喀斯特巖溶發育地區地鐵車站設計重難點分析

朱 培

(中鐵二院工程集團責任有限公司，四川 成都 610031)

0 前 言

1863年英國建成了世界上第一條地下鐵道，隨后相繼在紐約、維也納、巴黎、柏林、東京等城市修建了地下鐵道。在第二次世界大戰以后，人們開始發展私人轎車，導致了城市交通的癱瘓，從而慢慢認識到只有發展地下鐵道作為骨干大運量快速公共交通系統才能解決城市客運交通的諸多問題。從20世紀50年代以來，尤其是20世紀70年代以后，建成地下鐵道的城市迅速增多。1965年7月1日，北京地鐵一期工程正式開工，這是我國第一條地鐵線路，1971年建成運營，此后在上海、廣州等地也相繼開始地鐵興建。

貴陽地處云貴高原的東斜坡，是國內“喀斯特”地貌最為集中的省會城市，全市地形起伏較大，最高海拔1 762 m，最低海拔506 m，地質條件相對復雜。在這樣的城市修建城市軌道交通在國內尚屬首次。喀斯特地質條件下城市軌道交通建設的地下工程修建，由于其特殊的地質條件，與其他興建城市軌道交通的城市相比，又有其獨特性。

1 地質情況

貴陽市軌道交通1號線沿線巖溶發育特征：場地范圍為可溶巖分布地段，巖溶形態主要為巖溶洼地、落水洞、巖溶管道、地下暗河、溶溝(槽)、溶洞以及石芽等為主，溶溝(槽)主要發育在基巖面以下1.0～6.0 m的深度，溶洞、溶蝕裂隙主要沿層面發育；溶溝(槽)常與側壁巖體中的溶洞和溶蝕裂隙共同存在，于溶蝕溝槽的旁側出現懸臂狀巖體；所在場地淺部洞隙數量較多，但是規模均小，深部洞隙反之，數量多但規模較大；場地中的巖溶現象除溶洞和裂隙以外，還有針狀和蜂窩狀溶孔，由于溶孔的發育，導致地下水連通及巖體整體強度降低。

巖溶發育程度：線路范圍內揭露基巖大部為石灰巖、泥質石灰巖、白云巖、泥質白云巖等可溶性巖石，巖溶發育。在勘察鉆孔中為遇見巖溶洞隙，經線路兩側1 km范圍內的地面調查，地下巖溶發育形態主要為隱伏型溶蝕洞隙，以巖體內發育溶洞(隙)，軟塑黏土充填，少量空洞無充填。溶洞發育以垂向發育為較顯著特征，順巖層產狀發育亦為巖溶發育的一個特征。綜合分析可溶巖分布區約占線路全長75%，巖溶形態主要為溶洞、溶溝(槽)、串珠狀發育為主，少數為半充填或無充填溶洞，如圖1所示。

圖1 貴陽市軌道交通1號線施工現場溶洞照片

2 車站施工工法比選

常用的地鐵地下車站施工方法一般有明挖法、蓋挖法、暗挖法等[1]。暗挖法施工地下車站對地面交通和周邊環境影響小，但車站埋置深、工程造價高、施工工期長、富水地層條件下防水難處理，使用功能較差；蓋挖法和明挖法車站埋置淺，結構的整體性、結構自防水以及附加防水層的防水效果可以得到有效保證，并且相較暗挖法施工更加方便，工期更加容易受到控制，工程的造價更低，工期也更短，但需進行合理的地面交通疏解及處理好對周邊環境的影響問題。車站采用不同施工方法優缺點比較如表1所示。

表1 三種施工方法比較表

從表1的各項對比可得出以下結論：地鐵地下車站的施工，原則上首選明挖法，其次是蓋挖法，最后是暗挖法，暗挖法適用于交通要道、管線較多的繁華地區。

3 明挖基坑圍護結構技術經濟方案比較

3.1 基坑支護型式選擇原則

基坑支護的型式選擇時，應依據場地工程地質及水文地質條件、環境情況、開挖深度、施工方法、工期、工程造價、地區常用的基坑支護型式作綜合的技術經濟比較[2]。

3.2 常用支護結構型式優缺點比較

常用的基坑支護結構一般有地下連續墻、人工挖孔樁、鉆孔灌注樁、套管咬合樁等[3]。

1)地下連續墻。

(1)優點：技術較成熟；適用于各種地層，復雜周邊環境工程；特別是止水要求嚴格的基坑支護；適用于基坑保護等級特級、一級、二級；適用于明挖法、蓋挖法、礦山法。

(2)缺點：施工機具要求較高，施工工藝較復雜；施工技術要求較高。

2)人工挖孔樁。

(1)優點：成孔單價低；施工設備簡單；成樁直徑大；成樁質量容易保證；適用于基坑保護等級特級、一級、二級；適用于明挖法、蓋挖法、礦山法。

(2)缺點：工人勞動強度大，危險性高；受地質條件的限制較大，一般不宜用于淤泥及含水砂層；樁徑大，需混凝土護壁，綜合造價較高；采用人工挖孔樁尚須執行北京市頒布的有關規定。

3)鉆孔灌注樁。

(1)優點：技術相對成熟，工藝相對簡單；適用于各種地層，受地質條件的限制較小；單樁成孔時間短，施工進度快；適用于基坑保護等級特級、一級、二級；適用于明挖法、蓋挖法、礦山法。

(2)缺點：施工精度控制較困難，技術要求較高；工程投資較高；對環境有一定影響；樁間需另設止水結構，或者開挖基坑時降水。

4)套管咬合樁。

(1)優點：技術比較成熟，綜合造價低；對環境影響小；樁間止水效果好；成樁精度高，混凝土澆筑質量好；成樁時間短，施工進度快；適用于基坑保護等級特級、一級、二級；適用于明挖法、蓋挖法、礦山法。

(2)缺點：施工機具要求較高，施工工藝較復雜，對混凝土配合比要求較高；對中風化巖層及以下的地層施工成樁困難。

5)土釘墻。

(1)優點：技術比較成熟，造價低；施工進度快，施工簡單；一般適用于基坑等級二級、三級。

(2)缺點：施工場地大，對環境影響大；需降水作業；基坑深度應<12 m；當地下水位高于坡角時，應采取降水措施。

6)放坡。

(1)優點：技術比較成熟，綜合造價低；基坑保護等級為三級。

(2)缺點：當有條件時，應優先采用局部或全部放坡方案，施工場地應滿足放坡條件；當地下水位高于坡角時，應采取降水措施。

根據貴陽地區水文地質情況，以及調查貴州地區大量深基坑支護工程及貴陽市地下空間項目采用土釘墻和間隔圍護樁的成功使用經驗，貴陽市軌道交通1號線明挖基坑根據周邊環境選用該兩種支護結構型式中的一種。

4 溶土洞處理措施

4.1 圍護結構、樁周邊溶土洞處理措施

圍護結構、樁周邊3 m范圍內以及圍護結構、樁底下5 m以上范圍內的溶土洞應在施工前進行處理。如果圍護結構、樁周邊以及底部為砂層或者其他的中等～強透水層的時候，溶土洞的處理應根據實際情況適當的加大范圍。

4.2 基坑基底溶土洞處理

1)對于已揭示的溶土洞全部進行處理。

2)當基底為灰巖地層的時候，對于基底下不小于5 m的中等～微風化灰巖、穩定隔水層5 m范圍內所揭示的溶土洞，全部從地面進行注漿加固處理[4]。余下灰巖所發現的巖溶原則上不需要處理，具體結合溶洞的厚跨比(厚跨比<1的處理)和對車站主體結構及連續墻圍護結構的影響分析確定。

3)對底板下遇串珠狀溶洞、溶蝕凹槽、破碎帶等特殊地質，應根據其埋深、地下水性質綜合判斷后由設計確定處理深度及范圍經業主審查同意后實施。

4)工程范圍揭示有大口徑溶土洞時(>3 m)，尚應根據厚跨比(基底穩定層頂至溶洞頂距離與溶洞直徑的比值)、地層情況等具體分析其影響，采取合適的處理措施。

4.3 明挖結構溶土洞處理措施

1)土建施工單位可利用巖溶加密勘察、溶洞探邊勘探的方式進行巖溶的處理。對于巖面上覆砂層或者是溶洞的洞徑較大，探邊施工易引起地面塌陷風險的時候，應采用邊探邊注漿的處理方式。

2)未填充溶土洞應采用水泥砂漿、水泥漿來進行注漿充填；對于高度≥3 m的較大溶洞，可先用水泥砂漿或低標號的細石混凝土來進行充填，然后再進行水泥漿壓密注漿。統一采用PVC花管注漿。注漿壓力需要根據溶土洞的充填情況進行適當調整。

3)對于規模較大的溶洞(范圍已超出地鐵結構設定的安全限界)時，可先在安全限界的范圍內鉆孔，然后采用速凝漿控制邊界，以致減少注漿的范圍以及注漿量。

4)溶土洞的注漿處理需先成孔，接著埋入注漿管，在埋入注漿管的時候注意封閉溶土洞的頂板，以及注漿管與孔壁之間的間隙后才能注漿。

6)注漿材料可采用雙液漿及水泥漿，溶土洞的外圍可采用雙液漿來進行封閉，內部則采用水泥漿。注漿管底應位于溶土洞底部以下不小于0.5 m。

4.4 防止溶土洞對地鐵結構安全影響的措施

1)水泥土加固。對于基底持力層承載力無法滿足設計要求時，需對基底軟弱地層進行加固處理，采用攪拌樁或旋噴樁。當基底至巖面距離<0.5～1 m時，應優先考慮換填。

2)固結注漿法。對基底下、巖面上的砂土層實施固結注漿，使其具有一定強度及抗滲性能的固結體。

3)設置地下橋。按地鐵結構的跨距布置一定的跨徑施工鉆(沖、旋挖)孔樁，樁上做帽梁，形成支托地鐵結構的支承體系。

5 結束語

綜上所述，相關施工人員應該認真分析工程的水文地質狀況，綜合比較各施工工法的優缺點，在此基礎上選擇適合工程實際情況的工法，從而保證工程的整體質量，推動地鐵工程行業進一步發展。

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