施工技术职称论文城市地铁隧道岩溶探测技术

时间：2013-11-29 分类：交通运输

　　摘要：沿江、沿海地区城市地铁施工中经常会遇到岩溶，其不可预见性和对工程的危害性极大。尤其是浅埋暗挖隧道施工，如若在开挖前未采取必要的探测和预处理，将很可能引起隧道内坍塌、涌水，进一步影响到隧道上方地下管线、周边建筑物的安全。本文通过工程实例总结分析类似工程施工过程中的岩溶探测与处理的关键技术。

　　关键词：城市地铁,浅埋暗挖,岩溶,关键技术

　　0 引言

　　南京地铁三号线滨江路站～五塘村站区间隧道即属于浅埋暗挖岩溶隧道的工程类型。施工中以设计方案为依托，通过地面探测、洞内探测等技术手段，有效的对岩溶进行了探测和预加固处理，确保了隧道开挖安全顺利的实施，在此基础上总结出城市地铁浅埋暗挖隧道岩溶探测与处理关键技术。文献[1-7]岩溶探测方法、手段的合理选用及处理措施，文献[7]根据工程实例对溶洞注浆加固技术进行了阐述，本文编写过程中涉及的相应内容有所参考借鉴。

　　1 工程概况

　　滨江路站～五塘村站矿山法区间设计起点站为中央北路-燕江路交叉口的滨江路站，线路沿中央北路向东南穿越，在中央北路-幕府东路交叉口处到达五塘村站。区间双线延长米734.832m，包含临时施工竖井及施工横通道(兼区间联络通道)各一座。隧道采用马蹄形断面复合式衬砌结构，隧顶埋深约17.3m～19.1m。

　　隧道沿线侧穿大量低矮房屋，主要为4～6民房、厂房等建筑物，房屋基础均为条形基础。隧道上方主要压力管线为4根直径1~1.5大口径城市主供水管，管底埋深约3米。

　　2 工程地质及危害分析

　　2.1 综合地质情况

　　区间隧道横通道以北属长江漫滩区，地势北低南高,相对平缓;横通道以南属岗地(含剥蚀残丘)地貌单元,地形起伏变化大，岗间坳沟较多。

　　隧道穿越地层主要有Z2d-2、 Z2d-3强风化、中风化灰岩，靠近五塘村站(约60~80米)存在地质突变，局部穿越T3f-2、T3f-3强、中风化泥岩。

　　基岩面以上地层主要有：④-4e1混合土、④-3b1-2粉质粘土、②-3b3粉质粘土，靠近滨江路站南端头长江漫滩区还分布有②-3d3粉砂层和②-2c2-3粉土层，上述地层隧着基岩面的起伏主要分布在隧道拱顶部位，局部地段进入隧道开挖范围内。

　　2.2 岩溶分布情况

　　1)根据钻探成果结合探地雷达成果表明，沿线岩溶较为发育，但规模一般较小，溶洞长轴方向呈垂直方向，短轴一般较小，长轴方向即深度最大深达8.1m。

　　溶洞在隧道的顶板、底部及两侧均有分布，总体上右线隧道多于左线隧道，左线隧道岩溶洞体小于右线隧道。另外，线路北段较南段岩溶发育。这主要是受滨江路～五塘广场正断层的影响，岩体破碎，利于岩溶发育。从地形地貌上看，线路北段地势低洼，是地下水汇集区，由此排入长江，所以地下水较为丰富，也利于岩溶发育。

　　总体上看发育较大的溶洞一般都具有充填物，发育较小的(10～30cm)一般多无充填物，呈空洞，施工过程中多具体掉钻、漏浆现象。溶洞充填物一般以粘性土和风化岩碎屑构成，在K12+360以北路段主要由软塑、硬塑状粘土、风化岩碎屑构成，K12+360以南路段多为硬塑粘土充填。溶洞充填的粘性土一般呈高含水率、高液限特点，具有红粘土特性。

　　2)水利连通性

　　该区域溶洞内水量受地表降水影响较大，有较好的连通性。

　　2.3危害分析

　　根据溶洞同隧道开挖轮廓的位置关系，对隧道施工的影响为：

　　① 位于隧道拱顶、上半断面开挖轮廓外侧近距离的溶洞在不能预先探明并处理的情况下，容易出现坍塌。严重的甚至会引起顶部软塑土、粉土、粉砂层的坍塌，造成难以预估的安全事故。

　　② 开挖轮廓范围内的溶洞由洞内超前探测出的几率较大，危害相对要小;

　　③ 仰拱下方的溶洞对隧道结构的使用安全存在着安全隐患。

　　3 施工关键技术

　　3.1岩溶处理范围

　　岩溶处理范围为隧道开挖轮廓内以及外侧5m范围。

　　3.2 地面处理

　　3.2.1处理方案

　　对详勘和补勘发现溶洞，根据溶(土)洞大小、填充物情况采取不同的处理措施;

　　1)对全填充溶(土)洞，利用补勘孔或对详勘孔重新扫孔，成孔后下入袖阀管，对溶洞范围注入水泥浆进行加固。

　　2)对洞径大于2米的无填充或半填充溶(土)洞，先采用水泥砂浆进行填充，再采用袖阀管压力注浆填充，注浆液为水泥浆。

　　3)对洞径小于2米的无填充、半填充溶(土)洞，直接采用袖阀管进行压力注浆填充，注浆液为水泥浆。

　　4)若溶洞跨处理范围边线分部，则在距隧道边界外5m处施工一排注浆孔，注水泥水玻璃双液浆形成止浆墙，随后再视具体情况选择上述工艺进行处理。

　　3.2.2施工参数

　　1)成孔

　　成孔直径不小于108mm，成孔深度必须穿透溶腔且锚入完整基岩1米以上。

　　2)注浆管材质

　　注浆管采用内φ56外φ68SX系列袖阀注浆管和PRC、PBH双向密封注浆芯管，后退式注浆。

　　3)封孔措施

　　袖阀管下设完成后，对孔壁间隙采用粗砂填充，填充至地面下3米时停止，上部采用水泥浆填充密实。同时，采用粗砂代替水泥砂浆对无填充或半填充溶洞进行回填。#p#分页标题#e#

　　4)浆液选择

　　设计方案中采用的均为水泥浆，但根据地勘报告和横通道实际遇到的溶洞情况，溶洞内均存在少量溶蚀水且有一定的水利连通性。

　　为能够达到有效止水和提高浆液利用率的目的，同时为避免钻孔渗水对后期隧道开挖造成不良影响，计划在实施时采用1:1水泥水玻璃双液浆。

　　5)注浆结束标准

　　考虑到无法准确掌握溶洞确切大小，注浆量也无法准确计算。因此，为确保加固效果，计划参照混合土地层注浆参数，以2.0MPa的压力作为结束标准。

　　3.3 洞内超前处理

　　3.3.1 处理原则

　　结合超前地质预报发现的情况，对于以下几种情况采取洞内超前处理措施：

　　1)对发育于隧道大跨以上、开挖轮廓外的岩溶，必须进行洞内超前处理;

　　2)隧道大跨以下开挖轮廓线外2m范围附近的岩溶，必须进行洞内超前处理;

　　3)对发育于隧道开挖范围内的岩溶，若填充物较差、富水情况下，应进行洞内超前处理;

　　4)隧道开挖范围内高度大于2米的溶洞必须进行超前处理。

　　3.3.2 处理方案

　　洞内超前处理采用袖阀管后退式注浆加固工艺。

　　1)处理时间

　　确定溶洞的具体位置，在掌子面开挖到溶洞前2~3米进行处理。

　　2)钻孔

　　根据溶洞的具体位置、大小，计算好具体角度、长度，由掌子面向溶洞内钻孔，孔深必须钻穿溶洞并锚入基岩不小于1米;

　　钻孔数量根据溶洞大小进行确定，各孔打设角度应保证在溶洞内均匀布设。

　　钻孔采用YQ100C型气动潜孔钻机，成孔直径100mm。

　　3)注浆管材质

　　注浆管采用内φ56外φ68SX系列袖阀注浆管和PRC、PBH双向密封注浆芯管。

　　4)封孔措施

　　下管完成后，孔口50cm深度范围内采用双快水泥进行密封。凝固后，向注浆管内注入粘土低强度浆液对管壁空隙进行填充，单孔注入0.5～1.0m3浆液，完成后用清水洗孔。

　　粘土低强度浆液采用水泥浆+泥浆混合浆液，水泥浆：泥浆(体积)=1：3，水泥浆水灰比1：1，泥浆比重1.0。

　　5)浆液选择

　　在浆液选择上考虑以下因素：

　　① 有效处理岩溶水;

　　② 短时间内达到加固效果，确保掌子面快速推进。

　　故选择采用1：1水泥-水玻璃双液浆。

　　6)注浆结束标准

　　同地面处理，以2.0MPa的压力作为结束标准。

　　3.4岩溶径向钻孔探测

　　为最大限度规避运营期间隧道结构安全风险，拟在二衬结构施工前对开挖轮廓外5米范围内溶洞进行再次探测处理，具体措施如下：

　　1)对潜伏于隧道拱部和两侧的岩溶，在隧道施工时通过加长锚杆来探明岩溶，加长锚杆长L=5m，加长锚杆前端环纵向间距约1m×2m、末端环纵向间距2m×2m。根据加长锚杆钻孔探明的岩溶情况，对发现有岩溶的钻孔采用注浆锚管对岩溶进行处理。

　　2)对潜伏于隧道底部的岩溶，在隧道仰拱范围内采用风钻成孔探明岩溶，钻孔深约5m，钻孔前端环纵向间距约1m×2m, 钻孔末端环纵向间距约2m×2m。若隧道内钻孔发现有岩溶，采用φ108 t=6mm无缝钢管对岩溶进行注浆处理，无缝钢管上端应与初支连接以加强支护结构稳定性。

　　3.5 开挖过程中遇到溶洞的应急处理

　　洞外补勘、洞内超前地质预报都存在一定的盲区，难免有部分溶洞探测不到，在开挖过程中遇到时采取以下处理措施。

　　3.5.1 处理原则

　　1)当溶洞处于隧道开挖轮廓范围内，若填充物为可塑粉质粘土、可塑~硬塑粉质粘土且含水量小，稳定性好的情况下，施工时直接挖除;

　　若填充物为不稳定坍塌或出现涌水等情况，危及作业安全时，必须及时采取封闭掌子面和注浆加固措施。

　　2)对于隧道拱部和侧墙外围的岩溶，若规模较小(<1m)，则首先挖除填充物，然后采用网喷混凝土分层回填密实，并预埋注浆管，初支封闭成环后进行压密注浆;

　　若规模较大，则必须先挖除部分填充物，然后采用网喷混凝土分层回填密实，并预埋注浆管对岩溶填充物和回填喷射混凝土进行压密注浆加固。网喷混凝土厚度不小于1米，以确保初支施工过程中岩溶的稳定性。

　　3)对于隧道底部的岩溶，若规模较小(<2m)可挖除填充物，然后采用喷射混凝土回填密实，并预埋注浆管进行压密注浆;

　　若规模较大，对隧道外1m范围采用喷射混凝土回填密实，并预埋∅108 t=6mm无缝钢管注浆管对岩溶填充物和回填喷设混凝土进行压密注浆加固。

　　3.5.2 施工参数

　　1)掌子面封闭

　　① 掌子面采用格栅钢架竖向放置，间距1米。格栅间用φ22水平连接筋焊接连接。

　　② 格栅架设完成后，满铺单层钢筋网片，网片规格E6.5,150×150mm。

　　③ 采用C25喷射混凝土封闭掌子面。

　　2)打设注浆管

　　打设φ42钢花管至溶腔内，钢管应穿透溶腔并锚入基岩内1米。根据溶洞大小确定钻孔个数和钻孔深度。

　　3)注浆

　　钢管注浆采用1：1水泥浆，若溶腔内出水量较大时，应采用1:1水泥-水玻璃双液浆，以2.0MPa压力作为注浆结束标准。#p#分页标题#e#

　　4 结论与讨论

　　上述技术措施主要是借助于地面地质钻探、隧道内超前钻探以及预注浆加固手段，尽可能详细的探明隧道开挖前方影响范围内的溶洞分布情况并采取一定的加固措施。但无论是地面钻探还是洞内钻探，受布孔数量、间距的限制，在这种岩溶极度发育的地层中始终还是存在探测盲区。因此，在施工过程中必须有充分可靠的应急处理措施。

　　从现场实施情况来看，通过以上关键技术措施的实施和验证，隧道开挖遇到溶洞的位置、大小及填充物情况基本与探测情况一致，且预加固措施也起到了很好的效果，溶洞填充物加固效果较好，开挖暴露后较为稳定无大面积坍塌情况出现。

　　参考文献

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