地鐵隧道穿越巖溶地區處理方案及控制措施研究

李宗仁

中鐵十二局集團第二工程有限公司 山西太原 030000

隨著我國經濟的發展，地鐵已成為大中城市解決城市擁堵問題的寵兒。地鐵具有節約土地、減少噪音、減少干擾、節約能源、減少污染等優點，是現代大型城市發展城市交通的首選。在高風險巖溶地區地鐵施工中，不可避免的存在著溶洞等地質災害，伴隨著掌子面突水、突泥、圍巖及支護變形、坍塌等問題，輕則機械損毀，重則出現人員傷亡[1]。

1 概述

隨著城市軌道交通線網的飛速發展以及地下空間開發利用的增多，越來越多的基坑面臨與既有運營地鐵隧道的交匯問題。基坑施工會引起隧道周圍土體的應力場和變形場發生變化，導致地下隧道結構變形，進而影響地鐵隧道的安全性及適用性。因此，如何正確定量評價和預測基坑開挖對地鐵隧道的影響成為一個急需解決的問題。以深基坑開挖對隧道的影響為工程實例，對施工期間基坑和隧道進行了動態監測，并將監測結果與數值分析結果進行了對比分析，得出了基坑開挖期間對隧道不一定是卸荷影響，也可能增加隧道圍壓，這與基坑開挖深度以及隧道與基坑的相對位置關系有關，同時，也與基坑支護結構施工方法有關。

地鐵隧道變形和位移的規律，指出了基坑監測與地鐵監測結果之間的聯系，分析了基坑支護體系的特征和開挖的時空效應對地鐵隧道的影響，表明隧道與坑邊距離的變化對隧道水平位移的影響比對隧道沉降的影響要大。

2 巖溶地區處理方案

2.1 處理范圍

根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011），對于完整、較完整的堅硬巖、較硬巖地基：①當洞體較小，基礎尺寸大于洞的平面尺寸，并有足夠的支承長度；②頂板巖石厚度大于或等于洞的跨度時（即厚跨比＞1.0），可不考慮巖溶對地基穩定性的影響。本區間溶洞多以順層面和沿豎向溶蝕裂隙發育的豎向溶洞為主，一般寬0.2～2.0m。因此，綜合參考武漢地鐵既有線已實施工程巖溶處理經驗基礎上，對地鐵隧道底以下6m、隧道結構外輪廓兩側3m范圍之內的未填充、半充填或全充填（充填物強度較底的）溶洞，必須進行巖溶處理[2]。

2.2 巖溶成因分析

巖溶之所以能夠連續貫通，是因為有水在碳酸鹽巖內部的裂隙或孔隙中流動，使兩者不斷地相互接觸和相互作用，不斷循環，排出飽和水，補入未飽和水，故可溶性巖體、具有溶蝕性的水和水的循環交替條件是構成巖溶發育的基本條件。

根據該段地質描述，本段地層受構造影響巖層產狀多變，傾角大，主要產狀為157°∠46°，巖石較為破碎、松散，層間裂隙發育，縱橫張裂隙也較發育，為此處溶洞的發育創造了較為通暢的原始空間和地下水循環通道，上下水系貫通，很有利于深部水循環，斜井施工中曾發現地下河，并有豎井和漏斗存在。

2.3 處理方案

2.3.1 鉆孔揭示溶洞

①高度不大于1m且無填充溶洞和半填充溶洞，以及全填充溶洞（充填物強度較低的）均直接采用純水泥漿進行靜壓式灌漿。②高度1～3m且無填充溶洞和半填充溶洞，先采用水泥砂漿進行填充，再采用水泥漿進行壓力注漿填充。③對于溶洞高度大于3m無填充溶洞和半填充溶洞，可考慮先投碎石（5～10mm），后采用注漿加固的方法。

2.3.2 物探異常區

對異常區進行鉆孔驗證，若發現存在溶洞則根據溶洞大小采取相應的處理加固方法；若沒有發現溶洞，采用壓力注漿的方法對鉆孔進行填充加固和封孔[3]。

3 巖溶區注漿處理質量安全控制

3.1 注漿施工質量控制措施

①注漿過程中如果發現大量漿液流失，為了保證注漿的效果，應適時地添加水玻璃等。②對于注漿孔的注漿應采用跳躍方式注漿，防止串漿和跑漿。③注漿方式一般采用重復注漿，以保證注漿的效果，注漿的間隔時間一般為6～10h，在進行3次注漿后，當達到終孔壓力時應停止注漿并封孔。④需要記錄現場整個過程，結合取得的注漿數據進行及時調整和改進，并記錄孔深、孔位、涌水等情況，如果不符合地質報告，應進行更改修正。

3.2 巖溶區注漿處理效果查驗

（1）對于溶（土）洞注漿效果的檢驗，一般采用“二次注漿”方法檢查填充率，或通過隨機原位標貫試驗進行檢測注漿效果。當標貫值達到“堅硬”時，注漿效果為優；當標貫值達到“硬塑”時，注漿效果為合格。

（2）對于基底處或基底下淺層溶洞，需要滿足以下任一條件：①隨機原位標貫試驗，其標貫擊數大于等于10；②隨機鉆孔抽芯法抗壓試驗，其28d無側限抗壓強度大于0.2MPa。

3.3 運營期主要風險的保護措施

地鐵運營期間存在的風險主要有以下三點：①受目前鉆孔和勘察水平的限制，難以探明地下所有溶洞的分布情況，而未探明的溶洞將導致地鐵在運營期間存在一定的風險。②由于地鐵通車對周邊經濟的影響，必將導致地鐵周邊大量建筑物的興起，在對這類建筑物進行打樁、抽排地下水和深基坑的開發時，容易導致溶洞的塌陷從而引起地面沉降和地下水位的急劇下降，進而使地鐵的運營存在風險。③地鐵運營期間，地鐵存在震動荷載，該震動荷載將對溶洞產生較大影響，對未探明及未處理的溶洞產生不利影響。

4 結語

綜上所述，隨著城市化進程的不斷加快，盾構隧道施工成敗很大程度取決于地質條件和盾構設備兩個因素，既相輔相成又互相制約，尤其是巖溶地區的盾構隧道施工，對兩個因素的要求更為嚴格。