27号进出线中间竖井岩溶处理方案综述

武汉市轨道交通27号线一期矿山法施工部分BT项目第二标段30处项目部
进出线中间竖井岩溶处理方案
CCMC
中煤三建（武汉）轨道交通建设管理有限公司
2015年12月
1、工程地质与水文条件
纸坊停车场出入场线RZK0+5（隧道端头ZK44+148）～RZK1+300为暗挖段，长度1295m，拟采用矿山法施工，RZK1+300～RZK1+460，长160m，拟采用明挖法施工。

据纸坊停车场出入场线段详勘岩土工程勘察报告，RAK0+300以后主要穿越青龙山区。

RAK0+50～RAK0+300段地表建筑物，主要以1～3层低层、4～7层多层建筑为主，基础类型主要为条形基础、人工挖孔桩；高层建筑主要为新开发的楼盘中建龙城14层，以及江夏实验中学，基础类型为筏板基础、钻孔桩基础。

2.2.1地形气象
江夏区属江汉平原向鄂南丘陵过渡地段。

地形特征是中部高，西靠长江，东向湖区缓斜。

北部为丘陵地形，呈东西向带状，横亘于网状平原和冲积平原之间，东部和西部为滨湖滨江平原，中部和北部有成片海拔150m左右的冈丘。

东、北、西南三面临湖。

纸坊停车场出入场线中部为剥蚀丘陵（青龙山），北侧垄岗状平原，东侧为丘陵坳谷。

地面高程40.5～105.6m。

隧道标高+15～+20m。

多年平均降雨量1204.5mm，最大年降雨量2107.1mm，最大月降雨量820.1mm （1987.6），最大日降雨量317.4mm（1959.6.9），最小年降雨量575.9mm，降雨一般集中在6～8月。

1、地层及围岩类型
暗埋段最大埋深约76m，最小埋深约9m。

隧道上覆盖层5.7～50m，以第四系人工填土及黏性土为主，局部夹角砾、碎石。

基岩
（1）第四系全新统地层
①素填土（1-1）：褐灰～黄褐色，潮湿～饱和，主要由黏性土组成，局部夹少量碎石、植物根茎。

主要呈硬塑状，层厚0.8～4.5m。

②杂填土(1-2)：褐黄、褐灰等杂色，潮湿～饱和，疏密不均，由黏性土与砖块、块碎石、混凝土等建筑垃圾混合而成。

层厚0.5～6.8m，较连续分布在道路、居民点表部，堆积年限一般小于20年。

③种植土(1-4)：褐黄、褐红色，潮湿～饱和，主要由黏性土组成，上部含少量植物根系等。

层厚0.5～2.0m，较连续分布于青龙山林区、农田等处。

（2）第四系中更新统地层
①粉质黏土(10-1)：褐黄色，灰褐色，硬塑，压缩性中等偏低，含铁锰质
结核及少量条带状高岭土，其厚度1.0～6.3m。

②粉质黏土夹碎石(10-2)：灰色，灰褐色，硬塑；中偏低压缩性，含铁锰质结核，质不均，砾石含量约20～30%，粒径0.5～2cm为主，个别可达6cm以上，砾石成分主要为石英砂岩、硅质岩等，棱角状；厚度0.8～17.9m，局部可达37.6m,主要分布在覆盖层中下部，分布不连续。

（3）第四系坡残积地层
①红黏土（13-2a）：褐红～褐黄色，呈湿、硬塑状，含铁锰质氧化物，局部含砾石，含量一般小于5%，砾石呈棱角～次棱角状，粒径一般在0.5～2.0cm 间，广泛发育于场区石灰岩分布区表层，层厚约为 1.0～19.4m,层顶埋深0～
34.8m。

②红黏土（13-2b）：褐红～褐黄色，湿、软～可塑状态，中偏高压缩性，含铁锰质氧化物，含少量碎石，碎石成份主要为石英砂岩，少量为灰岩、粉砂质泥岩，呈棱角～次棱角状，粒径一般在0.5～2.0cm间，含量一般小于5%，该层不连续分布于13-2a层下部灰岩岩面附近，层厚2.3～10.5m。

③红黏土夹碎石（13-2c）：褐红～褐黄色，主要呈硬塑状，局部可塑～软塑状，含铁锰质氧化物，碎石呈棱角～次棱角状，含量一般20～30%，在山前坳谷地带碎石相对富集，粒径一般在2～5cm间，个别可达10cm以上，野外露头局部夹漂石，最大可达1m以上，碎石成份主要为石英砂岩、硅质岩等，层厚1.5～
23.5 m。

④角砾（13-2e）：灰～灰褐色，饱和，中密～密实状；角砾含量约60～70%，粒径2～40mm为主，少量达5cm以上，棱角状，成分主要为砂岩、灰岩，充填物为粗砂及黏性土。

零星分布于覆盖层底部，层厚3.0～26.3m。

⑤碎石（13-2f）：灰色，饱和，中密；碎石含量约60%，粒径2～4cm为主，个别大于8cm，碎石成份主要为石英砂岩、硅质岩，主要由粉质黏土充填。

零星分布于覆盖层底部，层厚2.0～8.0m。

⑥角砾（煤）（13-3）：灰黑色，饱和，密实；主要为坡积的炭质泥岩、泥灰岩质碎石角砾及泥状煤等，岩芯呈1-5cm角砾状。

该层零星分布于覆盖层底部，主要分布于岩面低洼处，局部厚度大于25m。

⑦残积黏性土：灰白色夹褐红色，褐黄色，可塑～硬塑，土质不均，含角砾，砾石含量约10～30%，成分主要为硅质岩、砂岩和泥岩，部分角砾风化成土状。

主要分布于RAK1+100～纸坊停车场区域，层厚变化大，层厚1.2～22.2 m，分布不连续。

（2）基岩
①强风化硅质岩（17c-1）
灰色，灰黑色，隐晶质结构，薄层状构造，岩性脆，岩石受风化影响严重，岩体结构、构造基本被破坏，岩体破碎。

分布在CRAK0+392～+677段基岩顶部，层厚3.0～10.7m， CRAK1+250附近也有个别钻孔揭露。

②中等风化硅质岩（17c-2）：深灰色，隐晶质结构，薄层状构造，岩性脆，节理裂隙发育，岩体破碎，属于较软岩。

分布在CRAK0+392～+677段基岩顶部，层厚0～1.4m。

③中等风化灰岩（17d-2）：深灰色，微晶结构，波状微纹中厚～厚层状构造，方解石脉总体发育，含少量生物碎屑，顶部见黑色硅质结核。

裂隙发育，倾角45°～65°，属硬质岩。

出入线段大部分区域均有分布。

④微风化灰岩（17d-3）：深灰色，微晶结构，波状微纹中厚～厚层状构造，方解石脉总体发育，含少量生物碎屑，顶部见黑色硅质结核。

裂隙不甚发育，属于硬质岩。

出入线段大部分区域均有分布。

（2）岩溶
①溶洞（21-1）：基本无充填，部分溶洞底部充填有少量溶蚀残块、黏性土等，顶板厚度为0.3～14.7m，洞高约为1.0～8.2m。

②岩溶充填物（21-2）：褐红、褐黄色，流塑～硬塑状，多含碎石，不均匀，碎石呈棱角～次棱角状，含量一般5～25%，粒径2～6cm为主，少量大于20cm，为本区段岩溶主要表现形式。

洞高约为0.2～13.0m。

③岩溶化灰岩（21-3b）：微晶结构，层状构造；岩质较硬，岩溶裂隙发育，岩体破碎，取出岩芯多呈碎块状及不规则柱状，岩体仍具有一定强度，但完整性较差，透水性中等，工程性质较中微风化基岩大幅度降低。

（3）隧道综合围岩分级
表1.1 隧道综合围岩分级表
2.2.2构造
出入场线段穿越青龙山向斜，RAK0+5～+500段位于向斜北翼，RAK0+500～RAK1+300为向斜南翼。

地质构造较复杂。

倾角0°～25°。

穿越地层主要为二叠系灰岩，局部岩溶较发育，岩溶以垂向发育为主。

武汉位于华中地震区的中西部地震分区内，该分区属我国东部大陆地震活动的中强地震区，区域内地震的复发周期长，一般以中级地震或震群活动为主。

2.2.3水文地质
一般在5～9月降水量丰富，地下水水位高，水量较大，10～4月降水量较少，地下水水位较低，水量相对较小。

青龙山南侧志留系粉砂质泥岩分布区为场区地表水及地下水分水岭，分水岭北侧地下水向北渗流排泄，排泄区主要为地势低洼的青龙水库，青龙山北侧山体区域受山顶水塘入渗影响，地下水位局部略高。

RAK0+500～RAK1+100段东侧200m有鱼塘，西侧约300m处水库，水位季节性变化较大，旱季时干涸。

正常对隧道施工影响较小，若遇到导水性良好的岩溶管道，可能成为补给水源。

RAK0+148～+380,RAK0+900～RAK1+150段为承压岩溶水区，年水位变幅一般3～8m；RAK0+380～+900为潜水岩溶水分布区，年水位变幅较大，雨季强降水水位上升可能大于20m；RAK1+150～+300段为残坡积区，水位埋深多在25～30m，周围地势较高，该段岩面低洼，年水位变化幅度较大。

地下水划分为上层滞水、松散岩类孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水四种类型。

（1）上层滞水：主要赋存于填土层中，其含水与透水性取决于填土的类型。

上层滞水的水位连续性差，无统一的自由水面，接受大气降水和供、排水管道渗漏水垂直下渗补给，水量有限。

勘察期间，测得上层滞水水位埋深0.5～2m。

（2）松散岩类孔隙水：第四系松散地层中孔隙水主要赋存红黏土下方的13-2e、13-2f、13-2g角砾、碎石层及角砾（煤）中，含水层厚度一般1.3～26.3m。

由于13-2e、13-2f、13-2g层多呈透镜体状分布，含水层较为封闭，补给相对困难。

（3 ）基岩裂隙水：赋存于强～中等风化灰岩裂隙中，由上覆含水层下渗补给。

（4 ）岩溶水：主要赋存于二叠系灰岩溶沟、溶槽或溶洞中。

因灰岩顶部一般有较厚的黏土隔水层，大气降水不易渗入补给地下水，以接受相邻的基岩裂隙水补给为主，岩溶水水量一般～中等。

水位埋深2.0～60.0m，在青龙山山前及山区局部区域具有承压性，另外由于场区岩溶较发育，岩溶形态复杂、充填物性质多变。

不排除部分地段有较好的储水构造和入渗补给条件。

表1.2预计涌水量表
预计正常涌水量120m3/h，最大167m3/h。

2.2.4地质隐患及措施
(1) 溶洞弱～中等发育，线岩溶率13.7％。

岩溶多呈串珠状，岩溶裂隙较发育。

揭示的单个溶洞或岩溶充填物洞高多为1～6m，最大的可达24m，有突水突泥、底板塌陷、土洞充填物冒落等隐患，采取物探和钻探配合，先探后掘。

钻探下套管5m，前方超前距10m，帮部底板控制范围5m。

(2) 对底板溶洞充填注浆、换填加固。

对顶板帮部溶洞超前支护，换注浆、换填。

防止涌水、抽排产生地面塌陷，造成周围建(构)筑物破坏或拉裂等。

(3) RAK0+300～＋800附近通过向斜核部，节理裂隙发育，岩体破碎。

向斜核部为储水构造，水量较大，岩溶发育，本段施工时的地质风险较大。

(4) 暴雨季节岩溶水水量会较大。

加强地面观测、涌水量观测，制定应急预案。

(5) 未发现有害气体，但地质条件具备局部有害气体的可能性。

施工过程中加强通风。

(6) 加强隧道结构及既有建构筑物的监控量测，根据监测结果和实际地层条件，进行信息化施工，下穿、侧穿重要的建构筑物时宜采用超前大管棚减小拱顶围岩地层变形。

2岩溶处理目的
2.1 确保结构施工期间安全。

本竖井采用明挖法进行施工，随着施工期间围护结构的施工，溶洞的边界条件发生改变，溶洞的力学性质随之变化，通过对溶洞进行预注浆处理，充填溶洞，使溶洞力学性能得以改善，保证结构施工期间安全；
2.2 满足永久结构的承载力、变形。

溶隙和溶洞填充物性质较弱，随着时间的推移，并受周边的环境变化以及地下水活动的影响，很可能出现洞体坍塌现象。

通过对溶洞进行压密充填处理，提高溶隙和溶洞填充物的长期承载力；
2.3 降低施工期间突水、突泥事件发生的机率。

明挖法施工部分，部分岩溶中可能充填水和粘土碎石充填物，随着施工期间围护结构的施工，岩溶可能造成基坑侧面及底面突水、突泥事件的发生。

通过对浅层、薄板溶洞的充填加固处理，相当于增加溶洞上覆土体厚度，从而降低突水、突泥事件的机率；
2.4 防止地表塌陷和过大沉降。

位于隧道顶的部分溶洞，其填充物为淤泥、砂层和粘土，而隧道底为中、微风化石灰岩，是典型的上软下硬地层。

不少溶洞呈串珠状分布于隧道工作面范围，由于溶洞夹板为岩层，难以形成土压平衡掘进模式。

通过处理，使隧道顶的地层和工作面土体能保持稳定，防止拱顶坍塌和工作面土体流失，减少地表沉降；
2.5 满足永久隧道结构的承载力、变形、防水要求。

溶洞填充物和灰岩地层承载力有很大的差别，通过地层处理可提高该处地层的承载力，减小不同地层之间的差异沉降，减少管片渗漏，以满足地铁正常运营要求。

3岩溶处理的原则
根据本标段工程地质和水文地质资料以及有关规范、规程的建议，并结合《武汉市轨道交通7号线一期工程岩溶处理专项设计技术要求》及专家意见，本区段岩溶处理原则如下：
3.1 溶洞处理需在围护结构施工前进行，处理完毕经过相关地基检验合格之后方可进行围护结构施工；
3.2 围护桩每隔一根桩进行超前钻孔验证，钻孔深度至竖井底收下不小于6m，若发现溶洞，需要对临近桩基进行钻孔验证并处理，直到找到溶洞边界为止；
3.3 对需要进行处理范围内详勘溶洞进行加密钻孔验证，对影响竖井围护桩受力及使用的溶洞需要进行处理，处理范围包括溶洞本身，溶洞顶、底板岩土分界面的岩体；
3.4 竖井锚杆施工时兼作探查溶洞作用，发现遗漏溶洞及时进行注浆处理。

4岩溶处理方法
通过比较，对不同的溶洞采取不同的处理方法。

4.1无填充溶洞和半填充溶洞
对大于2m的无填充或半填充溶洞，先采用高压风投砂充填空洞，再采用注浆加固。

投砂时，将原探测到空洞的钻孔作为出气孔，投砂后再利用此孔进行注浆。

投砂处理方法是在原钻孔附近（约0.6m）补钻2个Ф127 投砂孔，孔心与原钻孔
中心需成一直线，投砂后的注浆加固方法见4.2节。

本工程共有7个大于2m的无填充溶洞需要处理；对小于2m的无填充或半填充溶洞，则采用注浆填充。

4.2全填充溶洞
采用压力注浆法填充加固，压力逐渐增大，间歇并反复压浆。

①所有新增注浆孔以及线路中线上已探明溶洞的钻孔均采用袖阀管注浆，其它钻孔采用花管注浆；②注浆材料：周边孔为纯水泥浆+速凝剂，中央孔为纯水泥浆；③注浆压力和注浆量：周边孔以相对小压力（0.2～1.0MPa）、多次数（3～4次）、较大量控制，中央孔压力按0.8～2.0MPa控制，注浆3次；④注浆扩散半径：填充物为粘土、粉质粘土和泥炭质土的为1.5m，填充物为砂、碎块的为2～2.5m；⑤注浆间歇6～10h。

具体施工方案详见附页。

5施工注意事项
5.1 单个溶洞投石量或注浆量大于75m3时，立即召集各方现场共同协商处理。

5.2 在岩溶区施做钻孔，若发生掉钻或钻孔塌陷事件，就进行详细记录并及时报告相关单位协同处理。

5.3 竖井结构开挖施工中，应严格做好施工地质勘察，以动态优化设计方案。

5.4 对于岩溶裂隙水，考虑采用集中明排方式进行处理，对于局部岩溶裂隙水水量较大或基底出现涌水涌泥现象，经业主、设计、监理等单位协商决定，可采取其他方式进行处理。

5.5 在基坑开挖过程中，应该对基坑周围内的溶洞情况进行持续性监测，对于开挖过程中发现影响竖井围护结构施工的溶洞就及时进行处理和补强措施。