浅谈盾构隧道穿越岩溶区域处理方法_梅雨潭.pdf

2023.04 科学技术创新浅谈盾构隧道穿越岩溶区域处理方法梅雨潭（中交城市轨道交通设计研究院有限公司，湖北 武汉）引言进入 21 世纪以来，为减小都市快速发展而带来的交通压力，城市轨道交通工程也加快了前进脚步。随着各类地下工程逐渐增多，岩溶作为地下较为常见的地质现象，一直是地下工程研究探索的重要方向1，2。本文以南京地铁 1 号线北延线一段区间所遇到的岩溶现象作为依据，进行分析岩溶处理的基本方法。1工程概况南京 1 号线北延线燕子矶站-笆斗山站区间平面线路出燕子矶站后沿和燕路向东北方向敷设，下穿岩溶区后进入珠江路，最后进入笆斗山站。本区间全长约1 100 m，其中涉溶洞段约 110 m。区间地处阶地间坳沟、阶地及长江漫滩地貌单元，浅部填土厚度一般为 1.10 m9.0 m，填土以下土层主要为黏性土、粉砂、粉土,下伏基岩有浦口组砂岩、角砾岩及石炭系黄龙组灰岩。可溶岩累计长 74.2 m，溶洞累计高度9.9 m，地勘结果表明该段钻孔遇溶洞率高，参照 岩土工程勘察规范（DGJ32/TJ208-2016），本区段岩溶发育强度为强发育，见图 1-2。2岩溶勘察2.1岩溶揭示一般方法（1）钻孔勘探法钻孔勘探法是采用直接钻孔的方式来探明地下溶洞的发育情况，需占用一定的施工场地，在地表条件允许的情况下才能采用此种方法进行溶洞勘察3。（2）地质雷达法地质雷达是以超高频电磁波作为勘察场源，由一个发射天线向地下发射一定中心频率的无载波电磁脉冲波，另一天线接收由地下不同电性介质界面产生的反射回波4-5。（3）跨孔弹性坡 CT 法作者简介：梅雨潭（1990-），男，工学硕士，工程师，研究方向：结构工程。摘要：岩溶作为常见的地质现象，对地下工程施工及后期运营带来了隐患。实际工程中常以物探成果作为依据，针对不同岩溶发育状态下的注浆处理方法进行研究。关键词：岩溶；物探；注浆中图分类号：U231文献标识码：A文章编号：2096-4390（2023）04-0145-04图 1区间隧道平面图图 2区间隧道纵断面图145-科学技术创新 2023.04跨孔弹性波 CT（又称弹性波层析成像技术）原理是在不对探测物进行任何形式是破坏的前提下，得到探测物的物理参数以及分布几何形态信息。2.2岩溶勘察成果（1）岩溶在水平方向上的分布特点：现有钻探 成 果 成 果 表 明，YK20+780K20+850 段下伏基岩为灰岩，岩溶较发育，该区间共有 6 个勘探孔揭露灰岩，其中 5 个孔有溶洞分布。其中 D1NQ4Z3 孔有 6 层溶洞呈串珠状分布于标高-10.49 m-25.59m 之间钻孔揭露溶洞情况见表 1。（2）岩溶区地质雷达勘察设计 5 条测线，总长为600 m，实际完成 400 m，跨孔弹性波 CT 勘察工作设计九组，计 12 194 个检波点 炮，总深度 296 mn，实际完成勘察深度 234.5 m，检波点 炮数 12 194 个。物探推测的岩溶异常空间位置及规模大小详见表 2。3岩溶处理的方法3.1施工探孔布置前期因受地面场地条件限制，地勘钻孔和物探测线未能覆盖全部区域，岩溶分布情况存在未查明或遗漏的情况，建议施工前在盾构主要影响区范围地面布置 2.0 m2.0 m 梅花形探测孔（兼做注浆孔），见图3，除详勘钻孔揭示的岩溶填物较为准确外，物探报告及交底文件显示岩溶填充物情况均为推测，准确度存疑，因此探孔施工过程中应针对岩溶填充物进行详细勘察，若揭示到溶洞则根据溶洞大小及填充物的具体情况采取相应的处理加固方法同步处理，处理方案参照下节 14 条。图 3岩溶处理布置图3.2溶洞、异常区处理的方法溶洞、异常区处理的方法，见表 3。表 1岩溶统计表孔号 钻孔位置 与隧道的关系 灰岩埋深/m 钻探 孔深/m 可溶岩累计钻探长 m 溶洞 位置 m 溶洞累计高度 m 溶洞率/%填充情况 填充物 备注 303307 全充填 320321 全充填 D1NQ4G1 右线YK20+764左58 m 隧道改线,现距离隧道右线58 m 29045 45 16 335352 22 138 全充填 黏土夹灰岩碎块 漏浆 305308 全充填 342347 全充填 367378 空洞 400406 全充填 427432 全充填 D1NQ4Z3 右线YK20+799左236 m 隧道底板位于灰岩顶板以上约55 m 28549 49 205 447456 39 190 全充填 黏土夹灰岩碎块 漏浆367-378m掉钻 191-194 空洞 D1NQ4G71 右线YK20+79107右768 隧道顶板位于灰岩层底界面 157248 40 91 203-206 06 66 空洞 无 灰岩段施工漏浆 D1NQ4G31 右线YK20+8228右05 隧道底板位于灰岩顶板以下约2 m 247360 36 113 271-290 19 168 全充填 黏土 漏浆 岩溶异常中心平面 投影位置 岩溶异常编号 岩溶异常中心对应测线位置(m)X(m)Y(m)岩溶异常中心标高(m)岩溶异常规模宽高(m2)充填情况 地质雷达 3-1 55.5 133 062.7 157 480.2-1.5 1.01.0 已充填 3-2 64 133 071.1 157 481.7-4.0 2.03.0 已充填 3-3 66.5 133 073.4 157 482.0-6.5 2.02.0 已充填 3-4 64 133 071.1 157 481.7-7.5 1.51.5 已充填 3-5 69 133 076.1 157 482.4-8.0 1.51.0 已充填 3-6 C3 66 133 072.8 157 481.9-9.5 1.52.5 已充填 跨孔弹性波 CT 5 CT3-CT2 2.0 133 081.2 157 471.0 -11.5 2.01.0 已充填 1 1.0 133 076.5 157 486.5 -2.0 2.01.5 已充填 2 3.0 133 077.3 157 484.7 -6.0 3.01.5 已充填 3 1.0 133 076.5 157 486.5 -9.0 1.51.0 已充填 4 CT5-CT3 14.0 133 081.7 157 474.6 -12.0 2.01.5 已充填 表 2物探推测岩溶异常分布情况（1992 南京坐标系、上海吴淞高程）146-2023.04 科学技术创新表 3溶洞、异常区处理的方法4注浆加固技术4.1注浆加固前准备工作注浆加固前，需探查各种地下管线，对影响溶洞充填注浆施工的地下管线进行迁改或加固处理，并完成灌前地面沉降变形监测点的埋设和初始值的监测。做完准备工作后，还需对现场进行生产性试验，为后续注浆施工提供数据参考，见图 4。图 4试验性注浆统计图4.2灌浆工艺（1）灌浆方法与浆材选择灌浆过程需根据现场冒、漏浆情况，及时调整灌浆压力、浓度、速率等施工指标。对于溶洞中水的处理，应合理添加双液浆或速凝补充剂。岩溶注浆应区分周边孔和中央孔，注浆孔可利用既有地质钻孔，周边孔在区间隧道外侧可采用花管，花管长度 1 m2 m，花孔直径 8mm，间距为 10 cm；隧道范围内中间孔采用 PVC 袖阀管，溶洞须填充均匀。（2）灌浆压力注浆孔位及灌浆压力，见表 4。（3）灌浆浆材配比灌浆浆材配比见表 5。（4）灌浆质量检查检测方法：对溶洞处理后的区域应采用取芯方法检查5。检测标准：对洞径大于 2 m 的溶洞必须进行质量检查，其余按溶洞处理总数的 10%进行溶洞灌浆质量检查。每个需质量检查的溶洞加固区根据溶洞发育规模，由监理工程师布置 13 个质量检查孔。钻孔取芯进行检查，取芯应连续且上部无脱空，注浆固结体28 d 的无侧限抗压强度0.15 MPa。不满足上述检查标准时，应对受检查的溶洞加固区进行灌浆补强施工，监理工程师可根据现场实际情况适量增加质量检查孔。5结论与建议（1）隧道施工前以地勘钻孔、地质雷达、跨孔弹性坡 CT 揭示出溶洞位置、大小为首要步骤，再通过对物探成果判断确定溶洞处理的方案。（2）溶洞位置、尺寸及填充物对隧道结构的影响程度存在明显的差异，针对不同位置、尺寸及填充物的溶洞，应该有不同的处理方法。其中针对不同填充程度的溶洞，因确定不同的注浆方案。（3）注浆施工过程中结合生产性试验注浆结果，可合理控制岩溶范围注浆量。由于岩溶发育范围较大且较深，注浆加固造价较高，前期生产性试验可有效控制工程费用。（4）通过岩溶区段之前的区段作为盾构岩溶施工的试验段，不断优化盾构推进参数控制地表变形，051015202551015202530354045注浆量/m?注浆孔 初始注浆量 最终注浆量?序号 注浆孔位 注浆压力参考值 备注 1 外侧周边孔 0.81 MPa 2 内侧中央孔 1.82.2 MPa 实际灌浆压力根据现场生产性试验适当调整 序号 灌浆浆材 配比参考值 备注 1 纯水泥浆 0.51.0(水:水泥)2 水泥砂浆 0.4:1:1(水:水泥:砂)3 双液浆 1:1(水泥浆:水玻璃);0.50.8(水:水泥)灌浆浆材具体配比应根据现场试验确定 表 4灌浆压力表 5灌浆浆材配比147-科学技术创新 2023.04减少对周边环境的影响，根据正面土压力，紧密结合地表变形监测，及时调整盾构掘进参数，将施工后地表变形量控制在最小范围内。根据地层情况合理制定施工参数，如刀盘转速，土仓压力，注浆压力以及掘进速度等。确保开挖面的土压力平衡，减少开挖面土体的坍塌、变形以及土层损失。（5）岩溶处理施工过程中还可能面临邻近地下管线施工风险、钻孔掉钻及成孔过程中遇到大溶洞发生塌孔、注浆时严重跑浆、地下水及岩溶水风险、未探明未处理岩溶隐伏风险、溶洞串联发育风险、盾构掘进风险等，在施工前应提前做好应急预案。参考文献1 白枝奉.昆明市岩溶发育地区地铁施工技术C/.2016 年全国工程地质学术年会论文集,2016:544-549.2邢志豪,朱斌,王健,等.溶洞注浆加固的空间属性对地铁盾构隧道建设安全的影响效应J.山东大学学报(工学版),2022,52(4):183-190+200.3谢海旭,陈榕.溶洞注浆加固对地铁盾构隧道建设的影响研究J.东北电力大学学报,2021,41(6):120-128.4赵庚亮,张志龙,赵金鹏,等.南宁地铁 4 号线岩溶发育特征及处治技术 J.科学技术与工程,2021,21(31):13552-13560.5李结全.岩溶地区地铁隧道盾构掘进安全控制技术研究D.南宁：广西大学,2018.Discussion on Treatment Method of ShieldTunnel Crossing Karst AreaMei Yutan（CCCC Rail Transit Consultant Co.,Ltd.,Wuhan,China）Abstract：As a common geological phenomenon,karst brings hidden dangers to underground engineeringconstruction and later operation.In practical engineering,we often take geophysical results as the basis.Thispaper will study the grouting treatment methods under different karst development conditions.Key words：karst；geophysical prospecting；slip casting148-