3、城市轨道交通区间隧道岩溶处理施工技术探讨

城市轨道交通区间隧道岩溶处理施工技术探讨

（武汉市汉阳市政建设集团公司曾凡龙付晓阳）

摘要：为解决盾构在地铁隧道掘进过程穿越岩溶区域技术难题，结合武汉市地铁2号线洪山广场—中南路区间岩溶地质分布情况及在盾构推进对岩溶区域的处理方法、盾构机性能改进及掘进采取的技术措施等方面进行探讨，为武汉地区类似工程提供参考和借鉴。

关键词：地铁隧道、岩溶处理、盾构机性能改进

一、工程概况

1、设计概况

武汉地铁二号线一期工程洪山广场站～中南路站区间基本沿中南路道路中心布置，洪山广场站与中南路站均为二号线和四号线换乘站。二号线区间线路总长705m（双线），四号线区间线路总长709m（双线）。区间采用盾构法施工。

洪山广场站～中南路站区间线路平面图

2、地质条件

（1）主要地层分布情况：

洪山广场站～中南路站区间二号线右线主要穿越（10-2）层碎石粘土、(11-1) 粉砂、(11-2a) 粉质粘土、(16a-3)石灰岩、（18b-2）泥灰岩、（18c-2）泥岩、（18d-2）石灰岩、（18b-4）溶洞，四号线右线主要穿越(7-2) 粉质粘土、（10-2）层碎石粘土、(11-1) 粉砂、（18b-2）泥灰岩、（18c-2）泥岩、（18d-2）石灰岩层、（18b-4）溶洞。

溶洞

溶洞

洪山广场—中南路隧道区间地质断面图

（2）岩溶分布情况：

在洪山广场北面100m的炭质灰岩（地层代号17c）及广场南面400m范围内的灰岩、泥质灰岩（地层代号16a、18d、18b）中存在岩溶。从广场南、北遇见可溶性碳酸盐类岩石的18个钻孔中，有8个钻孔遇到溶洞，见洞率占44.4％，洞高范围为0.70～3.30m。其中，广场以北的溶洞标高一般在11.74～5.84m之间，基本为全充填，钻探时未见漏水现象；广场以南的溶洞标高一般在7.78～-2.02m之间，为半充填或空洞，钻探时有漏水现象，岩溶水水量较大。

二、岩溶处理必要性

1、尽量避免盾构机突陷等事故及隧道结构后期沉降过大。盾构机本体重320t，长12m，其重心约在前3.2m处。掘进时隧道底部若突现大于3.2m 以上的空洞或极软弱地层可能致使盾构机栽头或陷落。

2、防止地表塌陷和过大沉降。隧道洞身周围3m范围内的溶洞要密实充填并注浆固结，有利于建立土压平衡，防止坍塌，要对处理区与外界开放连通的主要地下水裂隙通道进行封闭，防止大量失水以减少地表沉降。

3、满足永久隧道结构的承载力、变形、防水要求。溶洞填充物和灰岩承载力有很大的差别。通过对地层进行处理，提高填充物的承载力，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。

三、补充勘察

在溶洞的地段区域进行地铁隧道施工时，应综合考虑该地区的溶洞类型、分布、所属岩层的稳定性、以及地下水文情况等各种相关因素[1]，为确保探明溶洞的分布与填充状况，在工程初勘和详勘工作成果基础上，采用以钻探为主，多种方法联合运用相互验证的综合探测方案。

首先采用高密度电阻率法进行地面物探，总体探查溶洞分布情况。然后在地面物探工作基础上，利用部分加密钻孔，采用电磁波深孔CT剖切面勘查，判断溶洞边界。然后结合溶洞注浆孔布置，进行加密钻孔，直观掌握溶洞及充填物状况。

1、补勘范围：二号线起点里程ZK18+705.210—ZK19+055.210）350m范围，四号线起点里程ZK18 + 775.375—ZK19 + 282.394）350m范围，即洪山广场至中南二路之间。

2、补勘点数为17个，位置均在中南路面上，具体点位见下图（考虑到中南路交通情况补充勘察孔发现溶洞，将该勘察孔作为底面注浆孔，避免二次钻孔）。

洪中隧道区间线路补勘布点图

3、岩溶发育情况具体如下表：

钻孔编号溶洞发育

深度（m）

标高（m）

洞高

（m）

充填情况

Jz4-Ⅲ06-XH-15 21.50-22.80 11.7-10.44 1.30

全充填可塑粘性土夹

碎石

26.40-27.40 6.84-5.84 1.00

全充填流塑粘性土夹

碎石

Jc4-Ⅲ06-XH-15t 23.70-24.80 9.52-8.42 1.10

全充填可塑粘性土夹

碎石

Jz4-Ⅲ06-HZ-03 26.80-28.80 5.51-3.51 2.00

半充填可塑粘性土夹

碎石，漏水

Jz4-Ⅲ06-HZ-04 23.50-24.00 9.12-8.62 0.50

半充填可塑粘性土夹

碎石，漏水

Jz4-Ⅲ

06-HZ-05

32.00-32.70 0.78-0.08 0.70 空洞，钻探漏水

Jc4-Ⅲ06-HZ-05t 25.00-28.30 7.78-4.48 3.30

半充填流塑粘性土夹

碎石，漏水

Jz4-Ⅲ06-HZ-06 23.10-24.80 9.24-7.54 1.70

全充填硬塑粘性土夹

碎石

Jc4-Ⅲ06-HZ-07t 26.50-28.30 5.50-3.70 1.80

半充填可塑粘性土夹

碎石，漏水

Jz4-Ⅲ06-HZ-08 31.10-34.00 0.88--2.02 2.90

半充填软塑粘性土夹

碎石，漏水

四、岩溶处理范围

隧道底板以下5m内且位于隧道投影范围的溶土洞必须处理。对高风险区5m 外的溶洞按照后跨比（硬壳厚度／洞口高度）大于等于0.5可判定为安全不处理，否则处理。对隧道平面投影外的，在隧道范围3m外根据计算模型，按填充处理[2]。

盾构隧道地层加固示意图（单位：mm）

1、岩溶处理重点

岩溶处理重点为隧道下部填充物为淤泥、松散砂层、软塑状泥炭质粘土(承载力40～80kPa)的溶洞和无填充溶洞及半填充溶洞，处理深度为隧底5m。