明挖基坑岩溶处理施工技术研究

周 全

(中铁十六局集团有限公司， 北京 101100)

0 前言

要想从根本上杜绝岩溶地质给城际铁路施工以及运行带来的危害和风险，在设计工作前期就要选择合理的站位和线路，尽可能规避岩溶发育区域，当受客观因素限制，确实难以避免时，应对岩溶进行处理后方能进行施工，从而确保后期施工及运营安全。本文结合珠三角城际广佛环线GFHD-2 标太和站前后明挖基坑岩溶处理施工加以论述。

1 工程概况

太和站站前明挖段基坑长652m，宽13～25m，深18～28m，围护结构采用0.8m厚地下连续墙，竖向采用四道支撑，第一道为混凝土支撑，其余为钢支撑。太和站明挖基坑长262m，宽47.5m～72.9m，深18～23m，围护结构采用1m厚地下连续墙，基坑竖向采用三道混凝土支撑。太和站大里程明挖段基坑长821m，宽13～19m，深9～17m，围护结构采用0.8m厚地下连续墙，竖向采用四道支撑，第一道为混凝土支撑，其余为钢支撑。

2 工程地质特征分析

2.1 地质特征概述

丘间谷地，地面较平坦、开阔。谷地地层为第四系人工填土及第四系冲洪积黏土、粉质黏土、粗粒砂、圆砾土等，基岩为石炭系下统灰岩、炭质灰岩，灰色～灰黑色，呈强风化～中风化，灰岩岩质坚硬，局部收地质构造影响较破碎。

2.2 特殊地质、不良地质及地质构造

（1）沿线地貌上属珠三角洲冲积平原、丘陵地貌，场地土存在软土地层和液化土地层，按照国家标准《城市轨道结构抗震设计规范》（GB 50909-2014）第4.2.1条判断，场地属抗震不利地段，场地土类型属中软土～中硬场地土，结合沿线设计阶段勘察的地质情况场地覆盖层厚度0.00～43.0m，确定建筑场地类别为II类。

（2）根据钻探揭示该地段基岩存在隐伏溶洞，场地第四系覆盖层厚度为8.7～25.0m，属覆盖型岩溶区，除岩溶发育外，还分布大量的冲洪积物。由于地下水位较高，第四系地层受地下水影响，强度较低，在施工过程中极易引起地面塌陷，在溶洞顶板较薄的地段，桩基施工时易引起地面沉陷或桩机陷落事故。

2.3 水文地质特征

场地地表水较发育，主要为水沟水，其受大气降水影响显著。地下水按其赋存介质不同主要分为孔隙潜水、岩溶裂隙-溶洞水。孔隙潜水主要赋存于填土层、砂层中，水量丰富，水利联系畅通，略具承压性，为场地主要含水层；岩溶裂隙水-溶洞水分布于下覆灰岩的溶隙、溶洞中，水量受岩溶的发育程度及其连通性影响而变化较大，据设计钻探资料分析，多数地段岩溶为较发育，岩溶水水量丰富，具承压性，岩溶的发育及地下水位的变化对沿线隧道及地下工程影响较大。根据钻孔水样分析，地表水具有化学侵蚀性，其化学侵蚀环境作用等级为H2、无盐类结晶破坏作用，无氯盐侵蚀；地下水具有化学侵蚀，其化学侵蚀环境作用等级为H1，无盐类结晶破坏作用，具有氯盐侵蚀，其氯盐作用等级为L1。碳化环境作用等级为T3。

3 岩溶处理施工技术

3.1 岩溶处理的目的

（1）减小围护结构在施工时产生坍塌的风险；

（2）预防土洞在地下水作用下迅速发展的风险，减少后期运营的风险；

（3）预防岩溶通道在基坑开挖时的突、涌水对基坑及周边建、构筑物的破坏，提高砂土地基抗岩溶局部坍塌的能力，提高隧道结构的安全性；

（4）满足永久隧道结构的承载力、变形溶、土洞填充物性质软弱，随着时间的推移，并受周边环境的变化以及地下水活动的影响，很可能出现洞体坍塌现象。通过对洞体充填物的加固处理，提高其自身强度，从而提高洞体的稳定性，降低洞体坍塌而引起的地层塌陷，进而减小变形缝处的差异沉降。

由以上几点可以看出岩溶注浆的目的是形成隔水帷幕，加固地基、减小沉降、提高结构承载力满足线路运行要求。

3.2 岩溶处理的原则

（1）先探后灌，探灌结合。

（2）查明基坑范围内及影响地段的各种岩溶洞穴和土洞的具体位置，在垂直方向和水平方向分布、连通性及规模、埋深、岩溶充填物性状，并分析成因及发展趋势，对逐个溶土洞进行专项注浆处理。

（3）对溶洞范围内地层进行雷达扫描，确保地层密实后，进行地下连续墙施工及后续土方开挖、主体结构施工。

3.3 岩溶处理的施工流程

3.4 岩溶处理施工方案

3.4.1 岩溶探测

首先进行场地平整及测量定位工作，现场放样出基坑的外边线及每幅地下连续墙的具体位置。然后沿基坑两侧地下连续墙中线，在每幅地下连续墙（每幅地连墙长6m）两端各1.5m位置，分别施作1个φ100超前地质钻孔作为先导孔，超前预测墙底持力层范围内的溶（土）洞，钻孔深度按钻至连续墙底以下完整基基岩不小于3m～5m，遇溶洞钻至溶洞底板以下不小于3～5m。当在先导孔中发现溶洞，则以该孔为中心，沿周边2m范围布设一圈探边孔（8个），钻孔深度同先导孔原则，先导孔中若再发现溶洞，则继续进行探边，直至连续墙外侧3m范围，内侧直至无溶洞。先导孔及探边孔钻设完成后均埋设PVC管，兼做后期注浆孔。

基坑内根据基坑宽度，施做 1～3排超前钻孔做为先导孔（横向间距不大于6m），纵向间距6m，钻至结构底板以下完整基岩不小于8～10m，在此深度范围内发现较大的溶洞或土洞，则钻至溶洞底板以下不小于8～10m。当先导孔中发现溶洞中进行溶洞探边，探边孔沿发现溶洞的先导孔周边2m布设一圈（8个）。

3.4.2 岩溶注浆

通过进行先导孔及探边孔探测，对每个岩溶、土洞等位置、大小、充填情况以及水系情况探查清楚后，逐个对岩溶进行注浆处理。浆液根据溶土洞大小采用水泥浆或水泥砂浆。

3.4.2.1 注浆工艺流程

3.4.2.2 注浆方案

注浆孔位标定后，移动钻机至钻孔位置。钻机就位后，用倾斜尺、水平尺等工具调整钻机角度，使得钻机呈水平，安装牢固，定位稳妥。注浆前选取代表性的一个岩溶进行工艺性试验，从而确定浆液配合比、注浆压力、注浆量技术参数试验。当验证表明选取合理时，按选取的参数进行注浆。注浆浆液按下列原则进行选取：

（1）对于大于3m无填充和半填充溶（土）洞（含特大溶洞）可采用Ø200的PVC套管注水泥砂浆，水泥砂浆配比建议：水：水泥：砂=2.0：1.0：1.5，具体根据现场试验确定；对于非填充或半填充的较大溶洞，可采用泵送混凝土填充。

（2）周边孔：纯水泥浆+水玻璃。双液浆现场配合比试验时，以初凝时间为指标进行控制，综合考虑浆液的可泵性时间。双液浆配比建议：水泥浆水灰比=1:1，水泥浆：水玻璃=1:1（重量比），水玻璃浓度Be=38～43，模数2.4～3.0。

（3）中央孔：纯水泥浆，水灰比建议为0.6～1.0。

注浆时由岩溶周边向中间进行，先两侧后中间，跳孔施钻，不应全部钻孔完成后再注浆，以免孔位串浆，增加难度及清孔工作量；岩层破碎容易造成坍孔时，应采用前进式注浆，否则采用后退式注浆。

3.4.2.3 注浆工艺要点及技术措施

（1）熟悉本段隧道岩溶分布情况，提前作好施工技术交底等工作。

（2）每次注浆施工前，对钻机、注浆泵、拌浆机等机械进行检查、调试、维修，使其保持良好的状态。

（3）根据岩溶注浆孔位平面布置图，对各孔位进行放样，并测量、记录对应的孔口地面高程。

（4）注浆钻孔采用钻机成孔，钻机须安装牢固，定位稳妥、固定。注浆孔应跳孔施钻，不应全部钻孔完后再注浆，以免孔位串浆，增加难度及清孔工作量。

（5）钻机成孔插入注浆管后及时封堵孔口及附近的地面裂缝以防冒浆。

（6）注浆用的浆液应经过搅拌机充分搅拌均匀后才能开始注浆，并应在注浆过程中不停地缓慢搅拌，搅拌时间应小于浆液初凝时间。浆液在泵送前应经过筛网过滤。

（7）注浆过程中尽可能控制流量和压力，防止浆液流失。

（8）施工前应向有关部门收集和调查地下设施、地下管线的具体位置。

（9）加强地表监控量测，监控项目为地表沉降、地表侧向位移，按5m布置一处监测断面，量测频率2～3次/天，根据实测最大位移值、位移变化速度和位移时态曲线判断管理级别，如变形超出规范允许值，及时启动相关应急预案确保施工安全；注浆过程应加强周边建构筑物监控量测，并做好技术资料和基础数据记录、整理、分析工作，发现异常应及时处理。

3.4.2.4 效果检测

（1）地连墙溶洞处理完成后，应在岩溶部位进行抽芯检测，检测溶洞的充填情况，当不符合要求时继续进行充填注浆，直至满足设计要求。

（2）基坑内岩溶处理完成后，采用地质雷达进行扫描，当扔发现有异常部位时，及时采用钻机进行钻孔验证，并进行注浆填充，直至满足设计要求。

4 结语

岩溶段明挖隧道基坑施工，属于高风险施工，施工过程中由于岩溶的存在可能产生坍塌、地连墙难以成孔、底板承载力不满足要求等不良灾害，同时对后期运营产生安全隐患。结合珠三角城际广佛环线GFHD-2 标岩溶处理经验，通过对逐个岩溶的范围、大小等详细布置情况进行探测，对岩溶进行逐个注浆处理并运用雷达探测等手段后，能确保基坑安全稳定。希望本文研究内容能为广东以及全国类似的岩溶处理提供有效的借鉴和参考。

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