岩溶条件下地铁车站的基底处理措施及设计优化

2019-12-19常彪

商品与质量 2019年12期

常彪

中国电建市政建设集团有限公司天津 430000

1 工程概况

未来三路车站为地下二层岛站。未来第三路站位于高新大道与未来第三路交汇处，横穿十字路口，沿高新大道铺设，9号线沿未来三路敷设盾构下穿本站。高新大道道路现状为双向6车道，车流量较大，主道两侧各有宽约6.0m的辅道和绿化带，未来三路为双向6车道，目前高新大道北侧已通车。车站周边现状为中交二航局、中石油加油站、绿化带、荒地、水塘和泉眼等，车站东端盾构井距离加油站28.5m，1号风亭位置有泉眼出露，2号风亭位置为水塘。右DK57+646.400站起点里程，右DK58+018.200站终点里程，有效平台中心里程：DK57+906.000，总长度为371.8米，站台的外包有效中心里程23.1米宽，外包结构尺寸是23.1*14.14米，车站的顶部覆盖约2.5-3.6米，地下两层结构三跨钢筋混凝土矩形双柱结构，明用于车站施工开挖方法，利用钻孔桩围护结构+支持[1]。车站标准段基坑宽23.1m，深17.81m，东侧盾构井深20.43m，西侧盾构井深19.60m。

2 地质条件

2.1 工程地质概况

未来三路站网站除了上层为杂项填补和灌浆期土壤（Qml），主要为第四纪全新世湖泊（Q4l）淤泥土、第四纪全新世冲、洪积（Q4al+pl）粘性土壤，在第四纪更新世系列系统、洪积（Q3al+pl）粘性土和粘性土砾石，碎砾石层含有粘性土壤，土壤残留（Qel），石炭纪白垩纪-古近纪-E（K）泥质砂岩和灰岩的下基岩（C）和墓群（S2f）的生成和分布以及砂岩和构造挤压褶皱带。灰岩、砂岩、泥质砂岩等过渡层相互交错，存在局部相变。岩性复杂，风化差异明显，地基均匀性差。遗址区岩溶发育较好，存在岩溶槽、岩溶沟、罗水洞等地质现象。基岩表面不规则，起伏较大，有陡峭的山脊和斜长石等。溶洞分布广泛，规模大，连通性好，分布不规则。基岩覆盖6-3片粉质粘土，10-4片碎石粘土（碎石含量25%~40%，局部含量达到60%），层理深度8.3-19.1m，顶部标高10.11-18.68m。该层场地面积分布不规则，大部分截面分布，稳定性较差。在施工过程中，容易引起地面塌陷、涌泥等现象。通过对地下水赋存条件、含水介质及水力特征的分析，认为主要地下水类型为上部滞水和裂隙岩溶水。石灰岩层以上的水位是承压的[2]。

2.2 物探分析

（1）从现场勘察钻探情况显示，溶洞洞高小于0.5倍隧道洞径（隧道洞径为6m）的有95个，占总数的74.42%；洞高在0.5倍洞径与1倍洞径之间的有26个，占总数的20.31%；洞高大于1倍洞径的有7个，占总数的5.47%，其中一处发育一溶洞（串珠状）铅直高度达14.5m。从上述分析表明钻探揭露可溶岩中岩溶形态以溶隙、溶洞为主。溶洞发育强烈，以小型溶洞为主。

（2）通过物探CT推测岩溶异常点高度统计分析发现：岩溶异常点高度小于0.5倍隧道洞径的有61个，占总数的44.85%；岩溶异常点高度在0.5倍洞径与1倍洞径之间的有57个，占总数的41.91%；岩溶异常点高度大于1倍洞径的有18个，占总数的13.23%。表明岩溶异常点高度以小于隧道1倍洞径为主。结合钻探、物探探测结果分析，场地内溶洞及物探CT推测岩溶异常点铅垂高度多在1倍隧道洞径以内，占总数的86%以上，铅垂高度大于10m的特大溶洞和岩溶异常点共有2个。工程设计与施工中，应对溶洞洞径大于3m和距底板较近的溶洞进行重点处理。

（3）钻孔揭示溶洞全充填的有51个，占溶洞总数的39.84%；半充填的有5个，占溶洞总数的3.9%；无充填的有72个，占溶洞总数的56.25%。石炭系黄龙组（C2h）灰岩均以无充填为主，全充填次之，少量半充填。一般浅部溶洞多为无充填，全充填或半充填的溶洞相对较少，埋深较大的溶洞多为全充填。钻孔揭示溶洞充填物多为棕红、棕黄色粘性土或粘性土夹碎石。充填物状态不一，多呈软-可塑状，部分呈流塑或硬塑状；少部分溶洞充填中密的灰黄色角砾状土或碎石土。根据钻孔条件，在钻孔充填部分溶洞时，可将钻孔工具的自沉或人为压力压下，其承载力极低。随着垂直深度的增加，地下水的交变活动减少，岩石裂隙减少，溶洞分布减少。石炭系黄龙组石灰岩溶洞均位于地下水位以下。未填筑的溶洞水丰富，半填筑的溶洞水贫乏，填满的溶洞水环境最差。地下溶洞基本处于含水饱和状态，溶洞富水性强。在开挖隧道和基坑时，应注意是否有可能露出富水、含泥溶洞和涌水、涌泥问题[3]。

3 提出溶洞处理措施

（1）根据溶洞充填情况调整充填材料。半填、非填溶洞应采用灌浆加压灌浆；溶洞填满后应先确定充填性质：如充填为流塑、软塑粘土，采用注浆充填处理；如果是塑料、硬质塑料粘土，原则上不作处理。开放的溶洞未经处理。（2）灌浆过程中需要对溶洞的规模进行检测。探测方法：首先，利用地质雷达对平面范围内的溶洞探测进行测试。根据溶洞的等高线范围，在洞的四周钻孔检查。检查孔呈梅花形状，间距2mX2m。（3）一个巨大的洞穴。岩溶等值线范围还需进一步加密钻探。若钻孔发现有岩溶存在，则在溶洞平面范围外设置一排注浆钻孔，间隔2m，直至找到溶洞体边界。或使用结构外3m进行检测；如果孔体为有限边界，且最外层排水孔表明岩体致密，则应向内收缩一个孔作为侧孔注水泥浆。