地铁隧道穿越岩溶地区处理方案及控制措施研究

2021-11-23李宗仁

商品与质量 2021年38期

李宗仁

中铁十二局集团第二工程有限公司山西太原 030000

随着我国经济的发展，地铁已成为大中城市解决城市拥堵问题的宠儿。地铁具有节约土地、减少噪音、减少干扰、节约能源、减少污染等优点，是现代大型城市发展城市交通的首选。在高风险岩溶地区地铁施工中，不可避免的存在着溶洞等地质灾害，伴随着掌子面突水、突泥、围岩及支护变形、坍塌等问题，轻则机械损毁，重则出现人员伤亡[1]。

1 概述

随着城市轨道交通线网的飞速发展以及地下空间开发利用的增多，越来越多的基坑面临与既有运营地铁隧道的交汇问题。基坑施工会引起隧道周围土体的应力场和变形场发生变化，导致地下隧道结构变形，进而影响地铁隧道的安全性及适用性。因此，如何正确定量评价和预测基坑开挖对地铁隧道的影响成为一个急需解决的问题。以深基坑开挖对隧道的影响为工程实例，对施工期间基坑和隧道进行了动态监测，并将监测结果与数值分析结果进行了对比分析，得出了基坑开挖期间对隧道不一定是卸荷影响，也可能增加隧道围压，这与基坑开挖深度以及隧道与基坑的相对位置关系有关，同时，也与基坑支护结构施工方法有关。

地铁隧道变形和位移的规律，指出了基坑监测与地铁监测结果之间的联系，分析了基坑支护体系的特征和开挖的时空效应对地铁隧道的影响，表明隧道与坑边距离的变化对隧道水平位移的影响比对隧道沉降的影响要大。

2 岩溶地区处理方案

2.1 处理范围

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011），对于完整、较完整的坚硬岩、较硬岩地基：①当洞体较小，基础尺寸大于洞的平面尺寸，并有足够的支承长度；②顶板岩石厚度大于或等于洞的跨度时（即厚跨比＞1.0），可不考虑岩溶对地基稳定性的影响。本区间溶洞多以顺层面和沿竖向溶蚀裂隙发育的竖向溶洞为主，一般宽0.2～2.0m。因此，综合参考武汉地铁既有线已实施工程岩溶处理经验基础上，对地铁隧道底以下6m、隧道结构外轮廓两侧3m范围之内的未填充、半充填或全充填（充填物强度较底的）溶洞，必须进行岩溶处理[2]。

2.2 岩溶成因分析

岩溶之所以能够连续贯通，是因为有水在碳酸盐岩内部的裂隙或孔隙中流动，使两者不断地相互接触和相互作用，不断循环，排出饱和水，补入未饱和水，故可溶性岩体、具有溶蚀性的水和水的循环交替条件是构成岩溶发育的基本条件。

根据该段地质描述，本段地层受构造影响岩层产状多变，倾角大，主要产状为157°∠46°，岩石较为破碎、松散，层间裂隙发育，纵横张裂隙也较发育，为此处溶洞的发育创造了较为通畅的原始空间和地下水循环通道，上下水系贯通，很有利于深部水循环，斜井施工中曾发现地下河，并有竖井和漏斗存在。

2.3 处理方案

2.3.1 钻孔揭示溶洞

①高度不大于1m且无填充溶洞和半填充溶洞，以及全填充溶洞（充填物强度较低的）均直接采用纯水泥浆进行静压式灌浆。②高度1～3m且无填充溶洞和半填充溶洞，先采用水泥砂浆进行填充，再采用水泥浆进行压力注浆填充。③对于溶洞高度大于3m无填充溶洞和半填充溶洞，可考虑先投碎石（5～10mm），后采用注浆加固的方法。

2.3.2 物探异常区

对异常区进行钻孔验证，若发现存在溶洞则根据溶洞大小采取相应的处理加固方法；若没有发现溶洞，采用压力注浆的方法对钻孔进行填充加固和封孔[3]。

3 岩溶区注浆处理质量安全控制

3.1 注浆施工质量控制措施

①注浆过程中如果发现大量浆液流失，为了保证注浆的效果，应适时地添加水玻璃等。②对于注浆孔的注浆应采用跳跃方式注浆，防止串浆和跑浆。③注浆方式一般采用重复注浆，以保证注浆的效果，注浆的间隔时间一般为6～10h，在进行3次注浆后，当达到终孔压力时应停止注浆并封孔。④需要记录现场整个过程，结合取得的注浆数据进行及时调整和改进，并记录孔深、孔位、涌水等情况，如果不符合地质报告，应进行更改修正。

3.2 岩溶区注浆处理效果查验

（1）对于溶（土）洞注浆效果的检验，一般采用“二次注浆”方法检查填充率，或通过随机原位标贯试验进行检测注浆效果。当标贯值达到“坚硬”时，注浆效果为优；当标贯值达到“硬塑”时，注浆效果为合格。

（2）对于基底处或基底下浅层溶洞，需要满足以下任一条件：①随机原位标贯试验，其标贯击数大于等于10；②随机钻孔抽芯法抗压试验，其28d无侧限抗压强度大于0.2MPa。

3.3 运营期主要风险的保护措施

地铁运营期间存在的风险主要有以下三点：①受目前钻孔和勘察水平的限制，难以探明地下所有溶洞的分布情况，而未探明的溶洞将导致地铁在运营期间存在一定的风险。②由于地铁通车对周边经济的影响，必将导致地铁周边大量建筑物的兴起，在对这类建筑物进行打桩、抽排地下水和深基坑的开发时，容易导致溶洞的塌陷从而引起地面沉降和地下水位的急剧下降，进而使地铁的运营存在风险。③地铁运营期间，地铁存在震动荷载，该震动荷载将对溶洞产生较大影响，对未探明及未处理的溶洞产生不利影响。