南宁地铁2号线暗挖隧道岩溶处理方案分析*

江 杰 侯凯文 吕 波 欧孝夺 杨 宸 谭 刚 唐迎春

(1.广西大学土木建筑工程学院，530004，南宁；2.广西大学工程防灾与结构安全重点实验室，530004，南宁；3.桂林理工大学广西岩土力学与工程重点实验室，541004，桂林；4.中建交通建设集团有限公司，100142，北京；5.广西财经学院，530004，南宁//第一作者，研究员)

0 引 言

岩溶作为一种特殊的地质，给城市地下空间的开发与利用，尤其是隧道的建设带来了极大的困扰[1～3]。在岩溶地区施工的地铁隧道，往往会遇到突水突泥等灾害，产生地表沉降过大等不良后果，甚至会发生坍塌事故，进而造成巨大的经济损失。可见，岩溶的处理对地铁工程具有重要的意义[4]。

国内学者针对岩溶的处理技术做了较多的研究工作，也总结出了很多的成熟的工作经验。文献[5]针对宜万铁路马鹿箐隧道所遇到的涌突水的岩溶问题，针对性地提出了帷幕注浆加固等工程处理技术；文献[6]根据某山岭隧道的大型半填充溶洞情况，总结出合理科学的溶洞处理方法；文献[7]针对湖北恩利段高速公路岩湾隧道穿越特大溶洞的工程难题，提出了洞渣回填、桥跨等工程措施，并通过实践证明其可靠性；文献[8]结合湖南永吉高速的那丘隧道所遇到的岩溶不良地质情况，对廊道厅堂式溶洞的处理技术展开研究，并提出技术支持。岩溶地质具有很强的地域性。国内学者对各地区的岩溶地段隧道施工技术做了较多的总结。但大部分研究仅针对公路或铁路隧道，对地铁隧道暗挖区间的岩溶处理技术研究较少。

本文结合南宁地铁2号线工程石子塘站—建设路站区间(以下简为“石—建区间”)暗挖隧道的岩溶地质问题，针对性地提出岩溶处理方案及施工关键技术，并通过检测数据对注浆效果进行分析。

1 工程概况

石—建区间左线采用盾构法施工，长度为1 088.366 m；右线采用盾构法结合暗挖法施工，长度为1 077.780 m。右线暗挖段长202.2 m，隧道埋深12～15 m。

1.1 工程地质概况

根据勘察资料，区间暗挖段主要位于第四系地层，区域地层自上而下依次为填土层、黏土层、粉土层、砂土层、碎石土层及泥盆系岩层。隧道主要穿越的地层包括粉质黏土层、泥岩层、角砾岩层及粉砂岩层。

区间的地下水分为松散岩类孔隙水和碳酸盐岩类裂隙岩溶水两种。其中，松散岩类孔隙水赋存于砂层和碎石层中，中等透水性，弱富水性，无统一水位；碳酸盐岩类裂隙岩溶水主要赋存于为角砾岩，夹少量灰岩等可溶岩中，属于承压水，中等透水性，弱-中等富水性，渗透系数为4.60～4.83 m/d，单位涌水量q=0.154～0.167 L/(s·m)。

1.2 岩溶地质情况

本区间暗挖隧道段的场地主要包含溶洞、溶孔、溶蚀裂隙及溶沟溶槽等岩溶形态。其中以溶洞为主。岩溶发育平面图如图1所示。溶洞发育统计表如表1所示。

表1 石—建区间溶洞发育统计表

1.3 隧道结构形式

暗挖隧道采用马蹄形复合式衬砌结构，其断面型式有两种，具体位置见图1，断面型式见图2。

a) 开挖断面一b) 开挖断面二

单位：mm

图2 隧道结构横断面型式图

2 岩溶处理原则及范围

岩溶处理主要包括溶(土)洞的注浆处理和洞内全断面的注浆加固处理。

(1)溶(土)洞注浆处理。由于岩溶地区地质条件复杂，在暗挖法隧道拱腰以上部分和隧道外扩0.5倍洞径范围内应对溶(土)洞进行处理。对非填充或半填充溶洞，拱腰以上采用C20素混凝土填充处理、其它部位采用水泥砂浆填充处理；对于全填充的溶洞，视填充物的性质而决定是否应注浆，当标贯击数大于10击时可不予处理。

(2)洞内全断面注浆处理。位于隧道穿过范围及隧道顶部的软塑黏土层、破碎角砾岩层、裂隙发育区及溶沟溶槽区均需处理，故先在隧道外扩5 m范围内采用洞内深层水平全断面注浆加固，之后再进行断面开挖。对已探查到的需处理的溶洞，应先从地面采用花管注浆充填方式处理，之后再在洞内对全断面地层水平注浆加固。

3 岩溶处理方案

3.1 溶(土)洞处理

在对溶(土)洞进行注浆加固处理前，应采用钻孔的方法对溶(土)洞边界进行探测。以发现溶(土)洞的钻孔为基准，向四周扩散进行加密钻孔的布置。加密钻孔间距不大于2.0 m。加密钻孔同时兼做注浆孔。选取部分洞顶处的钻孔作为排气孔，且使每个溶(土)洞至少有1个排气孔，其间距不超过4.0 m。溶(土)洞钻孔布置平面示意图如图3所示。注浆管采用φ200 PVC(聚氯乙烯)套管，且进入溶洞底部以下部分应不小于0.5 m。溶洞填充注浆管布置如图4所示。

图3 溶洞钻孔布置平面示意图

图4 溶洞填充注浆管布置示意图

3.2 全断面加固处理

暗挖段全段采用洞内深层水平注浆加固，主要加固具有岩溶发育特征的角砾岩层，加固区域为开挖全断面及断面边线外5 m。经过全断面洞内深层水平注浆及岩溶处理后，当加固效果达到设计要求时，围岩等级可考虑降低一级处理。暗挖段岩溶处理的平面图和断面图如图5～6所示。

图5 洞内注浆加固平面图

图6 洞内注浆加固断面图

3.2.1 注浆施工方案

为了达到止水加固土层的效果，以保证隧道安全施工，暗挖隧道全断面采用二重管无收缩(WSS)双液注浆工法对地下岩溶及隧道周边土层进行注浆处理。

3.2.2 注浆孔的布置原则及布置情况

3.2.2.1 布孔原则

(1) 采用三序注浆法。该方法是通过3组钻孔将浆液在一定的压力作用下分序充填溶(土)洞的地基处理方法，且须严格按照三序的注浆顺序对注浆孔进行注浆。

(2) 对于同一序的注浆孔注浆需遵从以下原则：①从下层注浆孔往上层进行；②由外侧注浆孔往内侧进行；③对一序注浆孔须按照设计要求的注浆量进行定量-定压注浆，对二序和三序注浆孔须根据设计给定的注浆终压进行定压注浆；④多孔少注原则，即对每个孔进行均匀注浆，避免单个孔的注浆量过大而导致其他孔注不进浆液的情况发生。

(3) 对同一圈注浆孔的注浆应间隔施工。

3.2.2.2 布孔情况

(1) 掌子面孔位布设。以石—建区间暗挖段开挖断面一为例，其掌子面的注浆孔布置图如图7所示，A-A和B-B剖面图如图8～9所示，注浆孔终孔交圈图如图10所示。开挖断面二的注浆孔相对坐标与开挖断面一相同。

图7 注浆孔掌子面孔位布置图

(2) 盲区布孔孔位布设。注浆盲区是指由于注浆孔之间的搭接不紧密而造成掌子面前方注浆不足的区域。因此，需对盲区进行补孔注浆。以开挖断面一为例，同样采用分三序进行注浆，其盲区补孔的孔位布置图和交圈图如图11～14所示。

4 处理效果分析

采取钻孔取芯、配合标准贯入试验及单孔抽水试验对注浆效果进行检测分析。检测内容主要包括溶(土)洞的注浆效果、开挖掌子面前方的注浆质量、地基承载力及土层渗透性等方面。检测结果显示：① 注浆段的芯样较完整连续，并已胶结固化；② 芯样的抗压强度均大于0.2 MPa，满足设计要求；③ 注浆段标贯击数平均值为13.28击，满足设计要求。④ 注浆段地层加固均匀性较好，土体渗透系数满足要求。

图8 注浆孔A-A剖面图

图9 注浆孔B-B剖面图

图10 注浆孔终孔交圈图

图11 盲区注浆孔位置图

图12 盲区补孔交圈图(一)

图13 盲区注浆孔位置图(二)

此外，该暗挖段经过岩溶处理后，暗挖隧道的施工也顺利通过了此处的溶洞，并且根据长期的监测数据发现该段围岩稳定，暗挖隧道的支护结构无明显的渗水问题，各项指标均满足规范要求。

图14 盲区补孔交圈图(二)

5 结语

岩溶地质是南宁地铁工程施工过程中所遇到的不良地质问题之一，也是较难处理的问题之一。为确保地铁隧道顺利通过岩溶地段，岩溶处理十分关键。本文以南宁市地铁2号线石—建区间暗挖段为例，针对隧道施工所遇到的岩溶地质问题，提出了岩溶处理的关键技术，处理效果证明了该处理方案及处理技术的有效性，可为南宁市的类似工程提供参考。