地內主要分布兩種類型溶(土)洞：單層溶(土)洞和多層串珠狀溶(土)洞。

1)單層溶(土)洞，鉆孔至溶洞底板以下0.5 m處，成孔后孔內埋設PVC管，灌漿直至飽滿；2)串珠狀溶(土)洞，鉆孔至最下層溶洞底板以下0.5 m處，成孔后孔內埋設PVC管，管尾打2個～3個排氣孔，確保灌注每一層溶洞時的排氣，填充注漿采用同一個填充孔，由底層溶洞往上逐層灌漿，即灌完一層后提升PVC管至上一層溶洞灌漿，直至灌完頂層。

4.3 溶(土)洞處理注漿終孔標準

注漿速度：30 L/min～70 L/min，注漿壓力：0.4 MPa～1.0 MPa。袖閥管和注漿芯管距離洞底留出0.2 m～0.3 m空間，從洞底往上壓注水泥漿。每次注漿壓力達到0.4 MPa～0.5 MPa時，注漿芯管往外抽出0.3 m～0.4 m再注漿，逐漸上到洞頂，最后一次注漿壓力達到1.0 MPa時，穩壓10 min可終止注漿。

5 檢測方法及質量要求

1)對各處理溶洞均進行注漿質量檢測，檢驗時間應在注漿結束28 d后進行。2)待基坑開挖到設計基底標高后進行驗槽工作，對貫穿底板溶洞處理后的地基進行載荷試驗，滿足地基承載力要求。

5.1 檢測方法

1)基坑周邊3.0 m范圍內，圍護樁高度范圍內：用鉆孔取芯法查看注漿體是否連續，28 d無側限抗壓強度值需不小于0.2 MPa；同時進行隨機原位標貫試驗，標貫擊數應不小于10擊。用高密度電法試驗檢測填充程度，主體結構沿線路方向至少布置2條測線，附屬結構依據結構大小方向布置1條～2條測線。檢查孔布置在注漿孔間，數量不小于注漿孔的10%，每個注漿區域不少于2個檢查孔，應布置在有代表性地段和薄弱部位(溶洞中心及周邊均應有布孔)，如圖3所示。2)基坑底以下10.0 m范圍內：用隨機原位標貫試驗檢測密實程度，標貫擊數應不小于10擊。用地質雷達法物探探測填充程度，主體結構沿基坑走向至少布置3條測線，附屬結構依據結構大小方向布置1條～2條測線。檢查孔布置在注漿孔間，數量不小于注漿孔的10%，每個注漿區域不少于2個檢查孔，應布置在有代表性地段和薄弱部位(溶洞中心及周邊均應有布孔)，如圖4所示。

5.2 檢測原則及數量

詳勘報告揭露以及施工方排查過程中發現并處理的溶(土)洞均需進行檢測，采用原位標貫法，檢測數量取注漿孔總數量的3%，且單個溶(土)洞檢測數量不少于3處；若施工圍護樁及基坑開挖過程中新發現的按處理原則需要處理的溶(土)洞、溶蝕槽，采用原位標貫法，檢測數量取注漿孔總數量的3%，且單個溶(土)洞檢測數量不少于3處；采用標貫鉆孔檢查溶(土)洞的充盈密實度。溶(土)洞內未達到全填充的均應補充注漿；除標準注漿孔外還應間隔布設自檢孔，數量不小于注漿孔總數的5%，且每個注漿段落不得少于2孔；施工結束后選取注漿段落長度的10%進行全面探測，確保注漿飽滿度、地基承載力等指標滿足要求。

5.3 注漿質量合格的判定

1)綜合分析后合格點數達到檢測點總數的90%，且不合格點數不集中分布、不合格指標與合格指標的差值不大于合格標準的20%，可以判定為注漿效果、注漿質量較好。2)綜合分析后檢測點總數達到100%合格，可以判定為注漿效果、注漿質量好。

參考文獻：

[1] DBJ/T 45,廣西巖溶地區建筑地基基礎技術規范[S].

[2] DBJ/T 45—002—2017,廣西壯族自治區巖土工程勘察規范[S].

[3] 南寧軌道交通集團.關于印發《南寧軌道交通4號線一期工程(洪運路—龍崗)巖溶處理效果專項檢測技術要求(試行稿)》的通知[Z].2017.

[4] 北京城建設計發展集團股份有限責任公司.南寧軌道交通4號線一期工程巖溶處理技術要求(正式稿)[Z].2016.

[5] 中鐵隧道勘測設計院有限公司.南寧市軌道交通4號線一期工程楞塘村站(原楞塘站)詳細勘察階段巖土工程勘察報告[Z].2016.