城市軌道交通巖溶處理淺析

趙凱

摘要：隨著社會的日益飛速發展，城市軌道交通也就是人民常說的地鐵已在全國各地大中城市開始建設、運行，已成為人民出行必備的公共交通。地鐵擁有運量大、速度快、無污染等其他交通方式所無法比擬的優越性，成為城市建設者的首選。地鐵縮短了出行時間，人們可以在郊區居住，市區上班。這為城市的功能區劃分提供了物質基礎。軌道交通巖溶處理成為在巖溶地區興建地鐵工程時尤其應進行專門的基礎處理，由于溶（土）洞處理難度很大，造價高，因此本文通過對巖溶對地鐵工程的影響和處理問題進行淺顯的分析研究。

關鍵詞：軌道交通;巖溶處理;隧道

一、工程概況

廣州軌道交九號線位于廣州市花都區，功能定位以解決汽車城、花都中心城區主要發展組團與廣州中心組團的交通需求為重點，并兼顧花都區內交通出行及其與機場的交通聯系。本工程為廣州市軌道交通九號線施工5標段，區間線路自清布站沿著迎賓大道東南向行下穿106國道、機場高速北延線和機場高速后，與三號線高增站平行換乘。

二、工程地質及溶土洞發育情況

（一）工程地質情況

廣州市軌道交通九號線位于花都區境內。施工5標段主要位于廣花盆地，地貌上屬于河流沖洪積平原，地勢平坦寬廣。 本工程區間隧道通過地層主要為第四系（Q）土層<3-2>中粗砂層、<4N-3>粉質粘土和粉質粘土<5C-1>，砂層占了約36%，粘土和殘積土占了約57%，<6><7>占了約4%，區間線路沿線基巖為石炭系巖層，通過巖層有中風化泥質粉砂巖<8>、中風化炭質灰巖<8C-1>，且地層變化較大，勘察巖石最高單軸抗壓強度為57.2MPa。

（二）溶土洞發育情況

根據本標段詳勘階段巖土工程報告，區間沿線場地巖溶主要發育在石炭系灰巖層中，清高區間近期線路揭露發育溶洞的鉆孔有100個，土洞鉆孔有34個，因此實際見洞鉆孔為131個，見洞率為17.0%，有20個鉆孔揭露兩層巖溶以上，占揭露巖溶鉆孔的16.3%，說明巖溶發育比較強烈。對于隧道下方無沖填、且洞頂上部無隔水層的溶洞，盾構施工時易發生局部坍塌，應處理。溶土洞發育規律性差，呈無序狀態，其形態特征、規模和分布范圍難以確定，局部溶洞具有連通性。

（三）溶土洞存在的地質條件

土洞：一般指存在于可溶巖的上覆土層中發育的空洞，根據經驗總結，凡是巖溶地區有第四紀土層分布的地段，都應注意土洞發育的可能性。

溶洞：石灰巖地區巖溶發育強烈，巖溶在我國也是分部廣泛，巖溶作用必須具備兩個必要條件：可溶巖石和可流動溶蝕水，可溶巖石又分為碳酸鹽類、硫酸鹽類和鹵鹽類三種巖石，而溶洞則是地下水沿可溶性巖體的各種構造面相互交叉的地方，逐漸溶蝕和侵蝕開拓出來的地下洞室，具有空間三維拱效應，溶洞往往和地下通道、暗河等相連。

（四）溶土洞發育可能造成的施工危害和處理目的

1、土洞對軌道交通地下線有較大影響，根據土洞和隧道相對位置關系，對隧道施工安全和洞身穩定性影響較大。主要表現為以下幾個方面：

（1）隧道上方的土洞：由于減少上覆土層的厚度，易發生冒頂泄氣。

（2）隧道下方的土洞：由于距離隧道底較近的，盾構掘進時，土洞坍塌，易造成盾構機載頭或突然下沉。

2、溶洞對軌道交通地下線路同樣存在較大影響，根據本標段隧道埋深情況，經過補充勘察，區間溶洞處于隧道底板下方，對隧道施工安全和洞身穩定性影響較大。主要表現為以下幾個方面：

（1）地面沉陷或坍塌（溶洞空間三維拱效應在外力作用下失去平衡）

（2）盾構機塌落（溶洞與地下暗河連通）

（3）盾構施工參數變化異常（同步注漿壓力迅速下降、泥水倉切口水壓波動異常等）

滲漏和突水（溶洞內的承壓水）。

3、溶土洞處理目的

確保隧道掘進期間盾構機的安全;滿足永久隧道結構的承載力、變形要求;減低基坑開挖過程突水、涌砂事件的幾率;滿足主體結構底板的承載力，減少了不同地層之間的差異沉降、保證主體結構的穩定和日后地鐵正常運營;減低了新生土洞和土洞發展擴大影響主體結構的穩定和地鐵的正常運營。

三、溶土洞處理施工技術構成

（一）盾構區間溶土洞處理技術

區間溶土洞處理施工工序主要包括以下幾方面：

“邊界探查——漿液制備——注漿管埋設——注漿充填——注漿效果檢測”

1、 溶土洞邊界探查：通過進行超前鉆溶（土）洞平面范圍的試探測，目的是摸清其規模（包括埋深、洞徑、洞深、填充與否等），并以揭示到溶（土）洞的鉆孔為基準點加密鉆孔，間隔2.0m向四周擴散。

2、漿液制備：溶土洞注漿漿液分為單液漿和雙液漿兩種。

為了確保注漿漿液物理性能能夠滿足溶土洞發育的實際現狀和施工控制，參建各方對對擬實施的單液漿和雙液漿的配合比進行現場試驗確認其初、終凝時間，并根據實際情況選擇1#試樣配比，避免出現因雙液漿配比凝結時間較短且易造成注漿管路堵塞等不利工況，難于滿足溶（土）洞處理要求，通過工程實踐，證明該配比能夠有效達到溶土洞處理要求和保證隧道施工安全。

3、注漿管埋設：注漿管埋設是溶土洞邊界探查的主要方法，注漿管分實管和花管兩種，本標段注漿管采用花管（PVC材質）注漿，鉆孔孔徑為110mm，為每節長4m、直徑48mm的硬質塑料管，注漿管內壁光滑，接頭有螺扣，端頭有斜口，花管開有Φ8mm的溢漿孔12個，每組小孔間距30cm，用于需注漿地層，同時花管有孔部位外面套有抗爆壓力為4.5MPa橡膠套，橡膠套覆蓋著溢漿孔，起到單向閥作用。

4、壓力注漿充填：

壓力注漿充填是溶土洞施工處理的關鍵措施，直接關系到盾構隧道穿越巖溶發育地段的施工安全和質量，因此必須引起足夠的重視。注漿施工時，應首先以 “外圍注漿管注雙液漿、內部注漿孔注單液漿”為原則，注漿方式采取后退式分段注漿工藝，即先施做外排止水、 止漿帷幕，將處理范圍內溶（土）洞與外界洞體隔離，再處理中間區域，注意應由孔底自下而上進行注漿，采取分段加提升注漿芯管的注漿方式;其次采用跳注、分層注漿、二次注漿。

四、巖溶施工處理注意事項

為確保盾構機穿越巖溶地區的施工安全，必須根據地質勘察資料、邊界探查結果確定存在溶土洞，并按溶土洞處理施工圖紙中的溶（土）洞處理原則要求進行注漿充填處理。注漿期間應注意以下幾方面：

①外排雙液漿注漿時;發現漿液流失嚴重時須立即查明原因，采取相應措施處理，（即;添加速凝劑，小壓力（0.2～0.6Mpa）、多次數注漿等）;

②中間單液漿補充注漿孔應跳孔注漿，防止竄漿;當出現地面冒漿應立即停止注漿，待水泥漿終凝后再補充注漿;

③探查溶土洞鉆孔，見到溶土洞要及時并準確記錄洞頂、洞底的孔深，并要了解清楚洞里的填充情況，為安裝袖閥管和注漿管提供依據;

④注漿時要從周邊的處理邊界先壓注雙液漿，為防止壓注水泥漿時漿液外流;

⑤擬實施的單液漿和雙液漿的配合比，要經過試驗確認其初、終凝時間。雙液漿的配合比，初凝時間控制在1分鐘左右為最佳初凝時間。

五、結語：

總體來說，“原材料進場控制，注漿過程抽查，配比估算注漿量”才是確保溶（土）洞處理施工受控和效果的關鍵，“地質探查是基礎，注漿控制是關鍵，施工管理是根本”做為溶（土）洞處理施工的準則，方可保證后續施工的安全和順利。

參考文獻：

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[2]周文波主編：《盾構法隧道施工技術及應用》，中國建筑工業出版社2004年版.