浅谈地铁基坑施工过程中的溶洞处理

饶彪

摘 要：随着国家对基础投资的加大，近几年各地轨道交通建设飞速发展，在岩溶地区修建明挖地铁车站已经成为不可避免的难题。尽管在轨道交通线路设计上对岩溶地区采取能避则避的原则，但是部分溶洞仍然需要谨慎处理。如果处理不当，将直接影响明挖车站的基坑安全，极易造成基坑涌水，周边地面垮塌，房屋不均匀沉降等问题。本文以坐落在礌岗断裂带上的佛山地铁某车站为例，对地铁基坑范围内溶洞处理技术进行分析总结，确保岩溶地区基坑开挖过程安全有序。

关键词：岩溶;地铁施工;探边;溶洞处理;礌岗断裂带

一、工程概况

佛山地铁某车站所处地质条件较为复杂，下伏粉砂岩、钙泥质粉砂岩，溶洞的形成主要受隐伏断裂带影响，基岩裂隙水丰富且含钙质成分，在地下水长期冲刷和侵蚀下，钙质成分流失造成空洞，属于强发育溶洞。根据地质勘探情况，有多层次溶洞叠加。根据场域勘察资料显示，该区域19个施工钻孔中13个有溶洞，岩溶见洞隙率为68.4%，岩溶发育程度等级为强发育。岩溶专题勘察中跨孔弹性波CT法反演解析，部分溶洞成串珠状且较发育，物探剖面计算线岩溶发育率为80.06%，钻探见洞率和物探剖面线岩溶发育率数值较接近，岩溶发育程度等级为强烈。场地范围内由于溶洞未全部充填，岩溶有继续发育的可能性，比较容易形成较大的岩溶通道，把岩层表面的土颗粒带走，向上形成土洞，土洞发育到一定程度，就会造成地铁结构底板脱空，轨道下沉，对车站和轨道造成破坏，危及地铁安全。同时溶洞发育地段也对周边建（构）筑物的安全带来一定安全隐患，在一定条件下可能会发生地质灾害，造成地面塌陷或塌坍，严重威胁本工程及周边建筑物的安全。

因此施工区域内溶洞处理的效果直接影响到基坑施工及后期运营的安全。

二、溶洞处理技术原则

（一）溶洞注浆处理原则

1、由于本区域溶洞主要发育于中风化钙泥质粉砂岩，故对于发现的溶洞采取注浆的方法进行填充加固，全充填溶洞采用压力注浆的方法进行填充加固，注浆压力从低到高，间歇、反复压浆。

2、注浆方量超过探边理论方量30%时，需专题研究，重新确定溶洞范围。

（二）溶洞探边收口原则

1、根据地勘及设计资料，对基坑以下10m范围内揭示溶洞进行探边，确定溶洞范围;

2、对岩溶专题勘察揭示的溶洞采用地质钻机超前钻探，以揭示溶洞的勘察孔为基点，向四周方向间距2m布置，如图1所示，对角位置未揭示溶洞，方可确定溶洞边界。

3、对于地下连续墙及灌注桩，为确保施工过程中风险，地下连续墙在施工范围内设置两个探边钻探孔，灌注桩设置一个探边钻探孔进行探边，探边深度为墙底及桩底5m，如遇溶洞则往基坑外侧偏移3m后进行探边，并对溶洞进行注浆处理。

（三）溶洞探边过程中注意事项

1、探边钻探孔可作为后期溶洞处理的注浆孔和出气孔，施工過程中注意保护。

2、探边钻探孔施工时注意保留芯样，以便复核地勘情况，优化溶洞处理方案。

三、溶洞注浆施工工艺

（一）试泵

开泵前先将搅拌桶中加满清水，三通转芯阀调到回浆位置，待泵吸水正常时，将三通回浆口慢慢调小，泵压徐徐上升，当泵压达到预定注浆压力时，持续二、三分钟不出故障，即可结束试泵。

（二）安装注浆管

在套管内埋设注浆管，注浆管外露的长度不小于20～30cm，以便连接孔口阀门和管路。注浆管安装好后，在注浆管管口加上孔口盖，以防止杂物进入。

（三）浆液配制

1、水泥浆液配比：水：水泥=0.5：1～1：1。因设计采用多次、间歇注浆，拟在前两次注浆时，采用水灰比为1.0的水泥浆;当注浆量较大时，需要在第三、四次注浆时采用水灰比为0.5～0.8的水泥浆。

2、水泥浆液在现场搅拌，浆液搅拌机配自动称量系统，保证水泥浆液配比的准确性。浆液搅拌机自动称量系统在正式使用前先进行标定。

（四）注浆

在正式注浆前先进行注水试验。通过注水试验判断地下水系的连通性;在注水过程中观察地面的沉降情况。

1、注浆顺序：遵循“先周边孔、后中央孔，跳孔注浆”顺序。根据设计文件，将原设计中岩溶发育区划分为若干个处理区域，各区域之间采用流水作业方法，达到边钻孔、边注浆的效果。先加固外侧溶洞，发现浆液流失严重时添加水玻璃，以确保注浆效果。

2、注浆压力一般为≤0.20MPa。

3、终注条件：在终注压力0.2Mpa下连续注浆10～15min可终止注浆。

4、当第一次注浆时，注浆压力达不到0.2MPa，暂时停止注浆，采取间隙注浆，间隙6-10小时后进行2次注浆，第2次注浆在120s内达到0.2MPa时可终止注浆。在120s以上达不到0.2MPa时仍需要暂时停止注浆，继续采取间隙注浆。间隙6-10小时后进行第3次注浆，当第3次注浆压力在120s内即达到0.2MPa时，即可终止注浆。超过120s以上达不到0.2MPa时，按照上述条件暂时停止注浆，还需进行第4次注浆。

5、如间隙注浆4次以后注浆量超过理论填充量的30%时，应请业主、设计、监理等部门共同研究后采取措施处理，必要时掺加水玻璃进行堵漏处理。

6、注浆完成后须用水泥砂浆M5封孔。

四、溶洞注浆质量检测

（一）溶洞充填注浆效果检查，主要是检查填充率及密实程度。

1、填充率检查：可考虑采用“二次压浆”方法进行检查。压力从0MPa逐步提高到0.2MPa 维持10～15min即可。

2、密实程度检查：采用标贯法测定，标贯值达到“坚硬”状土为优，“硬塑”状土为合格。

（二）注浆加固效果检查：

1、检测方法

1.1 采用钻孔取芯，做抗压试验及压水试验。

1.2 对加固地层做原位标贯试验。

2、检测标准

2.1 溶洞处理检测数量不少于注浆孔数量的1%;

2.2 溶洞填充注浆：采用钻孔取芯为主、压水试验为辅的综合方法进行检测。

3、按下述检查方法与标准进行溶洞检测：

3.1  采用钻孔抽芯法，做抗压试验，要求28d无侧限抗压强度≥0.2MPa;

3.2  采用随机原位标贯试验，标贯击数应不小于10击。

3.3  检测原则和数量： 检测数量不少于注浆孔数量的1%;要求每个溶洞均要检测一次;采用随机钻孔取芯，做抗压试验，要求无侧限抗压强度不小于0.2MPa。质量检查孔的压水检查工作应在单元工程灌浆结束7d后进行。

3.4 溶洞加固处理后质量检查孔压水试验透水率应不大于10Lu，合格率应达85%以上;其余不合格孔段的透水率最大值应不超过15Lu，且不应集中。

3.5基坑开挖前应按专家论证、施工单位技术负责人、总监理工程师审批的降水施工方案进行抽水试验。

四、结束语

溶洞处理有两个关键的因素，一是溶洞的探边，二是处理效果的检测。地下的情况复杂多变，仅靠前期勘察的一孔之间，以及所谓的神仙线描绘的地质图很难准确判断溶洞的准确位置及空腔大小。即使严格按照设计原则探边，也难免会在两孔之间存在裂隙或者孔洞，因此对处理效果的检测十分必要，特别是探明溶洞边缘注浆效果的检测。施工过程中应注意对开挖面的巡查，重点关注坑内坑外的水位监测情况。

参考文献：

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