昆明地铁区间施工中的溶洞处理研究

昆明地铁区间施工中的溶洞处理研究

发表时间：2016-09-01T10:45:51.353Z 来源：《基层建设》2015年7期作者：李贵仁

[导读] 摘要：城市地铁建设施工中经常面对各类地质条件，在很多地区，溶洞处理往往成为难题。

摘要：城市地铁建设施工中经常面对各类地质条件，在很多地区，溶洞处理往往成为难题。以昆明地铁施工为背景，该地区岩溶极其发育。通过前期勘察，分析岩溶形态及分布规律，再对其力学指标进行统计，结合周边施工环境进行处理方案的比选，最终选择适宜的处理方法和施工工法，并在施工实践后对处理措施进行总结，是溶洞处理研究中的一系列手段。

关键词：地铁；施工；溶洞；处理

1 引言

岩溶（或称喀斯特）指可溶性岩石经水的长期作用所形成的各种奇特地质形态。如石灰岩、泥灰岩、大理岩、石膏、盐岩受水作用可

形成溶洞、溶沟、暗河、落水洞等一系列形态（图1）。

1-石芽、石林；2-漏斗；3-落水洞；4-溶蚀裂隙；

5-塌陷洼地；6-溶沟、溶槽；7-暗河；8-溶洞；9-钟乳石

图1 岩溶岩层剖面图

根据填充情况，溶洞可分为：

（1）全空溶洞：溶洞内无任何填充物或者绝大部分空间被地下水充填。

（2）部分填充溶洞：溶洞内部分被淤泥或其他力学性质较差岩土填充。

（3）完全填充溶洞：溶洞被粉土、粘土或其他力学性质较好的岩土填充。

2 工程背景

昆明轨道交通北京路圆通街岩溶发育地段为圆通街站及圆通街站相临两半个盾构区间。

昆明北站～圆通街站、圆通街站～人民路站两个区间存在溶洞，以充填、半充填溶洞为主，充填物质主要为软塑状粘土、粉质粘土，局部夹碎石，详见表1。昆明北站站～圆通街站区间线路沿北京路（宽60m）走向，线间距14.0m，环城北路以北部分线路位于北京路东侧，环城北路以南部分线路位于北京路路中。区间线路两侧主要为居民住宅小区、商用楼，建筑层数2～12层不等，以10层以下居多，局部建有20层以上建筑。线路轨面埋深13.9～17.9m，结构主要穿越圆砾土层、（破碎）中风化灰岩层、全风化构造角砾岩层，区间右线全长630m，穿越的灰岩段长度约为265m，占区间总长的40%。圆通街站～人民路站区间线路沿北京路（宽60m）走向，线路位于北京路路中，线间距14.0m。区间线路两侧主要为居民住宅小区、商用楼，建筑层数2～12层不等，以10层以下居多，局部建有20层以上建筑。线路轨面埋深13.4～14.7m，结构主要穿越黏土层、（破碎）中风化灰岩层、全风化泥岩层、圆砾土层、粉土层，区间右线全长为583m，穿越的灰岩段长度约为102m，占区间总长的17%。

表1 区间及揭示溶洞情况表

区间地理位置见图2。

图2 拟建地铁地理位置图

3 勘察方法及工作量布置

按照《铁路工程勘察规范》（TB10012-2007），对车站、隧道岩溶发育地段应采用综合物探手段确定物性异常范围，并采用钻探手段加以验证。

按照《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999），复杂场地车站机动钻孔间距<25m，中等复杂场地区间30～

50m。

为提高地质资料的准确性，针对岩溶发育地段采用地质雷达法结合机动钻孔的综合勘探方法，并加大勘探密度，判定场区岩溶发育程度及形态特点。

布孔原则：车站勘探孔主要按建筑物轮廓线及围护结构内外侧2～3m位置布设，勘探孔间距距离一般约为10m，勘探深度约为车站底板以下完整基岩10m。

区间勘探孔沿轨道两侧边线对称布置，勘探点平均距约20m，控制性钻孔深度至隧道底板以下2.5倍隧道洞径，洞底以下10m完整基岩。

勘察结果表明，本区属隐伏岩溶区，可溶岩基本被覆盖，钻孔见洞率约为82%。溶洞垂直方向主要分布在：标高1868.70～1886.99m，埋深：5.20～24.00 m，洞高：0.90～21.60ｍ，高度小于2.00m 约为40％，2.0～5.0m约30％个，大于5.00m约为30％，最大溶洞21.60ｍ。溶洞多数被充填，充填物为软塑状～可塑状粉质粘土，部分为圆砾土夹砂充填，局部夹碎石，部分溶洞呈半边状、串珠状分布，钻探过程中揭露有3个空溶洞。钻进过程中均漏水，不返水。

4 物理力学指标统计

该地段岩石物理力学指标详见表2。

表2 岩石物理力学指标统计表

5 区间溶洞处理措施

5.1 区间常用工法介绍

目前，国内外城市地铁区间施工较为成熟的方法有盾构法、明挖法、矿山法。（1）盾构法

盾构法在国内地铁中得到了较为成功的应用，该法施工对周围建筑及地面变形控制较好、施工速度快，施工环境好，且随着盾构机制造技术的成熟，盾构隧道的造价已接近甚至低于矿山法隧道或明挖法隧道。

盾构机设备复杂、价格昂贵，在不利的地层条件下，对其选型须慎重。另外盾构法不适用于结构尺寸复杂多变地段的隧道施工，如渡线段、存车线地段等。

（2）明挖法

明挖法是一种便捷的施工方法，它适用各种不同的地质条件，施工工艺简单，技术成熟，施工安全，质量可靠。其缺点是施工时对周围环境和交通影响较大，且在隧道较深的情况下施工风险较大，工程造价较高。一般而言，明挖法主要用于当隧道埋深较浅，且地面有足够的施工场地的地段，在基坑开挖范围内无重要的市政管线或市政管线可以临时改移，城市道路交通流量不大或当需要封闭道路交通时有临时改道条件，特别是盾构工作井、隧道洞口地段覆土较浅处等地段，均适宜采用明挖法施工。

（3）矿山法

矿山法适用于隧道埋深较深，地质情况较好，地下水含量小或地下水位较低的情况。矿山法施工对地层变化的适应性强，技术成熟，工法简单，施工对周边环境、地下管线和交通的影响较小。当隧道围岩松散、地下水含量大或地下水位较高时，须采取降水、注浆加固等辅助施工措施。施工所产生的地表沉降量也较大，工期较长，施工的安全性较差，投资的可控性差。

5.2 施工工法比选

对非隐伏岩溶区而言，上述三种工法各有优缺点，各工法的优缺点详表5。表5 施工方法分析比较表