岩溶地区溶洞处理原则及方法的选择

岩溶地区溶洞处理原则及方法的选择
摘要：目前轨道交通已为人们出行最重要的交通方式，但在我国西南、华南地
区存在大量的岩溶发育区，地层长期作用，易形成溶槽、溶洞，轨道交通线路穿
越岩溶发育区不可预见性和风险性极大，给岩溶勘察和地铁施工都带来了极大的
困难和风险，本文以深圳地区具体地铁项目为依据，探讨岩溶处理原则及方法，
以供参阅。

1.岩溶发育概况及风险分析
1.1岩溶发育概况
岩溶段地貌单元类型有冲洪积平原、台地和丘陵上覆第四系黏性土层、砂层，下伏可溶性岩为灰岩、碎屑灰岩。

发育溶洞，为无充填、半填充、全充填三种，
全充填溶洞内被软～可塑状的黏性土充填，部分充填物中含较多碎石。

地下水以
水平运动为主，岩溶发育以水平发育为主，地下水垂直入渗较弱，上覆土层产生
土洞的机率较小。

地下水对钢筋混凝土结构具微~弱腐蚀性。

属覆盖型岩溶，岩
溶形态主要有溶洞、土洞、溶沟溶槽、溶蚀裂隙、溶孔等，本场地内岩溶形态以
溶洞为主。

岩溶形成的条件主要分为以下三方面：1）可溶性2）岩透水性3）水
具有溶蚀力（含CO2），且水必须具有流动性[1]。

1.2岩溶风险分析
1、地铁施工阶段
（1）富水环境施工可能引起的突水、突泥问题，造成水源流失、地面塌陷和环境恶化等风险。

（2）围护结构及立柱桩施工可能诱发岩溶区地面塌陷，围护结构及立柱桩底可能下沉可能引基坑开挖的纵、横向失稳。

（3）影响地基的承载力，盾构施工可能造成盾构机“栽头”、地面沉降过大或
坍塌等风险。

（4）注浆加固施工时岩溶水的富水性及流动性可能造成浆液稀释、分散，加固效果无法保证。

（5）施工过程中存在歪斜、卡锤、掉锤、漏浆等问题，围护结构及立柱桩如需入岩，施工难度较大、工期较长。

2、地铁运营阶段
（1）运营过程中溶（土）洞的坍塌、差异沉降等影响地铁运营安全的风险。

（2）结构下沉、托空造成开裂可能引起渗漏水，影响地铁正常使用的风险。

（3）岩溶区地下水中可溶性物质对地下结构的腐蚀损伤，影响地铁的使用寿命。

2.岩溶处理原则及处理范围
2.1岩溶处理原则
1、总体原则
（1）岩溶区地铁设计应按照安全第一的原则，设计中应首先考虑调整路由及埋深，规避或降低岩溶区地铁建设及运营风险，对于线路无法规避的岩溶区应采取
合理的施工方法及处理措施进行岩溶处理。

（2）对明挖结构应遵循岩溶处理、基底处理、围护结构、主体结构、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。

（3）盾构隧道岩溶处理应遵循以地面预处理为主，机（盾构机）内、洞内预留
措施处理为辅的原则，防止盾构施工的“栽头”、“陷落”、地表沉降过大或坍塌的
事故的发生，降低工后差异沉降，满足运营安全。

2、盾构区间岩溶处理设计原则
（1）区间隧道对已发现溶（土）洞应优先采用地面注浆预处理。

如采用洞内处理，需进行全断面（帷幕）超前预注浆施工。

（2）灰岩地区盾构管片设计时，标准块应设置2孔用于运营阶段的岩溶处理预留注浆孔。

注浆孔预留应考虑道床结构、管片拼装等情况，做好相应的预埋预留，确保预留注浆孔的正常使用。

（3）对于区间盾构位于上软下硬地层且土岩分界面以上土层为碎石、砂等强富水、强透水地层时，可采用全断面加固。

（4）鉴于岩溶地质的复杂性，从提高盾构施工及运营阶段的安全考虑，可结合计算结果及工程经验适当增加管片含钢量。

（5）区间下穿河道时应分析地表水与地下水的水力联系，制定可靠的专项设计方案。

2.2岩溶处理范围
2.2.1车站主体岩溶处理范围
2.2.2盾构区间岩溶处理范围
在满足地基承载力要求的基础上，应结合溶洞的发育形态规模、稳定岩面顶板的高度、覆跨比等确定岩溶处理范围，一般情况下可参照以下要求执行：（1）隧道洞身范围内、隧道顶板及两侧外放3m、隧道底板以下5m内溶洞必须处理。

（2）底板以下5~10m范围内的溶洞，溶洞稳定岩面顶板高度小于3m或覆跨比小于1的溶洞，需进行处理。

（3）对于确定需进行处理溶洞以下的“串珠状”溶洞，当需处理溶洞与其下伏溶洞之间完整基岩层厚度小于0.5m时，宜进行处理。

（4）鉴于溶（土）洞发育的不确定性，隧底以下存在上述处理范围之外的土洞或特大型溶洞（≥5m）时，需召开专题会议会同各方研究确定是否处理及相应处理方案，以满足施工及后期运营安全。

3.岩溶处理方案
3.1.岩溶处理方法
岩溶区地基处理应综合考虑场地工程地质条件、周边环境、工程类型、基坑支护结构以及施工工艺等因素，选择适宜的地基处理措施。

岩溶地区可采用强夯法、充填法、注浆法、疏导、封堵、镶补、网喷锚及其联合加固、锚固、地下桥法、加强结构纵向刚度法、跨越法、桩基穿越法、不入岩刚性桩墩法、水泥土墩法等方法进行地基处理。

对于地形地貌、工程地质、水文地质条件复杂及塌陷量大、影响范围大的地段，可采用多种方法综合处理。

本次主要讨论填充法和注浆法。

（1）充填法
充填法适用于无填充、半填充溶（土）洞、以及出露地表的溶沟（槽）、溶蚀（裂隙、漏斗）、落水洞的充填和石芽地基的嵌补。

充填材料可采用素土、灰土、砂砾、碎石、水泥砂浆、混凝土等，充填材料根据地层及处理效果要求等具体情况合理选用。

当基础下溶洞埋藏不深，其顶板又不稳定时，可破开顶板挖除松散充填物后进行充填处理，使荷载传给完整岩体。

当粘性土地基局部有石芽突出时，可将石芽凿去，回填素土，以调整地基变形。

当工程对地基承载力、变形及抗渗要求较高时，宜与注浆法等其他方法结合使用，满足工程要求。

（2）注
浆法
注浆法适用于隐伏溶（土）洞、深埋溶洞等岩溶地基处理和岩溶水治理。

在
溶（土）洞处理时，注浆法根据岩溶发育情况可与充填法综合使用。

对于全充填
溶洞也可采用旋喷加固。

（1）对岩溶区进行注浆处理可起到以下作用：
1）当注浆孔的间距较密时，密布的注浆孔在施工过程中可以揭露未发现的溶（土）洞，达到消除隐患的目的。

2）注浆可以充填洞穴，防止土洞塌陷，同时浆液扩散渗透，也可击破消除相邻（隐伏）土洞，达到（预）处理或降低塌陷的目的。

3）注浆浆液进入岩土界面可固结土体或破碎带，阻隔地下水与土洞的水力联系，从而阻止或延缓土洞的发生和发展。

4）注浆可以提高土体的密度，增强土体强度与稳定性；当岩溶顶板破碎、较薄或不稳定时，对岩溶注浆可封堵岩溶裂隙、充填洞穴、固化破碎带，提高溶洞
的整体性和稳定性，从而提高岩溶地基承载和抵抗变形能力。

（2）注浆材料基本要求
注浆材料一般分为单液浆、双液浆。

单液浆的材料可选用普通水泥浆、超细
水泥浆、TGRM水泥基注浆材料或其他特种注浆材料。

单液浆适用于一般溶洞的
注浆处理；双液浆一般用于大型溶洞的周边孔以及地质条件复杂岩溶区域的处理；当溶（土）洞较大、连通性较好或为串珠状溶洞时，单独采用注浆法对溶（土）洞进行加固处理，效果可能不理想，经济性较差。

可与充填法结合使用，结合具
体情况选用适当的充填注浆材料，对溶（土）洞进行加固处理。

4.结束语
地铁隧道穿越岩溶地层时，往往与地下发育、分布的各种规模岩溶、洞穴、
溶蚀现象等相遇，对隧道施工影响较大。

文本结合具体工程项目，针对上述问题，对岩溶的形成机理，处置方法进行了描述。

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参考文献
[1]工程地质[M]，北京：大学出版社2005 64-65?
[2]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011
[3]《岩溶地区建筑地基基础技术规范》DBJ/T15-136-2018广东省标。