城市轨道交通长大明挖基坑岩溶处理施工技术

摘要：针对广州地区岩溶工程地质和水文地质特征，广州市轨道交通长大明挖基坑以结构底板底距基岩面距离及土层情况划分高、低风险区：底板底以下深度10米范围内侵入基岩面为高风险区，10米范围内未见基岩为低风险区。对详勘揭示的所有土洞及高风险区溶洞采用“充填为主、桩基辅助”的原则进行处理，然后施做水泥土墩柱分区对土洞进行隔离，以限制土洞的发生、发展。在工程实践中积累了一些经验，对以后类似工程施工提供了一定参考和借鉴。

关键词：城市轨道交通；明挖长大基坑；岩溶处理

中图分类号：U455　文献标识码：A　文章编号：1009－2374(2009)12－0125－03

一、工程概况

广州市轨道交通二、八号线延长线工程施工11标段位于广州市白云区旧机场跑道及绿化草坪上，全长3.773km，包括“三站四区间”共七个子单位工程。四周空旷，无建筑物。多为地下单层、局部双层框架结构，围护结构有土钉墙支护、排桩支护等形式，均采用明挖顺作法施工。

本标段下伏二迭系栖霞组炭质灰岩和石炭系壶天群石灰岩地层，岩溶发育强烈，以表层溶蚀发育为主要特点，分布规律性差，形态规模各异，土洞基本上发育在岩面附近，洞体呈未充填、半充填状，充填物多呈流～软塑状，局部为松散砂土，易流蚀。本标段详勘钻孔为394个，揭露发育岩溶的钻孔175个，见洞率为44.5％；有78个钻孔揭露两层岩溶以上，占揭露岩溶钻孔的19.8％；施工中新发现11个，岩溶基本分布于标段各个里程段，揭示本场地内岩溶发育极为强烈。在揭露的175个岩溶洞体中有125个洞体顶板厚度小于洞体高度，比率为71.3％，顶板最小厚度仅为0.10m。由于顶板厚度小，岩溶洞体高度大，且充填差，外界条件的改变或人为活动影响会加速其发展速度，可导致地面沉陷，对地基的稳定性和均匀性很不利，存在潜在的危害性。因此，施工前需对岩溶及时处理，以免施工阶段造成人员和机械设备的严重损伤，以免施工完毕后出现结构下沉、开裂现象，以及影响运营的恶性事故。

二、处理方法选择

(一)选择原则

1　降低施工风险，确保施工及运营安全。

2　工艺简单、可操作性强、经济可行、便于组织施工。

(二)处理方法选择

目前隧道穿越岩溶区域时的处理技术，常用的处理方法有“引、堵、越、绕”四种。

广州地铁北延线招标设计方案为：(1)绕：抬高轨面标高，同时利用场地空旷的优势，将车站平面外扩，设为单层结构，减少遇洞率；(2)越：区间线路跨越溶洞、土洞段采用结构底板下设承载桩、梁进行加固，横向三根(分别沿结构的两侧墙、中隔墙下设置承载桩)，纵向跨距15m，“桩与主体结构铰接”即桩与主体结构分离，桩顶设横梁连接。承载桩、粱设置位置如图1所示。车站采用在结构底板下设桩基础跨越溶洞并兼作抗拔桩，设为“一柱一桩”，并和底板结构刚性连接。桩直径1200～1600mm，桩端嵌入微风化基岩3.5m，要求桩底下有3倍桩径的稳定基岩。承载桩需穿越中风化和微风化地层及溶洞。

优点：(1)确保结构运营安全；(2)避免处理大批溶、土洞。

缺点：(1)未对溶、土洞进行预处理，很难保证施工安全；(2)承载桩人岩施工慢，且大大增加遇洞率，处理困难，对工期影响很大；(3)投资大。在施工前结合现场条件，反复论证、比选，最终采用“绕+堵为主，桩基跨越为辅”的处理方案，即对发现的高风险区溶洞和所有土洞进行充填处理，对个别特大、漏浆溶洞采用桩基跨越的方式进行处理。

优点：(1)基坑施工前对溶土洞进行处理，不仅保证了运营期间的安全，同时保证了施工期间的安全；(2)直接对探出边界的溶、土洞采用注浆方式对其进行充填处理，工艺简单，造价低，节约了工期，保证了安全。

三、岩溶处理施工

(一)钻探一确定溶、土洞空间形态及充填物特征

在明挖基坑施工前，用地质钻机依详勘孔为基准点，以2m为间距，沿线路方向及垂直线路方向呈米格状向外辐射探孔，直至找出洞体边界；钻孔深度为洞底以下0.5m，如果洞底以下0.5m范围内出现新洞，则依照以上原则探出新洞的边界一并处理。依据详勘资料在钻至设计溶、土洞顶板以上2m时开始取芯，取至溶、土洞底部以下0.5m。通过取出的芯样来判断溶、土洞的位置、高度及填充物特征。然后根据探定的洞体边界绘制溶、土洞平、剖面图，确定处理方案。

2　注浆工艺。对一般溶、土洞的注浆充填采用袖阀管注浆工艺。利用袖阀管可重复、多次、定位注浆的原理，对地层的注浆多次自如地进行，并结合注浆效果检查，实现填充密实的目的。

(1)注浆材料。周边孔注浆材料采用纯水泥浆+膨润土+水玻璃，在溶、土洞周边形成一道止浆墙，防止浆液过大范围扩散。中央孔注浆材料采用纯水泥浆。

(2)注浆压力及频次。周边孔：以相对小压力、多次数、较大量控制；压力0.6～0.8MPa，3～4次，每次间隔6～8小时。中央孔：压力按0.8～1.0 MPa控制，3次，每次间隔6～8小时。

(3)注浆完成标准：填充密实且地面无隆起。

(4)岩溶处理施工顺序要点。1)注浆顺序采取由外到内约柬一开放型方式，即先注溶、土洞最外侧后注内侧，隔孔交替进行，以控制浆液扩散范围，保证注浆效果。其中边排孔限制注浆量，中排孔则灌至注浆压力后稳压10min为止。当孔内注浆量已达到设计值但注浆压力仍无明显上升时，停注单液浆，改注水泥浆+水玻璃双液浆；2)中间区域钻孔采用梅花形隔一注一分序施工，以防止跑浆，窜浆现象。

(5)充填处理效果检查。1)土洞：采用随机原位标贯试验，标贯击数应不小于10击；2)溶洞：采用随机钻孔取芯，做抗压强度试验，无侧限抗压强度1>0.2MPa。

(6)施工注意事项。1)部分溶、土洞洞内存在有较为松散的填充物，钻杆拔出后坍孔，孔内泥浆下降，溶、土洞范围内孔壁失衡，坍落物堵塞孔底，导致袖阀管无法安放，此时应重新采用跟管钻进，按要求安放袖阀管后再将套管取出；2)套壳料及封孔质量较差，导致注浆过程中出现串浆现象，应立即停止注浆，重新封堵冒浆孔孔口，间歇后跳孔注浆；3)在周边孔注双液浆的过程中，有时会出现注浆时间过长后压力仍然没有上升的现象，现场调查分析原因主要为：溶、土洞体积较大，所注双液浆流向中间；溶、土洞与周边溶、土洞有连通，注浆时有一部分流到了周边溶、土洞。处理措施：立即停止注周边双液浆，改注中央孔单液浆，间歇后再交替注周边孔的双液浆和中央孔的单液浆，这样可适当减少双液浆的使用量。

(三)特大、漏水、漏浆溶洞施工技术

个别溶洞范围较大、洞高大、漏水严重，且存在流动岩溶水时，采用注浆充填的方法成本高，充填质量难以保证；采取在结构底板下设桩基础直接跨越，同时兼作抗拔桩，保证“一 柱一桩”，并和底板结构刚性连接。钻孔时防止严重漏浆导致坍孔，采用壁厚16mm的钢板圆护筒随钻孔桩钻进跟进，一边压入钢护筒，一边钻进。钻进至微风化的石灰岩层后即满足要求。桩端嵌入微风化基岩3.5m，要求桩底下有3倍桩径的稳定基岩。

(四)水泥土搅拌桩土墩柱施工技术

明挖基坑岩溶处采用模糊处理原则，即只对详勘钻孔发现及施工过程中的溶土洞进行处理，不主张补勘。这样势必忽略了部分未发现的溶、土洞，而土洞对地铁运营将存在潜在的危害，因此，为了防止土洞的发生、发展，同时一旦发生土洞坍塌，为结构提供部分承载力，采用水泥土搅拌桩土墩柱的形式对高风险岩溶区进行隔离。土墩柱大样如图7所示，纵向净距为10m。

水泥土墩柱的竖向长(即水泥搅拌桩深度)原则上要求达到岩面，搅拌桩深度首先要保证穿过地层、、、，具体情况按以下原则执行：

1　、、、地层可作为搅拌桩的终桩条件。

2　当左、右线岩面高度不同(即一条线处于高风险区，另一条线处于低风险区)时，以隧道底下10m作为终桩条件。

四、结论与思考

随着以城市地铁为主体的地下公共交通设施建设的大力发展，如何保证处于岩溶区域的岩溶地基稳定性及施工及运营安全显得日益重要。本文仅为城市轨道交通明挖基坑穿越岩溶区域的处理措施提供了一种思路，从施工情况来看，采用“先探后填、辅助桩基穿越”的施工方法是切实可行的：规避了施工风险，保证了工期，同时节约了成本；从检测效果来看，充填效果良好，完全满足设计及规范要求，为基坑施工提供了有力保证。在以后的类似工程施工中值得推广。但同时也具有一定的局限性：当隧道上方为高密度建筑物时，采用钻探+充填的处理方法则显得尤为困难。

另外，现在的岩溶充填处理所用材料主要有两大类：化学类浆液与水泥类浆液。化学浆液材料成本高，且大多具有毒性，会对地下水产生一定的污染，目前用得较少。常用的水泥类浆液价格相对便宜，强度高，来源广，但也具有明显的缺点：(1)在流动的地下水、大溶洞、大裂隙条件下注浆充填，水泥浆会被水稀释并带走，造成浆液的大量流失，材料浪费大；(2)由于水泥浆不能有效地渗入到微细裂隙中，因此，对于被粘土矿物充填的溶洞加固效果较差；(3)水泥浆液早期强度低，强度增长速度慢，水泥浆结石体塑性差，脆性大，抗震性差；(4)其结石体不耐地下水的侵蚀，而岩溶水具有腐蚀性，在它的不断冲刷下，水泥浆结石体会被溶蚀，这将大大降低止水帷幕的使用寿命。因此，研发一种既能达到堵水加固的效果，又能保证材料的环保和耐久性的合适的注浆充填材料，是一个值得关注的问题。

参考文献

[1]方燎原，广州地铁岩溶地质条件[J]，地球与环境，2005，(4)

[2]陈建，地铁隧道穿越溶洞的施工处理技术[J]城市轨道交通研究。2005

[3]王国际，注浆技术理论与实践[M]，北京：中国矿业大学出版社，2000

[4]铁道部第二勘测设计院铁路工程设计技术手册隧道专册

作者简介：余富先(1975-)，男，河南信阳人，供职于中铁隧道集团广州地铁二八延长线11标项目部，研究方向：土木工程。