27號(hào)進(jìn)出線中間豎井巖溶處理方案綜述

1、 武漢市軌道交通27號(hào)線一期礦山法施工部分BT項(xiàng)目第二標(biāo)段30處項(xiàng)目部進(jìn)出線中間豎井巖溶處理方案CCMC中煤三建（武漢）軌道交通建設(shè)管理有限公司2015年12月1、工程地質(zhì)與水文條件紙坊停車場出入場線RZK0+5（隧道端頭ZK44+148）RZK1+300為暗挖段，長度1295m，擬采用礦山法施工，RZK1+300RZK1+460，長160m，擬采用明挖法施工。據(jù)紙坊停車場出入場線段詳勘巖土工程勘察報(bào)告，RAK0+300以后主要穿越青龍山區(qū)。RAK0+50RAK0+300段地表建筑物，主要以13層低層、47層多層建筑為主，基礎(chǔ)類型主要為條形基礎(chǔ)、人工挖孔樁；高層建筑主要為新開發(fā)的樓盤中建龍城1

2、4層，以及江夏實(shí)驗(yàn)中學(xué)，基礎(chǔ)類型為筏板基礎(chǔ)、鉆孔樁基礎(chǔ)。2.2.1地形氣象江夏區(qū)屬江漢平原向鄂南丘陵過渡地段。地形特征是中部高，西靠長江，東向湖區(qū)緩斜。北部為丘陵地形，呈東西向帶狀，橫亙于網(wǎng)狀平原和沖積平原之間，東部和西部為濱湖濱江平原，中部和北部有成片海拔150m左右的岡丘。東、北、西南三面臨湖。紙坊停車場出入場線中部為剝蝕丘陵（青龍山），北側(cè)壟崗狀平原，東側(cè)為丘陵坳谷。地面高程40.5105.6m。隧道標(biāo)高+15+20m。多年平均降雨量1204.5mm，最大年降雨量2107.1mm，最大月降雨量820.1mm（1987.6），最大日降雨量317.4mm（1959.6.9），最小年降雨量57

3、5.9mm，降雨一般集中在68月。1、 地層及圍巖類型暗埋段最大埋深約76m，最小埋深約9m。隧道上覆蓋層5.750m，以第四系人工填土及黏性土為主，局部夾角礫、碎石。基巖（1）第四系全新統(tǒng)地層 素填土（1-1）：褐灰黃褐色，潮濕飽和，主要由黏性土組成，局部夾少量碎石、植物根莖。主要呈硬塑狀，層厚0.84.5m。 雜填土(1-2)：褐黃、褐灰等雜色，潮濕飽和，疏密不均，由黏性土與磚塊、塊碎石、混凝土等建筑垃圾混合而成。層厚0.56.8m，較連續(xù)分布在道路、居民點(diǎn)表部，堆積年限一般小于20年。 種植土(1-4)：褐黃、褐紅色，潮濕飽和，主要由黏性土組成，上部含少量植物根系等。層厚0.52.0m，

4、較連續(xù)分布于青龍山林區(qū)、農(nóng)田等處。（2）第四系中更新統(tǒng)地層 粉質(zhì)黏土(10-1)：褐黃色，灰褐色，硬塑，壓縮性中等偏低，含鐵錳質(zhì)結(jié)核及少量條帶狀高嶺土，其厚度1.06.3m。 粉質(zhì)黏土夾碎石(10-2)：灰色，灰褐色，硬塑；中偏低壓縮性，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，質(zhì)不均，礫石含量約2030%，粒徑0.52cm為主，個(gè)別可達(dá)6cm以上，礫石成分主要為石英砂巖、硅質(zhì)巖等，棱角狀；厚度0.817.9m，局部可達(dá)37.6m,主要分布在覆蓋層中下部，分布不連續(xù)。（3）第四系坡殘積地層 紅黏土（13-2a）：褐紅褐黃色，呈濕、硬塑狀，含鐵錳質(zhì)氧化物，局部含礫石，含量一般小于5%，礫石呈棱角次棱角狀，粒徑一般在0.52

5、.0cm間，廣泛發(fā)育于場區(qū)石灰?guī)r分布區(qū)表層，層厚約為1.019.4m,層頂埋深034.8m。 紅黏土（13-2b）：褐紅褐黃色，濕、軟可塑狀態(tài)，中偏高壓縮性，含鐵錳質(zhì)氧化物，含少量碎石，碎石成份主要為石英砂巖，少量為灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖，呈棱角次棱角狀，粒徑一般在0.52.0cm間，含量一般小于5%，該層不連續(xù)分布于13-2a層下部灰?guī)r巖面附近，層厚2.310.5m。 紅黏土夾碎石（13-2c）：褐紅褐黃色，主要呈硬塑狀，局部可塑軟塑狀，含鐵錳質(zhì)氧化物，碎石呈棱角次棱角狀，含量一般2030%，在山前坳谷地帶碎石相對(duì)富集，粒徑一般在25cm間，個(gè)別可達(dá)10cm以上，野外露頭局部夾漂石，最大可達(dá)1m以

6、上，碎石成份主要為石英砂巖、硅質(zhì)巖等，層厚1.523.5 m。 角礫（13-2e）：灰灰褐色，飽和，中密密實(shí)狀；角礫含量約6070%，粒徑240mm為主，少量達(dá)5cm以上，棱角狀，成分主要為砂巖、灰?guī)r，充填物為粗砂及黏性土。零星分布于覆蓋層底部，層厚3.026.3m。碎石（13-2f）：灰色，飽和，中密；碎石含量約60%，粒徑24cm為主，個(gè)別大于8cm，碎石成份主要為石英砂巖、硅質(zhì)巖，主要由粉質(zhì)黏土充填。零星分布于覆蓋層底部，層厚2.08.0m。 角礫（煤）（13-3）：灰黑色，飽和，密實(shí)；主要為坡積的炭質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r質(zhì)碎石角礫及泥狀煤等，巖芯呈1-5cm角礫狀。該層零星分布于覆蓋層底部，主

7、要分布于巖面低洼處，局部厚度大于25m。 殘積黏性土：灰白色夾褐紅色，褐黃色，可塑硬塑，土質(zhì)不均，含角礫，礫石含量約1030%，成分主要為硅質(zhì)巖、砂巖和泥巖，部分角礫風(fēng)化成土狀。主要分布于RAK1+100紙坊停車場區(qū)域，層厚變化大，層厚1.222.2 m，分布不連續(xù)。（2）基巖 強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)巖（17c-1）灰色，灰黑色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，巖性脆，巖石受風(fēng)化影響嚴(yán)重，巖體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造基本被破壞，巖體破碎。分布在CRAK0+392+677段基巖頂部，層厚3.010.7m， CRAK1+250附近也有個(gè)別鉆孔揭露。 中等風(fēng)化硅質(zhì)巖（17c-2）：深灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，巖性脆，節(jié)理裂隙發(fā)育

8、，巖體破碎，屬于較軟巖。分布在CRAK0+392+677段基巖頂部，層厚01.4m。中等風(fēng)化灰?guī)r（17d-2）：深灰色，微晶結(jié)構(gòu)，波狀微紋中厚厚層狀構(gòu)造，方解石脈總體發(fā)育，含少量生物碎屑，頂部見黑色硅質(zhì)結(jié)核。裂隙發(fā)育，傾角45°65°，屬硬質(zhì)巖。出入線段大部分區(qū)域均有分布。 微風(fēng)化灰?guī)r（17d-3）：深灰色，微晶結(jié)構(gòu)，波狀微紋中厚厚層狀構(gòu)造，方解石脈總體發(fā)育，含少量生物碎屑，頂部見黑色硅質(zhì)結(jié)核。裂隙不甚發(fā)育，屬于硬質(zhì)巖。出入線段大部分區(qū)域均有分布。（2）巖溶 溶洞（21-1）：基本無充填，部分溶洞底部充填有少量溶蝕殘塊、黏性土等，頂板厚度為0.314.7m，洞高約為1.08

9、.2m。 巖溶充填物（21-2）：褐紅、褐黃色，流塑硬塑狀，多含碎石，不均勻，碎石呈棱角次棱角狀，含量一般525%，粒徑26cm為主，少量大于20cm，為本區(qū)段巖溶主要表現(xiàn)形式。洞高約為0.213.0m。 巖溶化灰?guī)r（21-3b）：微晶結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造；巖質(zhì)較硬，巖溶裂隙發(fā)育，巖體破碎，取出巖芯多呈碎塊狀及不規(guī)則柱狀，巖體仍具有一定強(qiáng)度，但完整性較差，透水性中等，工程性質(zhì)較中微風(fēng)化基巖大幅度降低。（3） 隧道綜合圍巖分級(jí) 表1.1 隧道綜合圍巖分級(jí)表左右線里 程巖土圍巖分級(jí)圍巖綜合分級(jí)隧 底邊 墻拱 頂巖土特征圍巖分級(jí)巖土特征圍巖分級(jí)巖土特征圍巖分級(jí)左線CRAK0+5CRAK0+65中等風(fēng)化灰?guī)r

10、中等風(fēng)化灰?guī)r可塑軟塑狀紅黏土CRAK0+65CRAK0+90中等風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)r灰?guī)r厚度較薄，可塑軟塑狀紅黏土為主CRAK0+150微風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化微風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)rCRAK0+225中等風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)r，局部為巖溶化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)r，局部有溶洞CRAK0+390微風(fēng)化灰?guī)r微風(fēng)化灰?guī)r微風(fēng)化灰?guī)rCRAK0+410中等風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)r，局部有溶洞CRAK0+410CRAK0+520微風(fēng)化灰?guī)r微風(fēng)化灰?guī)r微風(fēng)化灰?guī)rCRAK0+710中等風(fēng)化灰?guī)r，局部有溶洞中等風(fēng)化灰?guī)r，局部有溶洞中等風(fēng)化灰?guī)r，局部有溶洞CRAK0+930中等風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)r，局部有溶洞CR

11、AK1+150中等風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)r，紅黏土紅黏土，紅黏土夾碎石，角礫等CRAK1+300殘積黏性土，粉質(zhì)黏土夾碎石殘積黏性土，粉質(zhì)黏土夾碎石殘積黏性土，粉質(zhì)黏土夾碎石，紅黏土右線RAK0+5+65中等風(fēng)化微風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)r，局部有溶洞可塑軟塑狀紅黏土為RAK0+65+200中等風(fēng)化微風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)r，局部有溶洞灰?guī)r厚度較薄，可塑軟塑狀紅黏土為主RAK0+300中等風(fēng)化微風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)r，局部有溶洞中等風(fēng)化灰?guī)r，局部有溶洞RAK0+490微風(fēng)化灰?guī)r微風(fēng)化灰?guī)r微風(fēng)化灰?guī)r右線RAK0+520中等風(fēng)化微風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化微風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)r，局部有溶洞RAK0+550中等風(fēng)化灰?guī)r，局部

12、有溶洞中等風(fēng)化灰?guī)r，局部有溶洞中等風(fēng)化灰?guī)r，局部有溶洞RAK0+660微風(fēng)化灰?guī)r,局部為中等風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)r,局部為微風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)r RAK0+685巖溶化灰?guī)r，局部有溶洞巖溶化灰?guī)r，局部有溶洞巖溶化灰?guī)r，局部有溶洞RAK0+800微風(fēng)化灰?guī)r微風(fēng)化灰?guī)r,局部為中等風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)rRAK0+825微風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)r中等風(fēng)化灰?guī)rRAK0+885巖溶化灰?guī)r巖溶化灰?guī)r，局部有溶洞巖溶化灰?guī)r，局部有溶洞RAK0+950中等風(fēng)化灰?guī)r可塑軟塑狀紅黏土可塑軟塑狀紅黏土RAK1+300殘積黏性土，粉質(zhì)黏土夾碎石，角礫等，局部有巖溶化灰?guī)r殘積黏性土，粉質(zhì)黏土夾碎石，角礫等紅黏土，粉質(zhì)黏土夾碎石，

13、角礫等2.2.2構(gòu)造 出入場線段穿越青龍山向斜，RAK0+5+500段位于向斜北翼，RAK0+500RAK1+300為向斜南翼。地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜。傾角0°25°。穿越地層主要為二疊系灰?guī)r，局部巖溶較發(fā)育，巖溶以垂向發(fā)育為主。武漢位于華中地震區(qū)的中西部地震分區(qū)內(nèi)，該分區(qū)屬我國東部大陸地震活動(dòng)的中強(qiáng)地震區(qū)，區(qū)域內(nèi)地震的復(fù)發(fā)周期長，一般以中級(jí)地震或震群活動(dòng)為主。2.2.3水文地質(zhì)一般在59月降水量豐富，地下水水位高，水量較大，104月降水量較少，地下水水位較低，水量相對(duì)較小。青龍山南側(cè)志留系粉砂質(zhì)泥巖分布區(qū)為場區(qū)地表水及地下水分水嶺，分水嶺北側(cè)地下水向北滲流排泄，排泄區(qū)主要為地勢低

14、洼的青龍水庫，青龍山北側(cè)山體區(qū)域受山頂水塘入滲影響，地下水位局部略高。 RAK0+500RAK1+100段東側(cè)200m有魚塘，西側(cè)約300m處水庫，水位季節(jié)性變化較大，旱季時(shí)干涸。正常對(duì)隧道施工影響較小，若遇到導(dǎo)水性良好的巖溶管道，可能成為補(bǔ)給水源。 RAK0+148+380,RAK0+900RAK1+150段為承壓巖溶水區(qū)，年水位變幅一般38m；RAK0+380+900為潛水巖溶水分布區(qū)，年水位變幅較大，雨季強(qiáng)降水水位上升可能大于20m；RAK1+150+300段為殘坡積區(qū)，水位埋深多在2530m，周圍地勢較高，該段巖面低洼，年水位變化幅度較大。地下水劃分為上層滯水、松散巖類孔隙水、基巖裂隙

15、水和巖溶水四種類型。（1）上層滯水：主要賦存于填土層中，其含水與透水性取決于填土的類型。上層滯水的水位連續(xù)性差，無統(tǒng)一的自由水面，接受大氣降水和供、排水管道滲漏水垂直下滲補(bǔ)給，水量有限。勘察期間，測得上層滯水水位埋深0.52m。（2） 松散巖類孔隙水：第四系松散地層中孔隙水主要賦存紅黏土下方的13-2e、13-2f、13-2g角礫、碎石層及角礫（煤）中，含水層厚度一般1.326.3m。由于13-2e、13-2f、13-2g層多呈透鏡體狀分布，含水層較為封閉，補(bǔ)給相對(duì)困難。（3 ）基巖裂隙水：賦存于強(qiáng)中等風(fēng)化灰?guī)r裂隙中，由上覆含水層下滲補(bǔ)給。（4 ）巖溶水：主要賦存于二疊系灰?guī)r溶溝、溶槽或溶洞中

16、。因灰?guī)r頂部一般有較厚的黏土隔水層，大氣降水不易滲入補(bǔ)給地下水，以接受相鄰的基巖裂隙水補(bǔ)給為主，巖溶水水量一般中等。水位埋深2.060.0m，在青龍山山前及山區(qū)局部區(qū)域具有承壓性，另外由于場區(qū)巖溶較發(fā)育，巖溶形態(tài)復(fù)雜、充填物性質(zhì)多變。不排除部分地段有較好的儲(chǔ)水構(gòu)造和入滲補(bǔ)給條件。表1.2 預(yù)計(jì)涌水量表序號(hào)位置里程預(yù)計(jì)涌水量m3/hm3/d.m1RCK0+148 +300193.062RCK0+300 +45030.523RCK0+450 +90021711.604RCK0+900 RCK1+20050.415RCK1+200 +300389.20 預(yù)計(jì)正常涌水量120m3/h，最大167m3/

17、h。2.2.4地質(zhì)隱患及措施(1) 溶洞弱中等發(fā)育，線巖溶率13.7。巖溶多呈串珠狀，巖溶裂隙較發(fā)育。揭示的單個(gè)溶洞或巖溶充填物洞高多為16m，最大的可達(dá)24m，有突水突泥、底板塌陷、土洞充填物冒落等隱患，采取物探和鉆探配合，先探后掘。鉆探下套管5m，前方超前距10m，幫部底板控制范圍5m。(2) 對(duì)底板溶洞充填注漿、換填加固。對(duì)頂板幫部溶洞超前支護(hù)，換注漿、換填。防止涌水、抽排產(chǎn)生地面塌陷，造成周圍建(構(gòu))筑物破壞或拉裂等。(3) RAK0+300800附近通過向斜核部，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎。向斜核部為儲(chǔ)水構(gòu)造，水量較大，巖溶發(fā)育，本段施工時(shí)的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)較大。(4) 暴雨季節(jié)巖溶水水量會(huì)較大

18、。加強(qiáng)地面觀測、涌水量觀測，制定應(yīng)急預(yù)案。(5) 未發(fā)現(xiàn)有害氣體，但地質(zhì)條件具備局部有害氣體的可能性。施工過程中加強(qiáng)通風(fēng)。(6) 加強(qiáng)隧道結(jié)構(gòu)及既有建構(gòu)筑物的監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果和實(shí)際地層條件，進(jìn)行信息化施工，下穿、側(cè)穿重要的建構(gòu)筑物時(shí)宜采用超前大管棚減小拱頂圍巖地層變形。2巖溶處理目的2.1 確保結(jié)構(gòu)施工期間安全。本豎井采用明挖法進(jìn)行施工，隨著施工期間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，溶洞的邊界條件發(fā)生改變，溶洞的力學(xué)性質(zhì)隨之變化，通過對(duì)溶洞進(jìn)行預(yù)注漿處理，充填溶洞，使溶洞力學(xué)性能得以改善，保證結(jié)構(gòu)施工期間安全；2.2 滿足永久結(jié)構(gòu)的承載力、變形。溶隙和溶洞填充物性質(zhì)較弱，隨著時(shí)間的推移，并受周邊的環(huán)境變化

19、以及地下水活動(dòng)的影響，很可能出現(xiàn)洞體坍塌現(xiàn)象。通過對(duì)溶洞進(jìn)行壓密充填處理，提高溶隙和溶洞填充物的長期承載力；2.3 降低施工期間突水、突泥事件發(fā)生的機(jī)率。明挖法施工部分，部分巖溶中可能充填水和粘土碎石充填物，隨著施工期間圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，巖溶可能造成基坑側(cè)面及底面突水、突泥事件的發(fā)生。通過對(duì)淺層、薄板溶洞的充填加固處理，相當(dāng)于增加溶洞上覆土體厚度，從而降低突水、突泥事件的機(jī)率；2.4 防止地表塌陷和過大沉降。位于隧道頂?shù)牟糠秩芏?，其填充物為淤泥、砂層和粘土，而隧道底為中、微風(fēng)化石灰?guī)r，是典型的上軟下硬地層。不少溶洞呈串珠狀分布于隧道工作面范圍，由于溶洞夾板為巖層，難以形成土壓平衡掘進(jìn)模式。通過處

20、理，使隧道頂?shù)牡貙雍凸ぷ髅嫱馏w能保持穩(wěn)定，防止拱頂坍塌和工作面土體流失，減少地表沉降；2.5 滿足永久隧道結(jié)構(gòu)的承載力、變形、防水要求。溶洞填充物和灰?guī)r地層承載力有很大的差別，通過地層處理可提高該處地層的承載力，減小不同地層之間的差異沉降，減少管片滲漏，以滿足地鐵正常運(yùn)營要求。3巖溶處理的原則根據(jù)本標(biāo)段工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料以及有關(guān)規(guī)范、規(guī)程的建議，并結(jié)合武漢市軌道交通7號(hào)線一期工程巖溶處理專項(xiàng)設(shè)計(jì)技術(shù)要求及專家意見，本區(qū)段巖溶處理原則如下：3.1 溶洞處理需在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前進(jìn)行，處理完畢經(jīng)過相關(guān)地基檢驗(yàn)合格之后方可進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工；3.2 圍護(hù)樁每隔一根樁進(jìn)行超前鉆孔驗(yàn)證，鉆孔深度至豎井底收下不小于6m，若發(fā)現(xiàn)溶洞，需要對(duì)臨近樁基進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證并處理，直到找到溶洞邊界為止；3.3 對(duì)需要進(jìn)行處理范圍內(nèi)詳勘溶洞進(jìn)行加密鉆孔驗(yàn)證，對(duì)影響豎井圍護(hù)樁受力及使用的溶洞需要進(jìn)行處理，處理范圍包括溶洞本身，溶洞頂、底板巖土分界面的巖體；3.4 豎井錨桿施工時(shí)兼作探查溶洞作用，發(fā)現(xiàn)遺漏溶洞及時(shí)進(jìn)行注漿處理。4巖溶處理方法通過比較，對(duì)不同的溶洞采取不同的處理方法。4.1無填充溶洞和半填充溶洞對(duì)大于2m的無