地鐵盾構(gòu)區(qū)間穿越溶、土洞區(qū)加固處理設(shè)計(jì)

1、地鐵盾構(gòu)區(qū)間穿越溶、土洞區(qū)加固處理設(shè)計(jì) 【摘 要】 對廣州地鐵二號(hào)線三遠(yuǎn)盾構(gòu)區(qū)間長距離穿越巖溶地質(zhì)區(qū)域時(shí)，首次提出以結(jié)構(gòu)底板下10m深度內(nèi)是否消失地窖或巖土交界面作為劃分巖溶處理高、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的依據(jù)，并提出“充填處理”和“巖面注漿”及“道床預(yù)留注漿管”的點(diǎn)面結(jié)合、治理與預(yù)防兼施的溶、土洞綜合處理方案，為該工程的順當(dāng)實(shí)施供應(yīng)理論依據(jù)和指導(dǎo)作用，并為后繼地鐵工程的設(shè)計(jì)供應(yīng)參考。 【關(guān)鍵詞】 盾構(gòu)區(qū)間 土洞 溶洞 風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃分 處理方案 前 言 按照廣州市軌道交通線網(wǎng)計(jì)劃，地鐵二號(hào)線接已建三元里站向北延長，穿過計(jì)劃白云新城至嘉禾，全長 9.35km，所有為地下線，規(guī)劃 2022 年底建成通車。二號(hào)線北延

2、線線路在廣花凹陷沖積盆地內(nèi)的巖溶盆地內(nèi)穿行，該區(qū)域溶、土洞劇烈發(fā)育，對地鐵的施工、運(yùn)營均存在較大風(fēng)險(xiǎn)。本文針對三遠(yuǎn)盾構(gòu)區(qū)間國內(nèi)首次盾構(gòu)施工長距離穿越巖溶、土洞區(qū)，地質(zhì)條件差、施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高、處理范圍廣等狀況，參考國內(nèi)同類地質(zhì)工程施工閱歷，結(jié)合理論分析，提出對區(qū)間全線舉行風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分，決定一個(gè)合理的處理范圍，再按照詳細(xì)狀況實(shí)行針對性的措施舉行處理。 1 工程概況 三遠(yuǎn)區(qū)間起點(diǎn)為已運(yùn)營三元里地鐵站，穿越環(huán)城高速大路之后進(jìn)入舊白云機(jī)場，到達(dá)遠(yuǎn)景站，區(qū)間單線長約 1124m，隧道洞頂覆土埋深 6 12m，采用盾構(gòu)法施工。 本區(qū)間位于白云山西側(cè)前緣的廣花凹陷沖積盆地，地勢平坦，上覆第四系地層以沖洪積

3、砂層、土層及殘積土層為主，厚度為10 30m；下覆基巖為石炭系中上統(tǒng)壺天群石灰?guī)r和二迭系下統(tǒng)棲霞組炭質(zhì)灰?guī)r地層沉積地層，巖面凹凸起伏，埋深10-30m。區(qū)間隧道主要在上更新統(tǒng)沖洪積層和殘積層中穿行。 區(qū)間勘察鉆孔 175 個(gè)，鉆探揭露的溶洞有 311個(gè)，見洞率為 55.03%，溶洞最大高度 9.7m，全充填的占 51.5%，充填物多為流塑、軟塑狀粘土；鉆探揭露土洞共44 個(gè)，最大高度7.93m，以全填充為主，填充物多為流塑軟塑狀粉質(zhì)粘土。 第四系砂層孔隙潛水與下伏巖溶水構(gòu)成雙層含水結(jié)構(gòu)，兩含水層之間普遍分布有厚幾米至十余米以上的殘積粉質(zhì)粘土層，成為相對隔水層，但因?yàn)榛鶐r面起伏其厚度變化大和殘積

4、土層中含有數(shù)量不等的灰?guī)r碎屑物質(zhì)，而使上下兩層水連通的方式多呈點(diǎn)、片狀或條帶狀分布，本區(qū)土洞的發(fā)育與其親密相關(guān)。 2 高、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的劃分 在區(qū)間結(jié)構(gòu)底板下10m范圍內(nèi)，若未發(fā)覺溶洞和土洞，在深度 10m 范圍內(nèi)沒有或很少巖土界面（即巖面基本在底板 10m 以下），符合上述條件，將其定為溶（土）洞對結(jié)構(gòu)影響低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)段，否則，定為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)段。將平安厚度分界線定為底板下 10m是基于下述考慮： （1）按照目前老白云機(jī)場地鐵沿線地質(zhì)鉆孔，巖土界面基本都在機(jī)場跑道下 10m 以下，界面上附近存在大量的溶（土）洞。舊白云機(jī)場運(yùn)營 70 多年均未見因溶（土）洞塌陷而影響機(jī)場使用的事例，說明溶（土）洞的掩蓋頂

5、板大于 10m，塌陷的風(fēng)險(xiǎn)是很小的。 （2）按照鐵道科學(xué)研究院對線路列車運(yùn)行的沖擊振動(dòng)影響的實(shí)地檢測，對混凝土軌枕碎石道床線路，在軌面下 2.5m的路基內(nèi)土體的振動(dòng)加速度，均已衰減至地面值的 0 - 10%。埋置式地鐵在軌面下有一個(gè)體積和剛度很大的箱型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)本身可凝聚列車的部分沖擊振動(dòng)力；地鐵列車的分量和沖擊振動(dòng)也較地面鐵路的分量和沖擊振動(dòng)小。因此，列車運(yùn)行對結(jié)構(gòu)底板下土體的影響深度會(huì)比地面鐵路的 2.5m更淺，底板 10m以下的溶（土）洞，不會(huì)因列車的運(yùn)行而加速其復(fù)活、進(jìn)展。 （3）按現(xiàn)在通用的隧道設(shè)計(jì)概念，在一般的砂（粉）質(zhì)粘土，甚至較松散的砂層或碎石層，拱頂?shù)纳细餐翆雍穸却笥诙词议_挖

6、跨度的 2.5 倍，即可形成土拱，可使用承壓拱理論對結(jié)構(gòu)舉行設(shè)計(jì)。也就是說，只要洞室上覆土層厚度大于洞室跨徑的 2.5倍，地面平凡應(yīng)力的作用對洞室結(jié)構(gòu)無影響。我們將分界線定在底板下 10m，即認(rèn)為在10m分界線的基面下，若土洞的跨徑小于 4.0m，略去水文地質(zhì)的影響，對于靜止土壓力和隧道的運(yùn)營影響而言是平安的，而按照已探明的土洞，直徑大于 4.0m是很少的。因此，我們認(rèn)為在底板下 10m 以下的溶（土）洞，對地下鐵道結(jié)構(gòu)的平安影響不大。 綜上所述，與舊白云機(jī)場運(yùn)營 70 多年的工程類比，以鐵道科學(xué)研究院道床下路基的動(dòng)態(tài)影響測試為依據(jù)，從目前公認(rèn)的半理論半閱歷的壓力土拱理論分析，說明在底板下 1

7、0m 土層外，且?guī)r土界面不多時(shí)，只要處理好已探明表層的溶（土）洞，這時(shí)即使有漏探的土洞，其塌陷成漏斗狀地窖的風(fēng)險(xiǎn)也是較低的。 上述10m的分界線是一個(gè)原則上的分界線，按標(biāo)貫 8-15 擊的粉質(zhì)粘土為分界標(biāo)準(zhǔn)層，若結(jié)構(gòu)底板下土層強(qiáng)度高，屬硬塑以上狀態(tài)，或者土層粘性很好，則風(fēng)險(xiǎn)分界線可適當(dāng)上升；相反，若底板下土層有較厚的淤泥或淤泥質(zhì)土、膠結(jié)很差的砂性土、松散砂土等不良地層，則風(fēng)險(xiǎn)分界線可適當(dāng)降低，平安厚度要再大一些。 3 溶、土洞處理 3.1 處理原則 （1）先地面處理，后盾構(gòu)掘進(jìn)； （2）全線劃分凹凸風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，分區(qū)域處理；重點(diǎn)處理高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)隧道底板下 10m 和隧道兩側(cè)各 5m 范圍內(nèi)溶洞及巖土交界

8、面層；低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)僅對隧道兩側(cè)各 5m 范圍發(fā)覺的土洞充填處理； （3）對需處理的溶、土洞，實(shí)行填充、壓密的方法處理，按照填充狀態(tài)實(shí)行不同的處理工藝； 3.2 處理方案 溶、土洞處理采用“充填處理 巖面注漿”及預(yù)留注漿管的綜合處理方案。充填處理主要是按照洞的大小及充填狀況實(shí)行先充填砂夾石，再靜壓灌漿或直接靜壓灌漿。按照以往在防治巖溶地面塌陷實(shí)踐，充填注漿乃是有效的措施，采用密布的壓漿孔可以揭露土洞，消退隱患；壓漿可以充填地窖，防止土洞坍塌；漿液蔓延滲透，可消退或擊破相鄰?fù)炼词怪S即處理。巖面注漿是采用袖閥管在巖土界面上舉行注漿加固，其目的主要是壓漿封堵基巖和土層的界面，壓漿管只在界面附近開孔，

9、用較高的壓力將界面上的溶槽、溶溝、破裂帶、構(gòu)造帶、節(jié)理、裂隙，所有用漿液固結(jié)，將界面周邊的溶洞、土洞填滿，將溶洞和界面連通的通路(洞口)封住，甚至固結(jié)，從而阻擋已有溶洞、土洞的發(fā)生進(jìn)展，阻擋或延緩新土洞的形成。 3.2.1 溶、土洞充填處理方案 全填充溶洞處理： 采用靜壓灌漿法，在鉆孔中插入袖閥管下到溶洞底面，舉行深孔注漿。袖閥管采用90PVC 管，注漿蔓延半徑設(shè)計(jì)為 1.5m，鉆孔間距 2.0m× 2.0m正方形布置。靜壓灌漿法采用純水泥漿，水灰比=0.5：1 1：1，注漿壓力 0.4 1.0Mpa；對于洞內(nèi)水有流淌性時(shí)，周邊孔應(yīng)在漿液中加入摻加速凝劑，控制漿液凝結(jié)時(shí)光在 1020

10、 秒左右。注漿施工時(shí)，應(yīng)實(shí)行分序孔的注漿方式，采用先外圍后內(nèi)部、先下后上的注漿施工方法。為保證漿液不至于跑得太遠(yuǎn)，應(yīng)采用間歇定量分次，先低壓灌漿后高壓補(bǔ)強(qiáng)注漿的方法，在注漿壓力下，吸漿量 1 2L/min穩(wěn)壓 15min 終注。 半填充、未填充溶洞的處理： 當(dāng)溶、土洞高度大于2m時(shí)，地面鉆孔放入鋼套管并固定，將200 注砂管放至溶洞上，用高壓風(fēng)機(jī)將干砂壓入，為防止洞內(nèi)高壓阻擋灌砂，利用其它灌漿孔作為減壓孔。吹砂以填充密實(shí)，壓力穩(wěn)定時(shí)，即可停止。然后再用其它孔插入袖閥管靜壓灌漿填充密實(shí)。當(dāng)溶、土洞高度小于 2m 時(shí)，直接采用袖閥管靜壓灌漿填充密實(shí)。 3.2.2 巖面注漿處理方案 巖面注漿采用 9

11、0 袖閥管注漿。處理寬度為11m（線路中線左右 5.5m），高度為巖面上 1m 厚土層。注漿蔓延半徑設(shè)計(jì)為 1.5m，布孔間距按 3m ×3m 梅花型布置。首先施工 90mm 130mm 直徑的鉆孔至巖面下 0.5m，然后下袖閥管舉行注漿。 3.2.3 加固效果檢查 溶、土洞加固后的土體應(yīng)當(dāng)有良好的勻稱性、獨(dú)立性、密閉性。加固效果檢查方法是在固結(jié)體內(nèi)鉆孔取芯，測得其無側(cè)限強(qiáng)度和滲透系數(shù) K，需達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)： 換刀盤處：無側(cè)限強(qiáng)度0.3MPa；滲透系數(shù)1.0 × 10 - 7cm/sec。 一般地段：無側(cè)限強(qiáng)度0.15MPa；滲透系數(shù)1.0 × 10 - 5cm/sec。 3.2.4 道床預(yù)留注漿孔 盾構(gòu)區(qū)間預(yù)留注漿孔是對運(yùn)營期間基底產(chǎn)生塌陷空洞處理的一種預(yù)防措施。在道床施工之前，采用一端帶有法蘭盤的 90 鋼管，