浅谈盾构隧道穿越岩溶区域处理方法

梅雨潭

（中交城市轨道交通设计研究院有限公司，湖北 武汉）

引言

进入21 世纪以来，为减小都市快速发展而带来的交通压力，城市轨道交通工程也加快了前进脚步。随着各类地下工程逐渐增多，岩溶作为地下较为常见的地质现象，一直是地下工程研究探索的重要方向[1，2]。本文以南京地铁1 号线北延线一段区间所遇到的岩溶现象作为依据，进行分析岩溶处理的基本方法。

1 工程概况

南京1 号线北延线燕子矶站- 笆斗山站区间平面线路出燕子矶站后沿和燕路向东北方向敷设，下穿岩溶区后进入珠江路，最后进入笆斗山站。本区间全长约1 100 m，其中涉溶洞段约110 m。区间地处阶地间坳沟、阶地及长江漫滩地貌单元，浅部填土厚度一般为1.10 m～9.0 m，填土以下土层主要为黏性土、粉砂、粉土,下伏基岩有浦口组砂岩、角砾岩及石炭系黄龙组灰岩。可溶岩累计长74.2 m，溶洞累计高度9.9 m，地勘结果表明该段钻孔遇溶洞率高，参照《岩土工程勘察规范》（DGJ32/TJ208-2016），本区段岩溶发育强度为强发育，见图1-2。

图1 区间隧道平面图

2 岩溶勘察

2.1 岩溶揭示一般方法

（1） 钻孔勘探法

钻孔勘探法是采用直接钻孔的方式来探明地下溶洞的发育情况，需占用一定的施工场地，在地表条件允许的情况下才能采用此种方法进行溶洞勘察[3]。

（2） 地质雷达法

地质雷达是以超高频电磁波作为勘察场源，由一个发射天线向地下发射一定中心频率的无载波电磁脉冲波，另一天线接收由地下不同电性介质界面产生的反射回波[4-5]。

（3） 跨孔弹性坡CT 法

跨孔弹性波CT（又称弹性波层析成像技术）原理是在不对探测物进行任何形式是破坏的前提下，得到探测物的物理参数以及分布几何形态信息。

2.2 岩溶勘察成果

（1） 岩溶在水平方向上的分布特点：现有钻探成果成果表明，YK20+780～K20+850 段下伏基岩为灰岩，岩溶较发育，该区间共有6 个勘探孔揭露灰岩，其中5 个孔有溶洞分布。其中D1NQ4Z3 孔有6 层溶洞呈串珠状分布于标高-10.49 m～-25.59 m 之间钻孔揭露溶洞情况见表1。

表1 岩溶统计表

（2）岩溶区地质雷达勘察设计5 条测线，总长为600 m，实际完成400 m，跨孔弹性波CT 勘察工作设计九组，计12 194 个检波点·炮，总深度296 mn，实际完成勘察深度234.5 m，检波点·炮数12 194 个。物探推测的岩溶异常空间位置及规模大小详见表2。

表2 物探推测岩溶异常分布情况（1992 南京坐标系、上海吴淞高程）

3 岩溶处理的方法

3.1 施工探孔布置

前期因受地面场地条件限制，地勘钻孔和物探测线未能覆盖全部区域，岩溶分布情况存在未查明或遗漏的情况，建议施工前在盾构主要影响区范围地面布置2.0 m×2.0 m 梅花形探测孔（兼做注浆孔），见图3，除详勘钻孔揭示的岩溶填物较为准确外，物探报告及交底文件显示岩溶填充物情况均为推测，准确度存疑，因此探孔施工过程中应针对岩溶填充物进行详细勘察，若揭示到溶洞则根据溶洞大小及填充物的具体情况采取相应的处理加固方法同步处理，处理方案参照下节1～4 条。

图3 岩溶处理布置图

3.2 溶洞、异常区处理的方法

溶洞、异常区处理的方法，见表3。

表3 溶洞、异常区处理的方法

4 注浆加固技术

4.1 注浆加固前准备工作

注浆加固前，需探查各种地下管线，对影响溶洞充填注浆施工的地下管线进行迁改或加固处理，并完成灌前地面沉降变形监测点的埋设和初始值的监测。做完准备工作后，还需对现场进行生产性试验，为后续注浆施工提供数据参考，见图4。

图4 试验性注浆统计图

4.2 灌浆工艺

（1） 灌浆方法与浆材选择

①灌浆过程需根据现场冒、漏浆情况，及时调整灌浆压力、浓度、速率等施工指标。对于溶洞中水的处理，应合理添加双液浆或速凝补充剂。

②岩溶注浆应区分周边孔和中央孔，注浆孔可利用既有地质钻孔，周边孔在区间隧道外侧可采用花管，花管长度1 m～2 m，花孔直径8 mm，间距为10 cm；隧道范围内中间孔采用PVC 袖阀管，溶洞须填充均匀。

（2） 灌浆压力

注浆孔位及灌浆压力，见表4。

表4 灌浆压力

（3） 灌浆浆材配比

灌浆浆材配比见表5。

表5 灌浆浆材配比

（4） 灌浆质量检查

①检测方法：对溶洞处理后的区域应采用取芯方法检查[5]。

②检测标准：对洞径大于2 m 的溶洞必须进行质量检查，其余按溶洞处理总数的10%进行溶洞灌浆质量检查。每个需质量检查的溶洞加固区根据溶洞发育规模，由监理工程师布置1～3 个质量检查孔。钻孔取芯进行检查，取芯应连续且上部无脱空，注浆固结体28 d 的无侧限抗压强度≥0.15 MPa。

③不满足上述检查标准时，应对受检查的溶洞加固区进行灌浆补强施工，监理工程师可根据现场实际情况适量增加质量检查孔。

5 结论与建议

（1） 隧道施工前以地勘钻孔、地质雷达、跨孔弹性坡CT 揭示出溶洞位置、大小为首要步骤，再通过对物探成果判断确定溶洞处理的方案。

（2） 溶洞位置、尺寸及填充物对隧道结构的影响程度存在明显的差异，针对不同位置、尺寸及填充物的溶洞，应该有不同的处理方法。其中针对不同填充程度的溶洞，因确定不同的注浆方案。

（3） 注浆施工过程中结合生产性试验注浆结果，可合理控制岩溶范围注浆量。由于岩溶发育范围较大且较深，注浆加固造价较高，前期生产性试验可有效控制工程费用。

（4） 通过岩溶区段之前的区段作为盾构岩溶施工的试验段，不断优化盾构推进参数控制地表变形，减少对周边环境的影响，根据正面土压力，紧密结合地表变形监测，及时调整盾构掘进参数，将施工后地表变形量控制在最小范围内。根据地层情况合理制定施工参数，如刀盘转速，土仓压力，注浆压力以及掘进速度等。确保开挖面的土压力平衡，减少开挖面土体的坍塌、变形以及土层损失。

（5） 岩溶处理施工过程中还可能面临邻近地下管线施工风险、钻孔掉钻及成孔过程中遇到大溶洞发生塌孔、注浆时严重跑浆、地下水及岩溶水风险、未探明未处理岩溶隐伏风险、溶洞串联发育风险、盾构掘进风险等，在施工前应提前做好应急预案。