明挖地铁车站在岩溶地区处理措施

明挖地铁车站在岩溶地区处理措施
摘要：岩溶地区的发育有溶洞、土洞、溶沟、溶槽及岩溶坍塌区等不良地质体；在岩溶地区进行基坑开挖容易产生突、涌水的风险；岩溶地区所发育的溶、土洞在地下水及人类的工程活动作用下容易“活化”产生坍塌等地质灾害。

关键词：地铁车站明挖基坑岩溶地区
Abstract: the development of karst area have cave, holes,, troughsond and karst collapse poor geographical area; In the karst area for foundation pit excavation easy to produce the axon, water gushing risk; Karst area in the development of dissolved, holes in the underground water and human engineering activities under the role of easy to “activate” produce geological ha zards, such as collapse.
Key words: the subway station Ming dig foundation pit the karst area
在浅埋岩溶强烈发育的地质条件下，在城市修建地铁明挖车站工程，在我国案例较少，暂无成熟的经验可循。

鉴于此，设计、施工、运营各环节都必须有足够的风险意识，必须保证有足够的安全投入。

不仅要保证施工本身的安全，而且还要考虑施工中可能发生的地面沉降引起的工程周边地面建构筑物开裂等难以避免的风险对城市运作、周边居民生活的影响。

岩溶地区的发育有溶洞、土洞、溶沟、溶槽及岩溶坍塌区等不良地质体；在岩溶地区进行基坑开挖容易产生突、涌水的风险；岩溶地区所发育的溶、土洞在地下水及人类的工程活动作用下容易“活化”产生坍塌等地质灾害。

由此岩溶处理设计的主要目的：针对岩溶地区所存在的不良地质及地质风险制定相宜处理措施，确保地铁车站在施工期的安全及运营期的结构稳定性。

1 对于明挖地铁车站岩溶处理的主要目的
1）减小围护结构在施工时产生坍塌的风险。

2）预防土洞在地下水作用下迅速发展的风险，减小后期运营的风险。

预防未查明的溶洞、岩溶通道在基坑开挖时的突、涌水对基坑及周边建、构筑物的破坏，提高砂土地基抗岩溶局部坍塌的能力，提高车站结构的安全性。

2 明挖地铁车站溶（土）洞处理原则
1）对明挖结构应遵循岩溶处理、基底处理、围护结构、围护主体结构、
抗浮方案、施工期涌水及运营期风险防治方案等多方面协调统一考虑的原则。

2）影响工程安全的溶（土）洞均应处理。

工程影响范围内的非全填充土洞均应处理，对于全填充土洞应根据填充物性质、地基承载力、周边环境等情况确定处理方案。

3 明挖地铁车站溶（土）洞处理范围
在满足列车高速运行条件下地基承载力要求的基础上，应结合基底以上是否有稳定隔水层及隔水层厚度确定岩溶处理范围，一般情况下可参照以下要求执行：
对嵌岩的围护结构、处于嵌岩段的溶洞需采用注浆处理，防止围护结构施工时产生塌陷；
1）基底处于灰岩层段：
（1）处于基坑开挖深度内的浅层溶洞需提前注浆充填处理；
（2）底板以下2m 范围内的所有溶洞均处理。

2）基底处于砂土层段：
（1）底板以下、岩面以上有一定厚度、且较稳定的隔水层时，其下灰岩所发现的岩溶原则上不需要处理；
隔水层的厚度可根据基坑抗渗计算选取。

（2）基坑内隔水层厚度有变化时、可考虑设置“格栅”分区分别进行处理；
3）基底处于砂层时：
（1）基底砂层如已采用格栅状进行分隔处理时、原则上仅对已发现的具有开放性的溶洞及浅层溶洞进行处理；
浅层溶洞是指溶洞顶板厚度小于2m 溶洞。

（2）基底采用“水泥土墩柱”加固的基坑、需对墩柱间已发现的顶板厚度小于2m的溶洞进行处理；
4）基底分别处于基岩或砂土层时：
（1）布设格栅进行分区处理；
（2）分区处理方法参照上述2、3、4条。

设计单位应针对具体工程进行岩溶风险分析，在风险分析的基础上，按照已有的计算理论及方法对处理范围进行复核，理论分析不能取代工程类比。

4 明挖地铁车站溶（土）洞处理措施
溶（土)洞采用充填注浆的方法进行处理:
（1）充填压力需根据溶（土）洞的充填情况进行调整；未填充溶（土）洞采用水泥砂浆进行注浆充填; 对于全填充溶（土）洞应根据填充物的情况确定是否处理。

（2）充填注浆需边注浆边摸查溶（土）洞的规模及处理后的状态；
摸查方法：根据注浆量及注浆孔所检测到的溶（土）洞洞径、初步估算溶（土）洞的规模后再向周边布设检查孔。

检查孔需注意检查溶洞的延展状况外、尚需检查注浆充填状况，发现注浆不饱满的需利用检查孔继续注浆。

（3）规模较大的溶洞、其范围已超出地铁结构设定的安全限界时，可先在安全限界钻孔、采用速凝浆控制边界、减法注浆的范围及注浆量。

（4）充填注浆需根据溶（土）洞所处的深度、地层条件分别采用振动沉管及钻孔埋管进行注浆。

A、埋深较浅、围岩为砂土层的土洞可采用振动沉管方式进行充填注浆；
B、溶洞需采用先成孔、后埋入注浆管、并注意封闭溶洞顶板及注浆管与孔壁间的间隙后才能注浆。

C、对于大于3m无填充溶、土洞和半填充溶、土洞（含特大溶洞），可采用Ø200的PVC套管注水泥砂浆。

对于非填充或半填充的较大溶洞，可采用泵送混凝土进行填充。

溶沟、溶槽及破碎带（含岩溶坍塌区）采用固结注浆进行处理；
固结注浆需采用“前进式”或“后退式”分段注浆，注浆深度需从地铁结构底板上3m 至地铁结构底板下不少于5m。

施工前应进行现场注浆试验，注浆参数根据试验情况进行调整。

注浆量和注浆有效范围通过现场试验确定。

5 岩溶地区明挖基坑的处理方法
岩溶地区明挖基坑的设计重点是：
（1）支护结构的选型；
A、围护结构的选型应根据具体地质条件，按不同结构型式进行综合比选。

B、基坑围护结构尽量采用非嵌岩的桩（墙），减少对基底灰岩的扰动与破坏。

C、可通过增设支撑，减少围护结构的嵌固深度。

若围护结构需进入灰岩，建议以进入0.5～1m为宜，外围如有岩溶与基坑开挖深度内的岩溶连通，可考虑注浆截断水力联系。

D、地下连续墙施工，应根据岩面起伏情况，分段分别进行有针对性的设计与施工。

E、城区内的基坑、第一、二道支撑宜采用钢筋混凝土，加强支护结构的整体性，防止岩溶局部坍塌对周边建构筑物的影响。

（2）防止基坑开挖时基底涌水；
（3）防止未查明及处理的岩溶在运营期坍塌对地铁结构的损坏；
防止溶（土）洞对地铁结构安全影响的措施可采用以下几种方法：
（1）水泥土墩约束塌陷漏斗扩散半径法：
采用水泥土墩约束塌陷漏斗扩散半径法，土墩柱的大小（长×宽）应视底板至岩面的距离、底板土层的特性以及结构重量、刚度等调整。

主要技术处理措施的布置方案可考虑格栅状布置。

当基底至岩面距离小于0.5m～1m时，应优先考虑换填。

（2）设置地下桥
按地铁结构的跨距布置一定的跨径施工钻（冲、旋挖）孔桩，桩上做帽梁，形成支托地铁结构的支承体系。

（3）抽条式格栅加固：
对基坑底的砂土层采用搅拌桩进行格栅状加固。

此方法不仅对保护地铁结构安全有利，而且对控制基坑开挖时的突涌水均有利。

上述四种方法可根据基坑开挖深度、基坑的工程地质条件及工程造价进行选取。

6 效果检验的方法
1）溶土洞充填注浆效果检查：
主要是检查填充率及密实程度，可考虑采用“二次压浆”方法进行检查填充率。

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。

3）对溶槽、溶沟、破碎带及砂层注浆加固效果检查：
建议以检查“固结状态”及“固结强度”进行评定；“固结状态”——按“土层取样”取样方式进行取样，样品“完整、不破碎”表明固结效果较好；样品“松散”、“碎块状”表明固结效果“差”及“较差”；“固结强度”——采用标贯法测定，标贯值达到“坚硬”状为优，“硬塑”状为合格。

4）地基承载力要求的可按下述检查方法与标准进行检测：
采用钻孔抽芯法，做抗压试验，要求28d无侧限抗压强度≥0.2MPa；采用随机原位标贯试验，标贯击数应不小于10击。

检测原则和数量：按1％孔数抽查，且不小于3点，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。

参考文献：
[1] TB10035-2002.铁路特殊路基设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2007
[2] TB10003-2005.铁路隧道设计规范[S] .北京：中国铁道出版社，2005
[3] 中华人民共和国铁道部.铁路隧道超前地质预报技术指南（行标）【2008】105号.中国铁道出版社. 2008.8
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。