广州地铁八号线北延段地铁盾构隧道岩溶处理设计

广州地铁八号线北延段地铁盾构隧道岩溶处理设计

发表时间：2017-07-20T16:09:28.713Z 来源：《防护工程》2017年第7期作者：周怡

[导读] 广州地铁八号线北延段聚龙站～平沙站盾构区间设计起、终点里程为Z(Y)DK23+428.700~Z(Y)DK23+675.600，区间隧道埋深较浅。广东省重工建筑设计院有限公司 510700

摘要：岩溶是隧道施工中经常遇到的一种不良地质现象。岩溶地质是对地铁盾构隧道的施工及建成后的运营维护都有较大影响。本文以广州地铁八号线北延段聚龙站~平沙站盾构区间岩溶处理设计为例，根据具体的工程和地质与水文地质资料，详细介绍岩溶处理的原则、方案及质量检测方法等内容。为今后类似隧道工程岩溶处理设计提供参考。

关键词：地铁；盾构隧道；岩溶处理

1 工程概况

广州地铁八号线北延段聚龙站～平沙站盾构区间设计起、终点里程为Z(Y)DK23+428.700~Z(Y)DK23+675.600，区间隧道埋深较浅，盾构隧道所穿越地层主要为冲洪积砂层和粉质粘土层。隧道下伏基岩主要为石炭系灰岩，局部揭露炭质灰岩，揭露岩溶、土洞，对盾构隧道施工和将来地铁运营的安全都有一定的风险。

2 工程地质及水文地质[1]

2.1工程地质

区间沿线主要为珠江三角洲冲洪积平原地貌。覆盖层发育特征是冲洪积砂层、土层发育，厚度较大，揭露风化深槽。沿线所揭露地层有填土、中粗砂、砾砂、粉质粘土、残积粉质粘土、全风化炭质灰岩、强风化炭质灰岩、中风化炭质灰岩、中风化灰岩、微风化灰岩。

区间石炭系地层岩溶较发育，岩溶见洞率31.0%，土洞见洞率为3.45%，平均的线性岩溶率为21.99%。属于岩溶强发育区段，有土洞发育。灰岩地层由于溶蚀作用造成岩面起伏变化大，岩土层交界面附近发育土洞，岩层表层和上部溶沟、溶槽、溶隙及溶洞等发育强烈，岩溶及土洞发育规律性差，呈无序状态，其形态特征、规模和分布范围难以确定。

2.2水文地质

地下水位变化主要受气候的控制，年变化幅度2.00～3.00m，同时在地表水道附近地下水亦会随珠江潮汐水位涨落而起伏变化。

地下水按赋存方式划分为第四系松散层孔隙水、岩溶裂隙水两种类型。第四系松散层孔隙水主要赋存于冲洪积中粗砂和砾砂中。岩溶裂隙水主要赋存在区间石炭系灰岩中，溶蚀裂隙和溶洞发育，水量中等～丰富，具承压性。溶洞、溶蚀裂隙发育很不均匀，裂隙、溶蚀及溶洞不太发育的部位，岩层透水性一般较弱；溶蚀及裂隙发育的部位，透水性一般中等，溶洞发育的部位透水性一般较强，有较大涌水的可能。

3 岩溶（土洞）处理的原则

盾构隧道岩溶处理应遵循以地面、机（盾构机）内预处理相结合为主，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。

4 岩溶（土洞）处理方案

4.1 处理目的[2]

1）降低盾构施工的“栽头”、“陷落”、地表沉降过大或坍塌的风险

2）预防溶（土）洞的坍塌，减小后期运营风险

4.2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，溶（土）洞的处理范围应根据岩面以上土层性质、岩体的特性、溶洞的填充情况等综合判断，一般情况下可参照以下要求执行：

1）所有勘察资料揭露的工程影响范围内的土洞必须处理。

2）隧道底为灰岩：结构轮廓外放1米后，隧道底板下2米内溶洞必须处理。

3）隧道位于砂土层：

（1）隧道仰拱底有较稳定的隔水层（粘土、粉质粘土）、其厚度大于2m时、隔水层以下的岩溶可不作处理；

（2）隧道仰拱底下均为砂层及无稳定隔水层时、隧道结构轮廓外放3m后，隧道底板以下2m内溶（土）洞必须处理。

4.3溶（土）洞处理措施[3] [4]

1）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）洞若填充物为软塑或流塑的，应进行处理。

（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。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、减少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?200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。

2）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。

5、岩溶（土洞）处理施工顺序要点

1、溶（土）洞处理的施工顺序应遵循：探边界——注浆充填——注浆效果监测。

2、注浆施工时，应先施做外排止水、止浆帷幕，将处理范围内溶（土）洞与外界洞体隔离，再处理中间区域。若在周边孔注第一次浆时，注浆量已较多，压力达不到设计要求时，周边孔与中央孔可交替注浆。

6、岩溶（土洞）施工处理中各种突发事件的应急措施

1、成孔过程中遇到大溶洞发生塌孔

a）如果在施工中遇到大溶洞后，如果塌孔不严重，回填片石+粘土块混合料。

b）如有整个孔坍塌，待坍塌稳定后，用粘土回填孔内至地表，压实后进行溶洞预处理，处理方法与溶洞处理方法相同。溶洞预处理完后，再重新进行造孔。

2、溶、土洞注浆时严重跑浆

a）如果在由下注到上部时，发现注浆压力没有变化或由大变小，注浆一段时间后压力上不来，且注浆量远远大于计算量，则可以判断为该溶、土洞为开放性溶、土洞。

b）重新对溶洞边界进行探测，确定边界后，在周边再采用双液浆（水泥浆+水玻璃浆液，1：0.5～1：1）注一道止水帷幕，止水帷幕采用间歇、分次压浆，间歇时间6～10小时，分1～4次压浆。

c）施工止水帷幕后，再进行由外向内进行跳孔注浆。

3、现场实施过程中如有因大溶洞出现大面积塌方时，或在实施前已探明有大溶洞或预计可能出现大面积塌方时，施工单位应迅速与有关部门联系，现场采用其相应对策进行补救。

7、处理质量检测方法及标准

1）溶（土）洞充填注浆效果检验

主要是检查填充率及密实程度。可考虑采用“二次压浆”方法检查填充率；采用标贯法测定密实程度，标贯值达到“坚硬”状土为优，“硬塑”状土为合格；

2）注浆加固效果检查

对溶槽、溶沟、破碎带及砂层注浆加固效果检查建议以 “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；

3）有地基承载力要求的可按下述检查方法与标准进行检测：

(1）采用钻孔抽芯法，做抗压试验，要求28d无侧限抗压强度≥0.2MPa；

(2）采用随机原位标贯试验，标贯击数应不小于10击。

8、结论

地铁盾构区间岩溶处理需要根据工程地质、水文地质及岩溶发育情况和填充情况等进行因地制宜的设计和选择合理的施工方法。根据不同情况采用合理的处理措施，对确保盾构施工安全和保证地铁正常运营有重要意义。

参考文献

[1] 广州市轨道交通八号线北延段工程（聚龙站-平沙站区间）详细勘察阶段岩土工程勘察报告[R].广州:地铁设计研究院有限公司,2013.

[2]廖景.岩溶地层对地铁工程影响分析与处理[D].华南理工大学,2006.39-40.

[3]谢琪.广州地铁在岩溶地区溶洞治理方案的实施与探讨[J].工程建设与管理,2007.

[4]吕延豪.地铁盾构区间穿越溶、土洞区域加固处理设计[J].铁道勘测与设计,2007(4):8—20.