南寧地鐵2號線暗挖隧道巖溶處理方案分析*

江 杰 侯凱文 呂 波 歐孝奪 楊 宸 譚 剛 唐迎春

(1.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，530004，南寧；2.廣西大學(xué)工程防災(zāi)與結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，530004，南寧；3.桂林理工大學(xué)廣西巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，541004，桂林；4.中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，100142，北京；5.廣西財(cái)經(jīng)學(xué)院，530004，南寧//第一作者，研究員)

0 引 言

巖溶作為一種特殊的地質(zhì)，給城市地下空間的開發(fā)與利用，尤其是隧道的建設(shè)帶來了極大的困擾[1～3]。在巖溶地區(qū)施工的地鐵隧道，往往會遇到突水突泥等災(zāi)害，產(chǎn)生地表沉降過大等不良后果，甚至?xí)l(fā)生坍塌事故，進(jìn)而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。可見，巖溶的處理對地鐵工程具有重要的意義[4]。

國內(nèi)學(xué)者針對巖溶的處理技術(shù)做了較多的研究工作，也總結(jié)出了很多的成熟的工作經(jīng)驗(yàn)。文獻(xiàn)[5]針對宜萬鐵路馬鹿箐隧道所遇到的涌突水的巖溶問題，針對性地提出了帷幕注漿加固等工程處理技術(shù)；文獻(xiàn)[6]根據(jù)某山嶺隧道的大型半填充溶洞情況，總結(jié)出合理科學(xué)的溶洞處理方法；文獻(xiàn)[7]針對湖北恩利段高速公路巖灣隧道穿越特大溶洞的工程難題，提出了洞渣回填、橋跨等工程措施，并通過實(shí)踐證明其可靠性；文獻(xiàn)[8]結(jié)合湖南永吉高速的那丘隧道所遇到的巖溶不良地質(zhì)情況，對廊道廳堂式溶洞的處理技術(shù)展開研究，并提出技術(shù)支持。巖溶地質(zhì)具有很強(qiáng)的地域性。國內(nèi)學(xué)者對各地區(qū)的巖溶地段隧道施工技術(shù)做了較多的總結(jié)。但大部分研究僅針對公路或鐵路隧道，對地鐵隧道暗挖區(qū)間的巖溶處理技術(shù)研究較少。

本文結(jié)合南寧地鐵2號線工程石子塘站—建設(shè)路站區(qū)間(以下簡為“石—建區(qū)間”)暗挖隧道的巖溶地質(zhì)問題，針對性地提出巖溶處理方案及施工關(guān)鍵技術(shù)，并通過檢測數(shù)據(jù)對注漿效果進(jìn)行分析。

1 工程概況

石—建區(qū)間左線采用盾構(gòu)法施工，長度為1 088.366 m；右線采用盾構(gòu)法結(jié)合暗挖法施工，長度為1 077.780 m。右線暗挖段長202.2 m，隧道埋深12～15 m。

1.1 工程地質(zhì)概況

根據(jù)勘察資料，區(qū)間暗挖段主要位于第四系地層，區(qū)域地層自上而下依次為填土層、黏土層、粉土層、砂土層、碎石土層及泥盆系巖層。隧道主要穿越的地層包括粉質(zhì)黏土層、泥巖層、角礫巖層及粉砂巖層。

區(qū)間的地下水分為松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖類裂隙巖溶水兩種。其中，松散巖類孔隙水賦存于砂層和碎石層中，中等透水性，弱富水性，無統(tǒng)一水位；碳酸鹽巖類裂隙巖溶水主要賦存于為角礫巖，夾少量灰?guī)r等可溶巖中，屬于承壓水，中等透水性，弱-中等富水性，滲透系數(shù)為4.60～4.83 m/d，單位涌水量q=0.154～0.167 L/(s·m)。

1.2 巖溶地質(zhì)情況

本區(qū)間暗挖隧道段的場地主要包含溶洞、溶孔、溶蝕裂隙及溶溝溶槽等巖溶形態(tài)。其中以溶洞為主。巖溶發(fā)育平面圖如圖1所示。溶洞發(fā)育統(tǒng)計(jì)表如表1所示。

表1 石—建區(qū)間溶洞發(fā)育統(tǒng)計(jì)表

1.3 隧道結(jié)構(gòu)形式

暗挖隧道采用馬蹄形復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，其斷面型式有兩種，具體位置見圖1，斷面型式見圖2。

a) 開挖斷面一b) 開挖斷面二

單位：mm

圖2 隧道結(jié)構(gòu)橫斷面型式圖

2 巖溶處理原則及范圍

巖溶處理主要包括溶(土)洞的注漿處理和洞內(nèi)全斷面的注漿加固處理。

(1)溶(土)洞注漿處理。由于巖溶地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，在暗挖法隧道拱腰以上部分和隧道外擴(kuò)0.5倍洞徑范圍內(nèi)應(yīng)對溶(土)洞進(jìn)行處理。對非填充或半填充溶洞，拱腰以上采用C20素混凝土填充處理、其它部位采用水泥砂漿填充處理；對于全填充的溶洞，視填充物的性質(zhì)而決定是否應(yīng)注漿，當(dāng)標(biāo)貫擊數(shù)大于10擊時(shí)可不予處理。

(2)洞內(nèi)全斷面注漿處理。位于隧道穿過范圍及隧道頂部的軟塑黏土層、破碎角礫巖層、裂隙發(fā)育區(qū)及溶溝溶槽區(qū)均需處理，故先在隧道外擴(kuò)5 m范圍內(nèi)采用洞內(nèi)深層水平全斷面注漿加固，之后再進(jìn)行斷面開挖。對已探查到的需處理的溶洞，應(yīng)先從地面采用花管注漿充填方式處理，之后再在洞內(nèi)對全斷面地層水平注漿加固。

3 巖溶處理方案

3.1 溶(土)洞處理

在對溶(土)洞進(jìn)行注漿加固處理前，應(yīng)采用鉆孔的方法對溶(土)洞邊界進(jìn)行探測。以發(fā)現(xiàn)溶(土)洞的鉆孔為基準(zhǔn)，向四周擴(kuò)散進(jìn)行加密鉆孔的布置。加密鉆孔間距不大于2.0 m。加密鉆孔同時(shí)兼做注漿孔。選取部分洞頂處的鉆孔作為排氣孔，且使每個(gè)溶(土)洞至少有1個(gè)排氣孔，其間距不超過4.0 m。溶(土)洞鉆孔布置平面示意圖如圖3所示。注漿管采用φ200 PVC(聚氯乙烯)套管，且進(jìn)入溶洞底部以下部分應(yīng)不小于0.5 m。溶洞填充注漿管布置如圖4所示。

圖3 溶洞鉆孔布置平面示意圖

圖4 溶洞填充注漿管布置示意圖

3.2 全斷面加固處理

暗挖段全段采用洞內(nèi)深層水平注漿加固，主要加固具有巖溶發(fā)育特征的角礫巖層，加固區(qū)域?yàn)殚_挖全斷面及斷面邊線外5 m。經(jīng)過全斷面洞內(nèi)深層水平注漿及巖溶處理后，當(dāng)加固效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，圍巖等級可考慮降低一級處理。暗挖段巖溶處理的平面圖和斷面圖如圖5～6所示。

圖5 洞內(nèi)注漿加固平面圖

圖6 洞內(nèi)注漿加固斷面圖

3.2.1 注漿施工方案

為了達(dá)到止水加固土層的效果，以保證隧道安全施工，暗挖隧道全斷面采用二重管無收縮(WSS)雙液注漿工法對地下巖溶及隧道周邊土層進(jìn)行注漿處理。

3.2.2 注漿孔的布置原則及布置情況

3.2.2.1 布孔原則

(1) 采用三序注漿法。該方法是通過3組鉆孔將漿液在一定的壓力作用下分序充填溶(土)洞的地基處理方法，且須嚴(yán)格按照三序的注漿順序?qū)ψ{孔進(jìn)行注漿。

(2) 對于同一序的注漿孔注漿需遵從以下原則：①從下層注漿孔往上層進(jìn)行；②由外側(cè)注漿孔往內(nèi)側(cè)進(jìn)行；③對一序注漿孔須按照設(shè)計(jì)要求的注漿量進(jìn)行定量-定壓注漿，對二序和三序注漿孔須根據(jù)設(shè)計(jì)給定的注漿終壓進(jìn)行定壓注漿；④多孔少注原則，即對每個(gè)孔進(jìn)行均勻注漿，避免單個(gè)孔的注漿量過大而導(dǎo)致其他孔注不進(jìn)漿液的情況發(fā)生。

(3) 對同一圈注漿孔的注漿應(yīng)間隔施工。

3.2.2.2 布孔情況

(1) 掌子面孔位布設(shè)。以石—建區(qū)間暗挖段開挖斷面一為例，其掌子面的注漿孔布置圖如圖7所示，A-A和B-B剖面圖如圖8～9所示，注漿孔終孔交圈圖如圖10所示。開挖斷面二的注漿孔相對坐標(biāo)與開挖斷面一相同。

圖7 注漿孔掌子面孔位布置圖

(2) 盲區(qū)布孔孔位布設(shè)。注漿盲區(qū)是指由于注漿孔之間的搭接不緊密而造成掌子面前方注漿不足的區(qū)域。因此，需對盲區(qū)進(jìn)行補(bǔ)孔注漿。以開挖斷面一為例，同樣采用分三序進(jìn)行注漿，其盲區(qū)補(bǔ)孔的孔位布置圖和交圈圖如圖11～14所示。

4 處理效果分析

采取鉆孔取芯、配合標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及單孔抽水試驗(yàn)對注漿效果進(jìn)行檢測分析。檢測內(nèi)容主要包括溶(土)洞的注漿效果、開挖掌子面前方的注漿質(zhì)量、地基承載力及土層滲透性等方面。檢測結(jié)果顯示：① 注漿段的芯樣較完整連續(xù)，并已膠結(jié)固化；② 芯樣的抗壓強(qiáng)度均大于0.2 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求；③ 注漿段標(biāo)貫擊數(shù)平均值為13.28擊，滿足設(shè)計(jì)要求。④ 注漿段地層加固均勻性較好，土體滲透系數(shù)滿足要求。

圖8 注漿孔A-A剖面圖

圖9 注漿孔B-B剖面圖

圖10 注漿孔終孔交圈圖

圖11 盲區(qū)注漿孔位置圖

圖12 盲區(qū)補(bǔ)孔交圈圖(一)

圖13 盲區(qū)注漿孔位置圖(二)

此外，該暗挖段經(jīng)過巖溶處理后，暗挖隧道的施工也順利通過了此處的溶洞，并且根據(jù)長期的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)該段圍巖穩(wěn)定，暗挖隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)無明顯的滲水問題，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

圖14 盲區(qū)補(bǔ)孔交圈圖(二)

5 結(jié)語

巖溶地質(zhì)是南寧地鐵工程施工過程中所遇到的不良地質(zhì)問題之一，也是較難處理的問題之一。為確保地鐵隧道順利通過巖溶地段，巖溶處理十分關(guān)鍵。本文以南寧市地鐵2號線石—建區(qū)間暗挖段為例，針對隧道施工所遇到的巖溶地質(zhì)問題，提出了巖溶處理的關(guān)鍵技術(shù)，處理效果證明了該處理方案及處理技術(shù)的有效性，可為南寧市的類似工程提供參考。