盾構(gòu)穿越巖溶地區(qū)技術(shù)研究

———盾構(gòu)穿越巖溶地區(qū)技術(shù)研究當(dāng)前我國多個(gè)城市掀起城軌交通投入熱潮，2023年-2023年全國將有68個(gè)擬新開工建設(shè)的城市軌道交通重大項(xiàng)目。估計(jì)到2023年，符合國家建設(shè)地鐵標(biāo)準(zhǔn)的城市也將從已經(jīng)批準(zhǔn)的39個(gè)增加到50個(gè)左右。石灰?guī)r地質(zhì)在我國各地廣泛分布，在石灰?guī)r地區(qū)的工程建設(shè)中，常常會(huì)遇到已發(fā)育形成或正在發(fā)育中的土、溶洞等不良地質(zhì)體，給石灰?guī)r地區(qū)地鐵施工帶來極大困難。地鐵區(qū)間多采納盾構(gòu)技術(shù)開挖，由于溶（土）洞常處于無填充、半填充狀態(tài)或富含泥水混合物，地鐵隧道工程在穿越巖溶地層時(shí)，為降低盾構(gòu)施工的“栽頭”、“陷落”、地表沉降過大或坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)防溶（土）洞的坍塌，減小后期運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，必需實(shí)行科學(xué)有效的方法對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)時(shí)必要的超前處理。

一.巖溶處理的目的

1.降低盾構(gòu)施工的“栽頭”、“陷落”、地表沉降過大和坍塌的風(fēng)險(xiǎn)

在地鐵區(qū)間盾構(gòu)施工中，掘進(jìn)前、下方遇到溶洞，極易發(fā)生盾構(gòu)“栽頭”、“陷落”等事故發(fā)生。盾構(gòu)施工對(duì)溶（土）洞四周土體產(chǎn)生擾動(dòng)，溶洞內(nèi)承壓水的降低，都有可能造成地表沉降過大或地面坍塌事故。在盾構(gòu)通過溶（土）洞區(qū)域前通過地面和盾構(gòu)機(jī)內(nèi)對(duì)洞體填充物進(jìn)行加固處理，增加其自身強(qiáng)度，從而可提高洞體的穩(wěn)定性，進(jìn)而降低盾構(gòu)施工的“栽頭”、“陷落”、地表沉降過大或坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

2.預(yù)防溶（土）洞的坍塌，減小后期運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)

在灰?guī)r地區(qū)，當(dāng)土層具備肯定條件時(shí)土洞將很快產(chǎn)生，這對(duì)使用中的隧道將產(chǎn)生不利影響。通過對(duì)隧道下地層及土洞的充填加固處理，防止土洞發(fā)育過快過大，并對(duì)目前勘查發(fā)覺的頂板較薄、有漏洞，規(guī)模較大、有可能促成新生土洞進(jìn)展的淺層溶洞及距離區(qū)間隧道較近的溶洞的處理，從而達(dá)到預(yù)防溶（土）洞的坍塌，降低地鐵區(qū)間后期運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)的目的。

二.盾構(gòu)隧道溶（土）洞處理原則

盾構(gòu)隧道巖溶處理應(yīng)遵循“以地面、機(jī)（盾構(gòu)機(jī)）內(nèi)預(yù)處理相結(jié)合為主，洞內(nèi)預(yù)留措施處理為輔”的原則，防止盾構(gòu)施工“栽頭”、“陷落”、地表沉降過大或塌落的施工發(fā)生，降低工后差異沉降，確保運(yùn)營平安。

三.盾構(gòu)隧道溶（土）洞處理范圍

溶（土）洞的處理范圍應(yīng)依據(jù)巖面以上土層性質(zhì)、巖體的特征、溶洞的特性、溶洞的填充狀況等綜合推斷，一般狀況下可根據(jù)以下要求執(zhí)行：

1.影響范圍內(nèi)的土洞

當(dāng)?shù)罔F工程處于巖溶區(qū)段時(shí)，為了保證施工期間的平安和使用期間的正常運(yùn)營，全部勘察資料揭露的工程影響范圍內(nèi)的非全填充土洞必需處理。對(duì)于全填充土洞應(yīng)依據(jù)填充物性質(zhì)、地基承載力、周邊環(huán)境等狀況確定處理方案。工程影響范圍依據(jù)施工環(huán)境詳細(xì)確定，一般取自線路中線外兩倍洞深且不少于20米范圍。

2.隧道底為灰?guī)r時(shí)

結(jié)構(gòu)輪廓外放1米后，隧道底板以下2米內(nèi)溶洞必需處理。

3.隧道底為較穩(wěn)定的隔水層（例如黏土、粉質(zhì)粘土）時(shí)

（1）若隔水層厚度≥2米，則隧道底下的巖溶一般不作處理。

（2）若隔水層厚度2米，且最上層溶洞頂板厚度（溶洞頂至巖面厚度）2米或厚跨比1，則隧道結(jié)構(gòu)輪廓外放3米后，巖面以下2米內(nèi)溶洞必需處理。

4.隧道底至巖面為砂層或無較穩(wěn)定隔水層時(shí)

（3）若最上層溶洞頂板厚度≥2米，則隧道底下的溶洞一般不作處理。

（4）若最上層溶洞頂板厚度2米或厚跨比1，則隧道結(jié)構(gòu)輪廓外放3米后，巖面以下2米內(nèi)溶洞必需處理。

5.盾構(gòu)隧道洞身范圍內(nèi)的溶洞

盾構(gòu)隧道洞身范圍內(nèi)的溶洞宜進(jìn)行處理。

四.盾構(gòu)隧道溶（土）洞處理措施

1.地面溶（土）洞處理

（1）地面溶（土）洞采納充填注漿的方法進(jìn)行處理：

1）充填壓力需依據(jù)溶（土）洞的充填狀況進(jìn)行調(diào)整：未填充溶（土）洞采納水泥砂漿進(jìn)行注漿填充；對(duì)于全填充溶（土）洞應(yīng)依據(jù)充填物的狀況確定是否處理，填充物采納標(biāo)貫進(jìn)行檢驗(yàn)，標(biāo)貫擊數(shù)大于10擊的可不用處理。

2）充填砂漿需邊注漿邊摸查溶（土）洞的規(guī)模及處理后的狀態(tài)。

摸查方法：依據(jù)注漿量及注漿孔所檢測(cè)到的溶（土）洞洞徑、初步估算溶（土）洞的規(guī)模后再向周邊布設(shè)檢查孔。

檢查孔需留意檢查溶洞的延展?fàn)顩r外，尚需檢查注漿充填狀況，發(fā)覺注漿不飽滿的需利用檢查孔連續(xù)注漿。

3）規(guī)模較大的溶洞，其范圍已超出地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)定的平安限界時(shí)，可先在平安限界鉆孔，采納速凝漿掌握邊界、削減注漿的范圍及注漿量。

4）充填注漿需依據(jù)溶（土）洞所處的深度、地層條件分布采納振動(dòng)沉管及鉆孔埋管進(jìn)行注漿。

A.埋深較淺、圍巖為砂土層的土洞可采納振動(dòng)沉管方式進(jìn)行充填注漿；

B.小于3米全填充溶、土洞，無充填溶、土洞和半填充溶、土洞

采納先成孔、后埋入注漿管、并留意封閉溶洞頂板及注漿管與孔壁間的間隙后才能注漿。注漿加固處理的方法為采納Φ48的PVC袖閥管注漿，注漿管應(yīng)進(jìn)入溶（土）洞底板以下不小于0.5米；注漿壓力從低到高，間歇反復(fù)注漿，盾構(gòu)隧道地層加固示意圖見圖1

C.對(duì)于大于3米無填充溶、土洞和半填充溶、土洞（含特大溶洞）

采納Φ200的PVC套管注水泥砂漿。對(duì)于非填充或半填充的較大溶洞，可采納泵送混凝土進(jìn)行填充。

（2）溶溝、溶槽及破裂帶（含巖溶坍塌區(qū)）采納固結(jié)注漿進(jìn)行處理：

固結(jié)注漿需采納“前進(jìn)式”或“后退式”分段注漿，注漿深度需從地鐵結(jié)構(gòu)底板以上3米至地鐵結(jié)構(gòu)底板下不少于5米。

當(dāng)前我國多個(gè)城市掀起城軌交通投入熱潮，2023年-2023年全國將有68個(gè)擬新開工建設(shè)的城市軌道交通重大項(xiàng)目。估計(jì)到2023年，符合國家建設(shè)地鐵標(biāo)準(zhǔn)的城市也將從已經(jīng)批準(zhǔn)的39個(gè)增加到50個(gè)左右。石灰?guī)r地質(zhì)在我國各地廣泛分布，在石灰?guī)r地區(qū)的工程建設(shè)中，常常會(huì)遇到已發(fā)育形成或正在發(fā)育中的土、溶洞等不良地質(zhì)體，給石灰?guī)r地區(qū)地鐵施工帶來極大困難。地鐵區(qū)間多采納盾構(gòu)技術(shù)開挖，由于溶（土）洞常處于無填充、半填充狀態(tài)或富含泥水混合物，地鐵隧道工程在穿越巖溶地層時(shí)，為降低盾構(gòu)施工的“栽頭”、“陷落”、地表沉降過大或坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)防溶（土）洞的坍塌，減小后期運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，必需實(shí)行科學(xué)有效的方法對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)時(shí)必要的超前處理。

一.巖溶處理的目的

1.降低盾構(gòu)施工的“栽頭”、“陷落”、地表沉降過大和坍塌的風(fēng)險(xiǎn)

在地鐵區(qū)間盾構(gòu)施工中，掘進(jìn)前、下方遇到溶洞，極易發(fā)生盾構(gòu)“栽頭”、“陷落”等事故發(fā)生。盾構(gòu)施工對(duì)溶（土）洞四周土體產(chǎn)生擾動(dòng)，溶洞內(nèi)承壓水的降低，都有可能造成地表沉降過大或地面坍塌事故。在盾構(gòu)通過溶（土）洞區(qū)域前通過地面和盾構(gòu)機(jī)內(nèi)對(duì)洞體填充物進(jìn)行加固處理，增加其自身強(qiáng)度，從而可提高洞體的穩(wěn)定性，進(jìn)而降低盾構(gòu)施工的“栽頭”、“陷落”、地表沉降過大或坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

2.預(yù)防溶（土）洞的坍塌，減小后期運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)

在灰?guī)r地區(qū)，當(dāng)土層具備肯定條件時(shí)土洞將很快產(chǎn)生，這對(duì)使用中的隧道將產(chǎn)生不利影響。通過對(duì)隧道下地層及土洞的充填加固處理，防止土洞發(fā)育過快過大，并對(duì)目前勘查發(fā)覺的頂板較薄、有漏洞，規(guī)模較大、有可能促成新生土洞進(jìn)展的淺層溶洞及距離區(qū)間隧道較近的溶洞的處理，從而達(dá)到預(yù)防溶（土）洞的坍塌，降低地鐵區(qū)間后期運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)的目的。

二.盾構(gòu)隧道溶（土）洞處理原則

盾構(gòu)隧道巖溶處理應(yīng)遵循“以地面、機(jī)（盾構(gòu)機(jī)）內(nèi)預(yù)處理相結(jié)合為主，洞內(nèi)預(yù)留措施處理為輔”的原則，防止盾構(gòu)施工“栽頭”、“陷落”、地表沉降過大或塌落的施工發(fā)生，降低工后差異沉降，確保運(yùn)營平安。

三.盾構(gòu)隧道溶（土）洞處理范圍

溶（土）洞的處理范圍應(yīng)依據(jù)巖面以上土層性質(zhì)、巖體的特征、溶洞的特性、溶洞的填充狀況等綜合推斷，一般狀況下可根據(jù)以下要求執(zhí)行：

1.影響范圍內(nèi)的土洞

當(dāng)?shù)罔F工程處于巖溶區(qū)段時(shí)，為了保證施工期間的平安和使用期間的正常運(yùn)營，全部勘察資料揭露的工程影響范圍內(nèi)的非全填充土洞必需處理。對(duì)于全填充土洞應(yīng)依據(jù)填充物性質(zhì)、地基承載力、周邊環(huán)境等狀況確定處理方案。工程影響范圍依據(jù)施工環(huán)境詳細(xì)確定，一般取自線路中線外兩倍洞深且不少于20米范圍。

2.隧道底為灰?guī)r時(shí)

結(jié)構(gòu)輪廓外放1米后，隧道底板以下2米內(nèi)溶洞必需處理。

3.隧道底為較穩(wěn)定的隔水層（例如黏土、粉質(zhì)粘土）時(shí)

（1）若隔水層厚度≥2米，則隧道底下的巖溶一般不作處理。

（2）若隔水層厚度2米，且最上層溶洞頂板厚度（溶洞頂至巖面厚度）2米或厚跨比1，則隧道結(jié)構(gòu)輪廓外放3米后，巖面以下2米內(nèi)溶洞必需處理。

4.隧道底至巖面為砂層或無較穩(wěn)定隔水層時(shí)

（3）若最上層溶洞頂板厚度≥2米，則隧道底下的溶洞一般不作處理。

（4）若最上層溶洞頂板厚度2米或厚跨比1，則隧道結(jié)構(gòu)輪廓外放3米后，巖面以下2米內(nèi)溶洞必需處理。

5.盾構(gòu)隧道洞身范圍內(nèi)的溶洞

盾構(gòu)隧道洞身范圍內(nèi)的溶洞宜進(jìn)行處理。

四.盾構(gòu)隧道溶（土）洞處理措施

1.地面溶（土）洞處理

（1）地面溶（土）洞采納充填注漿的方法進(jìn)行處理：

1）充填壓力需依據(jù)溶（土）洞的充填狀況進(jìn)行調(diào)整：未填充溶（土）洞采納水泥砂漿進(jìn)行注漿填充；對(duì)于全填充溶（土）洞應(yīng)依據(jù)充填物的狀況確定是否處理，填充物采納標(biāo)貫進(jìn)行檢驗(yàn)，標(biāo)貫擊數(shù)大于10擊的可不用處理。

2）充填砂漿需邊注漿邊摸查溶（土）洞的規(guī)模及處理后的狀態(tài)。

摸查方法：依據(jù)注漿量及注漿孔所檢測(cè)到的溶（土）洞洞徑、初步估算溶（土）洞的規(guī)模后再向周邊布設(shè)檢查孔。

檢查孔需留意檢查溶洞的延展?fàn)顩r外，尚需檢查注漿充填狀況，發(fā)覺注漿不飽滿的需利用檢查孔連續(xù)注漿。

3）規(guī)模較大的溶洞，其范圍已超出地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)定的平安限界時(shí)，可先在平安限界鉆孔，采納速凝漿掌握邊界、削減注漿的范圍及注漿量。

4）充填注漿需依據(jù)溶（土）洞所處的深度、地層條件分布采納振動(dòng)沉管及鉆孔埋管進(jìn)行注漿。

A.埋深較淺、圍巖為砂土層的土洞可采納振動(dòng)沉管方式進(jìn)行充填注漿；

B.小于3米全填充溶、土洞，無充填溶、土洞和半填充溶、土洞

采納先成孔、后埋入注漿管、并留意封閉溶洞頂板及注漿管與孔壁間的間隙后才能注漿。注漿加固處理的方法為采納Φ48的PVC袖閥管注漿，注漿管應(yīng)進(jìn)入溶（土）洞底板