摘要：目前北方地区岩溶区域修建盾构隧道的工程实例较少，可借鉴的设计施工经验不多。盾构穿越岩溶地层易引起地面沉降，隧道不均匀沉降等问题，甚至可能发生盾构栽头、陷落等严重事故，因此有必要研究总结溶洞勘察、溶洞处理等技术难题。现椒结合某城市在建的盾构区间隧道为工程背景，总结溶洞勘察、处理的设计及优化的经验，为今后本地区类似地铁工程的设计及施工提供借鉴。
关键词：盾构隧道；溶洞处理；处理范围；质量检测
1 工程概况
某北方城市盾构区间隧道，全长约3400米，设置了五处联络通道及一处区间风井。
在始发段~中间风井段，需穿越城市山岭，采用复合式土压平衡盾构机。隧道主要穿越中风化石灰岩，局部穿越黏土及土岩交界处，其中不良地质为岩溶，主要表现为小型溶洞。
2 工程地质及水文地质
隧道穿越地层多为中风化石灰岩，围岩分级多为II～III级，稳定性较好。
中风化石灰岩，浅灰色，承载力高，岩芯多呈柱状，短柱状，锤击声脆，溶蚀发育，溶孔局部呈蜂窝状，可见小溶洞，黏性土充填。
穿越区域地下水主要以碳酸盐岩溶水为主，具有承压性，根据钻探揭露水位情况，结合区域地质资料综合分析，岩溶水水头标高约为28.74m。
根据详勘资料，本区间共有97个钻孔有揭露灰岩，共26个钻孔揭露溶洞，见洞率为26.8%。钻孔揭露岩溶发育情况在垂直方向上分布无明显规律，揭露溶洞深度位于10.0~40.0m范围内，主要表现为小型溶洞，溶洞多为粉质黏土混碎石充填。
3 溶洞探测
为探明溶洞发育分布及填充情况，在初勘及详勘的基础上进行物探。采用高密度电法和浅层地震反射波法查明岩溶发育区域，推断的异常区，在异常范围内进行钻探验证，钻探完成后在钻孔内进行跨孔CT测试，查明钻孔间岩溶发育情况。
根据勘察结果，共完成9条高密度测线和66条浅层地震测线，基本圈定了异常区分布范围。钻探完成34个孔，其中13个钻孔发现溶洞。完成跨孔CT18孔对，其中共8对明显显示岩溶发育。
（1）钻孔终孔原则：钻孔深度应伸至区间底板下方完整岩层5m。若在底板以下5m范围内发现溶洞，则按以下原则终孔：若洞底标高未达到隧道结构以下5m，则仍需钻穿至结构以下5m终孔，若洞底标高超过隧道结构以下5m，则需钻孔至洞底并入岩2m终孔。
（2）探边孔布置原则：探边孔以揭示到溶洞的钻孔为基准点，加密钻孔向四周扩散，梅花型布置，钻孔间距按2m×2m。溶洞探边以隧道结构外侧3m为注浆充填及溶洞探边外边界，如探测到此边界线，仍有溶洞向隧道外侧发育，则对此边界线探边孔进行双液浆封边处理。加密钻孔兼做注浆孔，加密孔揭露到溶洞立即进行处理。
4 处理原则
4.1线路优化
对溶洞的处理，首先考虑线路的避让，可根据已勘察的溶洞地勘资料，对线路平面及纵段进行优化。
由于线路走向的原因，平面不可避免的穿越中风化灰岩地层及下穿城市山岭，且本线路控制节点较多，线路平面小范围内规避意义不大。
根据已探明溶洞位置的情况，可对线路纵断面进行优化，即对纵段进行局部上抬，出站后由22‰的下坡调整为7.1‰的下坡，后由12‰的上坡调整为8.3‰的上坡，减少坡度，使得隧道大部分顶板结构位于水位线以上，减少埋深并避开最大溶洞位置，同时减少穿越上软下硬地层的长度，有利于地面溶洞处理，降低施工风险。
4.2处理原则
根据溶洞的工程风险程度及本区间溶洞特点（岩溶发育区隧底基本位于中风化石灰岩，穿山段埋深较深），按照地铁隧道轮廓线外上方及两侧3m、底板下5m范围确定为高风险区。对高风险区内的溶洞进行处理。具体参考以下原则[1]：
（1）对于高风险区的全填充型溶洞，经钻孔探测后，若其填充物主要为硬塑状且探孔无渗漏水现象可不对该溶洞进行处理，若主要的填充物为其它类型需对溶洞进行处理。
（2）对于高风险区内的所有半填充型和无填充型溶洞应进行处理。
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（3）现场施工中分为洞内和洞外两种处理技术，根据实际情况，溶洞处理优先采用地面预处理以及隧道成型后二次注浆处理。
根据以上原则及钻探成果，揭露需处理的溶洞总数为16个，其中小于1m的溶洞10个，大于等于1m小于2m的溶洞3个，大于等于3m小于5m的溶洞2个，大于等于5m的溶洞1个。
5 溶洞施工工艺
5.1全充填溶洞处理
对于需处理的全充填溶洞，采用袖阀管注浆工艺，即采用地质钻机垂直于地面钻孔，下入袖阀管后，通过注浆泵进行注浆，较均匀地固结充填地层空隙。注浆材料为水泥浆。
5.2半充填溶洞处理
对于洞高小于2m的半填充溶洞直接灌入水泥浆进行回填，其处理工艺与全填充溶洞处理工艺相同。对于洞高大于2m的半填充的溶洞，采用吹砂夹石+静压化学灌浆的方法。具体如下：
对洞高大于2m的半填充的溶洞边界，若探明的溶洞边界跨越处理边界范围线，则先采用ø200PVC套管沿处理边界范围线施作一排注浆孔，注双液浆或加速凝剂控制边界，待外侧止浆帷幕施工完毕后，再进行内部吹砂夹石、静压灌浆处理；若探明的溶洞边界均位于处理边界范围内，则直接进行内部吹砂夹石、静压灌浆处理。内部处理时，选择探到有溶洞的钻孔，放入钢套管并固定，将注砂管放至溶洞上，在注浆前灌砂。用高压风机将干砂压入，为防止洞内高压阻止灌砂，利用其它钻孔作为减压孔，压力稳定时，即可停止。
5.3无充填溶洞处理
对于洞高小于2m的无填充溶洞直接灌入水泥浆进行回填，其处理工艺与全填充溶洞处理工艺相同。对于洞高大于2m小于4m的无填充的溶洞，采用吹砂夹石+静压化学灌浆的方法，其处理工艺与半填充溶洞处理工艺相同。对于洞高大于4m的特大型无填充的溶洞，采用投石+静压化学灌浆的方法。
根据施工过程中探明的洞高大于4m的无填充的溶洞，先在原钻孔附近（约0.6米）补钻2个投石孔，两投石孔中心与原钻孔中心需在同一连线上，两投石孔可相互作为出气孔。先投碎石（5～10ram），后采用静压灌注水泥浆设[2-4]。
6 岩溶处理检测标准
在以往岩溶检测标准中，通常采用钻孔取芯为主，压水试验为辅的综合方法进行注浆质量检查设，但实际现场操作中很难实现。岩溶处理的主要目的是把溶洞内空腔填充密实，故可采用原位标贯实验进行检测。
（1）检测方法：注浆完成后，采用地质钻机钻孔进行原位标贯试验，标贯击数大于10击。
（2）检测频率：对洞径大于2m的溶洞必须进行质量检查，对洞径小于2m的溶洞按数量的10%进行溶洞注浆质量检查，每个需质量检查的溶洞加固区根据溶洞发育规模，布置1～3个质量检查孔。并同时对注浆的扩散半径进行质量检查。
7 建议
（1）溶洞的处理须在盾构隧道施工前施做，对于溶洞处理受建筑物或管线影响的情况，可按照相对保守的原则，结合建筑物及管线保护方案适当扩大对溶洞的处理外包范围。对于区间地面交通复杂地段，或因受交通疏解借地范围限制无法按原技术要求实现洞体探边的情况，为保证地面安全，可在借地范围内先做局部封边处理，将需处理的溶洞分块填充。
（2）鉴于溶洞发育及分布的不难以准确判定，发育范围无法精确划定，岩溶边界范围难以确定，工程量计量采用现场实际发生为准，由参建各方签署确认。
8 结束语
目前本区间溶洞处理工作正按照上述确定的岩溶风险区划分、处理原则及方式、检查要求进行处理。本工程实例根据当地地质，确定溶洞处理范围；通过优化线路，规避大型溶洞；优化检测标准，提高了施工可行性，为岩溶处理提供了经验。
参考文献：
[1] 周超，徐州地铁1号线岩溶处理设计与施工[J].地下空间与工程学报，2016，12（S2）:772-777。
[2] 廖景，地铁盾构区间岩溶处理[J].广东土木与建筑，2011，18（11）:25-28。
[3] 胡建华，广州地铁五号线草淘盾构区间溶洞处理方案[J]，西部探矿工程，2006（S1）:270-271。
[4] 武卫星，朱敏，郭晓刚，地铁工程穿越岩溶地区处理技术研究[J]，人民长江，2011，42（01）:47-49。
论文作者:马庆杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/23
标签：溶洞论文; 岩溶论文; 钻孔论文; 盾构论文; 隧道论文; 区间论文; 注浆论文; 《基层建设》2019年第2期论文;