淺覆蓋型巖溶地質條件下明挖隧道深基坑工程設計

段運啟，疏義廣

（浙江省交通規劃設計研究院有限公司，杭州 310030）

1 工程概況

某在建快速路工程中二號隧道為雙向6 車道明挖施工隧道，隧道全長約1.6km。隧道部分段位于巖溶強發育區，該區域內隧道長度約400m，基坑開挖寬度32m，開挖深度15～21m?；硬捎勉@孔咬合樁、地下連續墻+內支撐等圍護形式，因存在較大溶洞，部分圍護結構落底于巖溶（朝天洞）充填物中。

2 巖溶基本特點

根據鉆孔溶洞揭示情況：本場地全充填溶洞有394 個，占溶洞總數的91.63%，半充填溶洞有5 個，占溶洞總數的1.16%，無充填溶洞有31 個，占溶洞總數的7.21%。溶洞中有107 個孔無中風化基巖蓋板，溶洞充填物層以上第四系土層或全風化直接接觸，溶洞充填方式是自上而下充填，充填物主要來源于上部第四系覆蓋層和全風化基巖。

充填物以泥漿狀物、含礫粉質黏土、含黏性土碎石為主，溶洞充填物性質差異性極大，總體上性質差。通過對已完成彈性波CT 反演圖像綜合分析，受溶洞貫通情況的影響，部分巖溶異常體的規模達數十米。

場地巖溶水屬覆蓋型巖溶地下水，上覆蓋第四系松散層，主要賦存于下部灰巖層溶隙、溶洞中，溶隙、溶洞一般被黏性土等洞穴堆積物充填，局部為空洞，一般以巖溶裂隙水賦存；局部巖溶水水量較豐富，地下水連通性較好，以溶洞和地下暗河的形式賦存，富水性均勻性差。由第四系孔隙潛水、孔隙承壓水補給，側向徑流。巖溶地下水一般具有承壓性，局部勘探孔施工完成后存在巖溶水自流現象，局部巖溶承壓水頭高于地表0.17～1.10m，巖溶承壓受雨水影響大，暴雨過后水頭較高，雨后水頭慢慢降低。

3 巖溶處理目的

3.1 滿足基坑穩定性要求及圍護結構成樁、成墻質量

隧道基坑開挖下部圍護墻（樁）、坑底被動區為巖溶充填物，因巖溶充填物的性質差，基坑抗傾覆和抗隆起計算穩定性不滿足要求，為確保開挖安全，提高基坑整體穩定，對處于圍護結構一定范圍內的內外側和底部巖溶充填物進行加固。加固后利于圍護墻（樁）的成槽（樁）質量。

3.2 降低施工期間突水涌泥等事件發生的概率

場地巖溶水具有承壓性，隧道底板大部分位于巖溶水承壓水位之下，隧道施工中，在突遇巖性變化或突遇溶洞、溶隙或斷層破碎帶時，或開挖至底板剩余土層較薄時，巖溶水可能涌入或擊穿坑底，產生溶水涌泥問題，對施工安全產生不利影響【1】。對結構底板下部一定范圍內發現的溶洞進行注漿加固，結合基坑開挖前的降承壓水水頭，防止基坑突涌事件的發生。

4 溶洞探測及處理方案

4.1 溶洞探測

應對溶洞的平面和豎向范圍進一步勘察和探測，探明溶洞邊界和充填物性質。驗證方法為在探到有溶洞的鉆孔周圍按照縱橫間距2.0m 再次補充鉆孔兼注漿孔。垂直隧道方向以探測到隧道圍護結構外3.0m 為止；沿線路方向以基本找到洞體邊界為止，探孔在探測到溶洞邊界處適當加密，注漿孔位置及其間距可視地面環境及地下管線情況予以適當調整。探測鉆孔若是到達處理范圍未發現溶洞則終止，若發現溶洞（全填充）則須進入溶洞深度不少于15m，對應溶洞（空洞或充填為浮泥）則須穿過溶洞進入洞底基巖1m 終止。

4.2 基坑圍護結構溶洞加固處理

對于圍護樁（墻）進入充填溶洞范圍內且無法穿透溶洞進入穩定巖層的，在進行圍護結構抗傾覆、抗隆起計算時，安全系數不滿足規范要求。為確?；娱_挖安全，需對圍護結構被動區巖溶充填物進行加固處理，提高充填物性質，對縮小基坑變形、提高基坑穩定性具有重要意義。

具體處理方案如下：圍護結構（地連墻、咬合樁）底部以下3m 范圍內存在溶洞的需要處理，處理范圍為圍護結構外側3m、內側4m，底部3m，下部1m 采用雙液漿封底。處理措施：邊界處帷幕注漿，處理范圍內滿鋪注漿處理。帷幕注漿采用雙液漿，注漿管布置于圍護結構外側3m，單排布置縱向間距1.5m；內側按2m×2m 梅花形布置注漿孔兼探測孔，豎向范圍圍護結構底部3m，處理范圍底部以下1m 采用雙液漿封底。

4.3 施工技術要求

1）注漿工藝：本區間采用φ48mm 的PVC 袖閥管注漿。

2）注漿材料：采用純水泥漿。對于溶洞水有流動性時，應在漿液中加入速凝劑或采用水泥-水玻璃雙液漿，其中水泥、水、水玻璃配比為 1∶1.38∶0.29（質量比）。水泥采用≥P42.5 級硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

3）注漿參數為：（1）注漿壓力0.3～2.0MPa；注漿壓力從0.3MPa 逐步提高，達到注漿終壓并繼續注漿10min 以上；（2）水泥采用 42.5 級普通硅酸鹽水泥；水灰比為 0.5∶1～1∶1；（3）注漿速度：30～70L/min；（4）注漿擴散半徑設計建議為1.5m，可根據現場試驗情況調整注漿擴散半徑；（5）每個注漿孔每米的灌漿量初步按2.0m3考慮，實際灌漿參數根據現場實驗確定。

4）停注及封堵注漿孔。注漿壓力是給予漿液擴散、充填、壓實的能量，壓力大有助于提高漿液充填程度和結石體強度，但壓力過大，易導致地基及其上部結構的破壞。當泵壓達到終壓、注漿量小于最大注漿速度，持續15min 以上，即可停止注漿，撥出注漿管。注漿完畢待初凝后，范圍內勘察鉆孔和注漿孔在施工結束后均要進行有效封孔，均在鉆孔驗收1h 前準備好封孔材料。

5）注漿加固效果檢測要求。采用隨機鉆孔取芯，做抗壓試驗；28d 的無側限抗壓強度≥0.4MPa；檢測數量為溶洞處理數量（鉆孔）的2%，至少取3 個；且每個溶洞處理區域均要檢測。

4.4 巖溶承壓水處置

場地巖溶水具有同上部覆蓋層潛水、地表水連通性強及高承壓性等特點，該條件下的巖溶處理注漿存在跑漿、注漿壓力控制困難、注漿效果難以達到預期效果等多種問題。

4.4.1 巖溶處理階段的多孔同步注漿

為解決承壓水條件下注漿效果差等問題，可采用多孔同步注漿技術，具體為多孔同步一次性整體注漿，可防止漿液流失，并達到局部一體化。多孔同步向承壓水層中注入雙液漿，在3s 內迅速形成固結體，將漿液因承壓水的損失減少到最低。同時多孔同步注漿，可互相補充咬合的效果，單孔內如有注漿薄弱或者空洞部分，通過相鄰注漿孔同步進行補強加固。多孔同步將承壓水擠排，形成有效的止水、止漿帷幕，帷幕可發揮出隔離的作用。

4.4.2 基坑開挖期的抗承壓水突涌

為解決基坑開挖過程中的抗承壓水突涌穩定性，可在成封閉圍護結構內側按一定間距降低基坑內側承壓水水頭。考慮到基坑開挖寬度為32m，基坑內側雙排交錯設置，每隔12m 設置1 口承壓水降水井，施工期承壓水水頭降至坑底下1m；基坑外側每隔40m 設置1 口備用降水井兼水位觀測孔。

4.5 施工注意事項

1）注漿施工過程中，應對地面及其周邊建構筑物進行變形觀測及地下水變化長期觀測，以指導施工的安全進行，防止注漿過程中冒漿、串漿等引起超限的地面隆起，對周邊建筑物及地下管線造成不利影響。

2）先期施工的區段，宜沿隧道橫向采用水泥水玻璃雙液漿作為注漿帷幕，注漿帷幕頂端位于基巖面，下端位于圍護結構底部3m。注漿帷幕應避開已探明的溶洞邊界。

3）由于溶洞分布、大小以及填充物等存在不能完全探明的情況，施工時應加強探測，做好應急預案。

5 結語

基于上述分析，提出以下建議：（1）深基坑工程屬于高風險工程，設計時需進行整體滑動、抗傾覆、抗隆起、抗滲流和抗突涌等穩定性驗算。對于基坑圍護墻（樁）進入巖溶充填物內的，一般因充填物性質比較差和力學參數小而無法滿足上述穩定性安全系數要求。對于深大溶洞，圍護結構無法進入基巖層，對圍護墻內外側、底部一定范圍內的巖溶充填物進行加固處理，提高充填物性質，對縮小基坑變形、提高基坑穩定性和降低基底突涌水風險效果顯著，同時降低了工程投資。（2）淺覆蓋型巖溶水具有同上部覆蓋層潛水、地表水連通性強及高承壓性等特點，該條件下的巖溶處理注漿存在跑漿、注漿壓力控制困難、注漿效果難以達到預期效果等多種問題，采用巖溶處理階段的多孔同步注漿技術和基坑開挖階段的降承壓水井的合理布置，可有效解決因巖溶承壓水伴隨的工程風險。