蔡昕宸
中铁十局集团有限公司城市轨道交通工程分公司
摘要：本文通过分析石灰岩地区岩溶地层环境特点，列举了深基坑支护施工的常见问题，结合工程实例，针对性地提出了地下连续墙成槽施工技术及相关问题的处理措施，解决了施工工程中出现的地面沉降、孔斜、漏浆等难题，取得了良好的施工经验，供相关人员参考借鉴。
关键词：地铁车站；地下连续墙；处理技术；实施
地下连续墙的施工工艺十分复杂，该项目机械化程度大，对施工质量的要求极高，施工质量直接影响着下步工程主体作业安全，是地铁车站规划施工的重点项目。为了保证连续墙体的深度及结构强度，成槽是其中的关键工序。面对石灰岩地区连续墙成槽困难，施工难度大等问题，笔者结合自身工程实践，对其施工特点及关键技术作相关研究分析。
1 工程概况
某地铁站为地下两层双跨矩形框架结构，采用明挖法施工，基坑深度约16m，围护结构采用“连续墙+内支撑”的墙撑型式，连续墙为800mm厚钢筋混凝土结构，标准幅长为6m，深约19～24m，共103幅。基岩溶蚀程度不一导致岩层软硬不均，地下连续墙成槽施工困难。车站地质情况如图1所示。
图1 车站地质纵剖面示意
本站地质最大的特点是砂层较厚，砂层直接与微风化灰岩接触，中间无不透水层，岩面起伏较大，西半部岩面较高，且溶土洞较发育，依据招标文件提供的勘察报告该地铁站共计钻孔99个，7个钻孔发现溶洞，见洞率7%。但是根据连续墙超前钻显示，超前钻已完成163孔，63孔发现溶洞，见洞率38.6%，岩溶发育较强。所以需对溶洞发育区进行处理。
2 石灰岩地区深基坑支护存在的常见问题
岩溶地区是可溶性岩石受到含有CO2的流水溶蚀，并加以沉积作用而形成的地貌。岩溶地区地质条件复杂，含有丰富的地下水甚至地下暗河通道、土洞等，并且基岩强度高，该地区的岩溶地区通常是微风化灰岩面上直接覆盖砂层。本工程车站围护结构采用地下连续墙施工的方案可以减少立面上的接缝数量，且其立面接缝有经过长期实践的接头确保止水效果，有较高的质量保证，立面上的截水效果要优于围护桩方案。但该方案也存在不利的一面：地下连续墙墙底的截水问题和在地下连续墙施工过程中塌孔风险高的问题。原因是当石灰岩面上覆土层直接为＜3－3＞砾砂、粗砂层时，由于灰岩面通常起伏较大且没有规律，所以地下连续墙的墙底难以拟合嵌入岩面，地下水将通过墙底绕流进入基坑，从而造成基底涌水的风险；而采用整个平整墙底完整嵌入灰岩，则存在成槽困难、土岩结合位易偏孔、成槽过程击穿溶洞的高风险等特点，势必会造成施工成本居高不下、施工进度缓慢和施工风险难以控制的局面。
3 车站溶（土）洞或溶蚀槽处理技术
3.1 溶（土）洞、溶蚀槽处理范围
施工阶段补充勘察的必要性：岩溶土洞是一种形态奇特、分布复杂的自然现象，宏观上虽有发育规律，但在具体场地上，其分布和形态则是无常的；因此，进行施工勘察非常必要。
由于溶（土）洞发育的复杂性，采用常规的工程勘察手段与勘探密度均难以查明溶（土）洞的发育状态，因此为确保连续墙施工安全，在连续墙施工前，按一幅连续墙施作两个超前钻，钻孔深度按连续墙底下3m考虑。探明溶（土）洞发育情况后，实测每一孔超前钻的岩面高程，从而确定每幅地下连续墙的实际岩面高度。同时将真实数据提供给设计单位，设计单位按照提供的资料情况调整每幅墙的设计高程。
所有岩面以上的土洞除基坑开挖范围内已揭示浅层土洞外均应处理。围护结构连续墙内外3m墙底下的溶洞，顶板厚度小于3m的必须处理。临时立柱基础桩施工前每桩一钻超前钻孔预测桩身及桩端持力层范围内的溶、土洞。遇到特大型溶、土洞时，召开专题会议研究决定处理方案。上述原则有交叉处，按照较深的处理深度确定。
对于已发现的溶（土）洞的超前钻孔，以地质钻孔探察的方式，向东、西、南、北四个方向按2m的间距进行不良地层的边界探察，以确定不良地层的分布范围，并作为注浆孔进行花管注浆处理。
对于详勘、补勘和超前钻发现的溶洞，应按照2m×2m的梅花状布置钻孔查找洞体边界，查找范围至围护结构边线外3m（由已揭露溶洞的钻孔向周围扩散布孔探查，钻孔的顺序为按列为①→②→③→④每列的钻孔顺序由内至外，如图2所示）。在查找洞体边界时，若外围钻孔未发现溶、土洞，则暂时不处理，采用回填处理。在钻孔过程中揭露的溶、土洞要做好记录，作为注浆依据。溶（土）洞探测采用HGY－200地质钻机成孔，成孔直径90mm，如遇钻进过程中出现的孔壁坍塌现象，则采用泥浆循环护壁成孔。
3.2 溶（土）洞、溶蚀槽注浆处理措施
3.2.1 对于已揭示的溶（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，注浆压力从低到高，间歇、反复注浆；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）洞根据填充物的情况确定是否处理。
（2）充填注浆处理应边注浆边摸查溶（土）洞的规模及处理后的状态。
摸查方法：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。
检查孔间距2m，检查孔可兼做注浆孔进行注浆充填。检查孔需注意检查溶洞的延展状况外，尚需检查注浆填充状况，发现注浆不饱满时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，先在安全限界钻孔，采用速凝浆控制边界，以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、地层条件采用钻孔埋管进行注浆。
注浆管布置示意图见图3。
溶洞需采用先成孔、后埋入注浆管，并需封闭溶洞顶板及注浆管与孔壁间的间隙后才能注浆。
对于大于3m无填充和半填充溶（土）洞（含特大溶洞）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，采用泵送混凝土填充。
图3 注浆管布置示意
（5）注浆采用静压注浆，施工技术要求：
注浆管：所有钻孔采用PVC花管注浆。
注浆材料：水泥为42.5（R）级散装水泥。
周边孔：纯水泥浆+水玻璃。双液浆现场配合比试验时，以初凝时间为指标进行控制，并且综合考虑浆液的可泵性时间。双液浆配比∶水泥浆水灰比=1∶1，水泥浆∶水玻璃=1∶1（重量比），水玻璃浓度Be=35。
中央孔：纯水泥浆，水灰比建议为1.0～1.5。
注浆压力和注浆量
周边孔：以相对小压力、多次数、较大量控制；压力0.2～1.0MPa，3～4次。
中央孔：压力按0.8～2.0MPa控制，3次。
注浆扩散半径，全填充溶洞填充物为黏土、粉质黏土和泥炭质土按照1.5m考虑，填充物为砂、碎块按照2～2.5m考虑。
注浆间歇时间
每次间隔6～10h。
3.2.2 浆液配合比试验的确定
溶（土）洞处理前在现场进行双液浆水玻璃兑配及双液浆凝固时间的测试，共做了6次试验，最终决定本项目采用配比如下：1.045g/cm3水玻璃液体的兑配方法：水玻璃原浆∶水=1∶6，1.045g/cm3水玻璃液体与1.52g/cm3水泥浆按体积比1∶1混合后得到的双液浆比重为1.23g/cm3。
3.2.3 注浆顺序
由于本站溶洞较多，并且溶洞范围较大，如果将所发现的溶洞直接全部注满，注浆量非常大，而且对周边环境污染较为严重，根据实际情况只对连续墙内外3m范围内溶洞进行处理，这就对溶洞注浆的顺序及压力有很大的要求。
按照溶洞的深度以及钻孔距离将所发现的溶洞进行划分，将靠得较近的钻孔溶洞划分为1处，然后根据每处溶洞大小范围进行注浆处理。先处理周边孔再处理中间孔。周边孔注双液浆，中间孔注单液浆，注浆时采用跳孔形式注浆，每孔每次注浆在未达到终孔条件时每次注浆量不得超过25～30m3，间隔24h后再进行下次注浆，直至注浆达到终孔条件为止。有充填孔为周边孔，无充填孔为中间孔。
3.2.4 溶（土）洞处理施工要点
（1）溶（土）洞处理的施工顺序应遵循：探边界—填砂—注浆充填—注浆效果检测。
（2）注浆施工时，先施做止浆帷幕，将处理范围内溶洞与外界洞体隔离，再处理中间区域。在周边孔注第1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。
（3）发现浆液流失严重时添加水玻璃速凝剂，调整凝固时间减少注浆量流失，以确保注浆效果。
（4）中央区域注浆孔跳跃施工，以防止跑浆、窜浆现象。
3.2.5 效果检验
（1）对处理后的位于连续墙内外侧1m下的溶（土）洞、溶蚀槽，采用钻孔抽芯法进行检测，检测数量为注浆孔数量的1%，且每个溶洞、土洞检测数量不少于1处。
（2）除上述第1点以外的溶土洞，要求对处理后的溶（土）洞采用原位标贯试验检测，检测数量为注浆孔数量的1%，且每个溶洞、土洞检测数量不少于1处。
（3）采用抽芯钻孔和标贯钻孔检查溶（土）洞的充盈程度。要求洞内全填充，达不到要求应补充注浆。
（4）第1个溶洞处理结束后，必须进行样板验收，样板验收合格后再进行其他溶土洞的处理工程施工。
4 溶（土）洞地区地下连续墙成槽施工技术
4.1 石灰岩地区地下连续墙施工中常遇到的情况
石灰岩地区地下连续墙成槽的施工，本车站围护结构是采用冲、钻结合，以冲为主的施工方法。在施工中常会碰到以下情况。
（1）由于岩面起伏大，高差悬殊，倾角陡，易产生斜孔；
（2）溶洞发育位置、深度不详，墙易座落在溶洞之上，因而难于保证墙的质量；
（3）溶洞贯通性好，且多充填物，易产生大量漏浆，造成坍孔，甚至出现地面塌陷，危及安全。
4.2 施工中应遵循的原则
（1）应采用1墙两钻的原则，先摸清墙底地质条件。探明墙底以下3m范围内的地质情况，以便采取对策处理。
（2）在石灰岩地区施工钻孔时，应备足黏土、片石、速凝剂（CaCl2）等材料，以备应急。
（3）对有溶洞的地下连续墙，应根据实际情况提出处理方法再施工，决不能掉以轻心，危及安全。
（4）在施工中如出现大量漏浆，要密切注意，并做好两方面准备工作：一是架设好泵路及备好泥浆、黄土，及时补充漏失的泥浆；二是制定好人员、设备迅速撤离现场的措施，以防因地质塌陷而出现危险。
4.3 成槽施工过程中处理技术
施工设备：岩溶发育处的地下连续墙采用冲击钻成孔。根据地质钻探资料提供的溶洞分布情况，按照先短后长、先易后难原则确定各墙施工顺序。相邻墙不同时施工。钻孔通过岩溶时采取了如下技术措施：
（1）当岩面倾斜较大时，钻头易摆动，撞击孔壁，造成偏孔或塌孔。这时，回填坚硬片石，以低冲程反复提砸，使孔底出现一个平台后再转入正常冲孔。针对岩面起伏大，冲孔桩机偏孔严重的问题，也可利用对每个主孔位进行梅花钻孔增加临空面，减少偏孔率，确保成槽垂直度。
（2）通过溶洞进入充填地层时，对溶洞较小、充填物多为松散不稳定的土层者采用泥浆护壁方法，使用优质泥浆，保持孔内的水位高度，适时向孔内投入潮湿泥块或袋装粘土和粒径不大于13cm的片石，采用低冲程将抛填物挤入溶洞孔壁或溶洞裂缝，以加固护壁，使之形成封闭环，防止漏浆和塌孔。
（3）钻孔过程中的孔径检查：为保证孔径正确和孔形正直，每钻进1.0m和更换钻头时必须用检孔器检孔。检孔器用钢筋制成，呈圆柱体，直径与钻头直径相同，高度为孔径的4倍。
（4）当检孔器不能自由通过到达孔底时，即表明发生弯孔或斜孔、梅花孔等情况，此时立即回填片石（回填高度为至检孔器所到位置以上0.5m），进行冲击修孔。
（5）若回填片石仍无法纠偏，可以采用C20级素混凝土进行水下灌注，灌注高度一般以高于开始出现孔斜的位置0.5m左右，待混凝土有一定的强度后，用直径146mm钻具钻至原孔底以下，以此孔作为进一步施工的导向孔，这样即可纠正孔斜。
（6）对冲锤进行改造，增加冲锤受力面积，提高冲岩效率，减少冲孔过程中的偏孔率。
5 结语
综上所述，运用良好的地下连续墙成槽施工工艺可以平衡地层对槽壁的侧向压力，防止槽壁的失稳坍塌，石灰岩地区工程地质条件复杂，需要根据实际情况采取不同的处理方案，采用上文的溶洞处理成槽技术，有效解决了在此环境下的连续墙施工困难，经济效益显著，为后续同类施工工程提供了宝贵的经验。
参考文献：
[1]陈静.浅析地下连续墙施工工艺及发展趋势[J].葛洲坝集团科技.2010（03）
[2]苗元亮、张晓鹏.地下连续墙槽壁稳定性分析及控制措施[J].山东水利.2010（06）
论文作者:蔡昕宸
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/14
标签：溶洞论文; 注浆论文; 钻孔论文; 地下论文; 岩溶论文; 石灰岩论文; 水玻璃论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;