明挖基坑岩溶处理施工技术研究_高威.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言在明挖基坑工程中，岩溶地质会对地下工程项目的安全和工程后期投用产生较大影响，说明正确处理岩溶地质是工程单位应当重点解决的问题。国内对岩溶处理方面的研究均有先例，例如，丰帆等1对宜万铁路的岩溶隧道修建技术进行了探究，重点讨论了岩洞水勘察、水处理的相关问题；杜红波2探索了长沙地铁3号线的湘江隧道方案，研究了岩溶隧道中盾构方案的选型；朱斌等3总结了适用于我国灰岩地区岩溶问题的解决方式等。本文对明挖基坑中岩溶的勘察、地质和水文情况进行分析，并对岩溶处理技术的运用展开研究。2工程项目简介某轨道交通线路车站站台为地下2层形式，站台中心里程位置的底板埋深约为16.5 m，基坑长288 m，宽22 m，开挖深度为16.317.4 m。车站为地下明挖，结构外围有防水层，附近带有岩溶、土洞发育。在地铁施工和后期运营阶段中，溶洞在附加荷载、振动等作用下容易产生地基坍塌、变形、建筑物倒塌等问题。3明挖基坑岩溶勘察工作工程中可主要运用综合物探、钻探、水文试验等勘察方式，经由初勘、详勘、岩溶专勘、施工勘察等工作，重点收集了工程项目覆盖区域内的岩溶发育、分布特点等相关信息，明晰了溶洞分布的规模与形态。其中，经过对钻孔地质三维成像、跨孔电磁波CT、全方位和高密度电法等技术的比较后，在详勘、岩溶专勘环节中应用了跨孔弹性波电子计算机断层扫描技术（CT技术）和跨孔电阻率CT技术，以及声呐渗流测井、管波探测等综合物探技术，在施工勘察阶段，使用了探灌结合探边孔、地质雷达、微动探测等技术。跨孔弹性波CT是在勘察工【作者简介】高威（1993），男，山东菏泽人，工程师，从事地铁工程研究。明挖基坑岩溶处理施工技术研究Study on Construction Technology of Karst Treatment in Open Excavation高威（中建二局土木工程集团有限公司，广东 佛山 528000）GAO Wei(ChinaConstructionBureauNo.2CivilEngineeringGroupCo.Ltd.,Foshan528000,China)【摘要】围绕某工程案例的实际情况，对明挖基坑岩溶处理施工技术进行研究。简述了明挖基坑岩溶勘察工作，通过明确工程项目的岩溶地质与水文情况，对岩溶处理施工风险以及岩溶处理施工中应遵循的原则进行确定，制订全填充溶洞、半填充和未填充溶洞采取的处理措施，证实了岩溶处理施工技术在明挖基坑工程项目中具有较强的可行性。【A b s t r a c t】Basedontheactualsituationofanengineeringcase,thekarsttreatmentconstructiontechnologyofopenexcavationfoundationpitis studied.This paper briefly describes the karst investigation work of open excavation foundation pit.By defining the karst geology andhydrological conditions of the project,the construction risks of karst treatment and the principles to be followed in the construction of karsttreatmentaredetermined,andthetreatmentmeasurestakenforfullyfilledkarstcaves,semi-filledandunfilledkarstcavesareformulated,whichprovesthatthekarsttreatmentconstructiontechnologyhasstrongfeasibilityinopenexcavationfoundationpitengineeringprojects.【关键词】明挖基坑；岩溶处理；施工技术；地质；勘察【K e y w o r d s】openexcavation;karsttreatment;constructiontechnology;geological;investigate【中图分类号】U231.3【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）06-0196-04【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.06.264196作中主要应用的物探技术，为了确定适用于工程项目中岩溶区域的物探方式，在勘察工作中对各类跨孔CT技术进行了对比，勘察人员分别对不同CT技术对试验区域的物探剖面开展了数据收集、分析处理、结果总结等工作。4明挖基坑岩溶处理施工技术分析4.1工程项目岩溶地质与水文情况4.1.1岩溶发育状态分析勘察报告后可知，工程项目区域勘探深度范围内，发现了带有溶洞、溶蚀裂缝的钻孔，对钻孔分析后知岩溶的遇见率高达90%。在勘察区域内还发现了一条横剖面为V字形的溶蚀深沟，朝东北方向延伸，宽度为20 m，平均深度大约为25 m。溶蚀深沟从东北向西南方向倾斜，向附近河道方向延伸，且深度逐渐加大，说明工程项目所在区域内的岩溶发育相对剧烈。发现的100处岩溶具体情况见表1。表 1工程项目岩溶种类、数量与占比岩溶种类数量/处所占比例/%无充填黏土充填砂土充填角砾岩6122806122804.1.2岩溶发育特征在工程项目的勘察区域内，岩溶主要发育在泥盆系的底层内，还有少数在泥盆系灰岩、白垩系底部发育，属于埋藏型岩溶。岩溶的发育主要为水平方向，具有部分垂直发育的倾向，岩溶形态以溶蚀沟槽、裂缝、溶洞为主。关键岩溶充填物为角砾，钙铁质和泥质已经胶结成岩，还有部分岩溶具有空洞、充填黏性土、砂土的特点。地下水排泄方面与附近河道有关，岩溶发育条件优良，还有快速向白垩系粉砂岩、浅向发展的趋势。由于勘察区域内的地层中，岩溶洞体为充填、半充填、未充填角砾岩，造成充填物的性质具有较大差异，部分松散砂土和充填黏土由于强度较低，容易受到水流冲蚀的危害，说明勘察区域场地内的岩溶发育会对工程项目的抗震稳定性带来不良影响，可能会带来岩溶塌陷、构造物被破坏的风险，致使桩基施工进度受到阻碍，从而发生地面下陷、桩位塌孔的问题，引发安全隐患和事故等。4.1.3岩溶水文特点岩溶水存在于泥盆系中统棋子桥组内，碳酸盐类的岩溶发育地区，水文自身的渗透性与富水性特征，通常会受到岩溶发育程度、规模、连通性、裂缝充填等方面的影响。分析勘察报告中岩溶发育特征、钻探中钻孔进水量信息可知，工程项目所在区域内的岩溶水量较为丰富，岩溶规模较大，钻探到角砾岩层后会存在漏水现象，说明岩溶充填物具有良好的富水性、透水性，涌水量较多。因岩溶水同上部浅水、附近河道的河水有密切联系的缘故，如果明挖基坑深度过大，则容易产生流土问题，使地下水沿着溶蚀裂缝涌出，也是岩溶处理技术应用过程中的主要风险来源。4.2岩溶处理施工风险的确定在工程项目结构的底板以下10 m范围内，如果没有发现溶洞和岩土界面，可以将其划分为低风险区域，其他均为高风险区域。安全厚度分界线为底板以下10 m的原因在于以下两个方面。1）按照当前通用的施工设计理念，砂质黏土、碎石层等岩土层中，拱顶覆土层厚度通常要为洞室开挖跨度的3.5倍，再按照承压拱的思路设计结构，会让土层的应力作用不会对洞室结构产生影响。如果土洞的跨径在4 m以内，忽略水文因素的影响，则静压土的压力不会对工程项目带来安全风险。2）对冲击振动的影响进行实地勘察后发现，混凝土轨枕碎石道床中，轨道面以下2.5 m路基内部土体的振动加速度已经下降至标准地面值的0%10%。由于轨面下部具有体积大、刚度较大的箱形结构，能够分散轨道运行时产生的冲击力，说明此时对于底板下部土体的影响深度通常会小于2.5 m，则底板10 m以下的溶洞也不会由于轨道运行而发展。明挖基坑的施工风险主要集中在基坑开挖、维护结构施工两个方面，在工程项目岩溶区域内开展勘察工作时，曾发生过数次钢套管掉落的现象，说明整个区域内溶洞数量较多，岩层附近可能还存在土洞，在主体连续墙施工时，容易发生掉钻、涌水、塌孔等事故，因连续墙呈现出长条状，还会引发大面积地面坍塌事故。工程项目中某处的钻孔在基底上部大约2 m位置处钻探到了溶洞，高度为12 m，而其他钻孔距离结构地板310 m。在明挖基坑作业开展之时，当作业进展到基底位置后，容易出现涌水、涌砂、坍塌事故，由于溶洞和砂层具有较强的连通性，使得影响范围有所增加，堵漏问题的解决时间变长，且因工程项目地表位置涉及商圈，还会对周围管线、建筑物等的安全产生直接影响。4.3岩溶处理施工技术的原则在综合考虑明挖基坑现场施工、运营安全等情况后，结合Construction Technology工程施工技术197Construction&DesignForProject工程建设与设计岩溶和工程结构的相对位置关系，明确岩溶规模、顶板稳定岩面厚度、覆跨比等之后，要对岩溶问题的处理范围加以划定。根据工程项目的岩溶地质情况，溶洞分为低、高风险区域，不同区域的岩溶处理施工技术原则有以下几点。1）高风险区域的溶洞需要从地面起开展填砂工作，地面空旷地段中，要搭配使用岩面注浆法，低风险区域不对溶洞进行处理。2）高风险区域下方土层应当采用水泥搅拌桩加固。如果在搅拌桩施工时发现新的岩洞，则要尽快予以处理。在全充填的情况下可直接使用搅拌桩加固，半充填、无充填时，则要先开展地面充填加固处理工作。3）处理溶洞时，钻孔要钻到溶洞的底步，按照自下而上的原则加固溶洞，在钻孔进入岩面0.5 m后，再有序进行注浆工作。4）岩溶处理的范围是工程项目洞身、两侧各3 m。5）对于地面上有建筑物的地区，如果无溶洞相关资料则不进行处理，只在管片位置处预留注浆孔，便于在后期溶洞影响加剧而造成隧道沉降时，可尽快完成注浆加固工作3。4.4岩溶处理施工技术的应用在施工补勘过程中，由于未开挖区域的地面相对平整，可考虑使用地质雷达技术，高效探测下部的异常地质体。在基坑开挖区域内，如果存在涌水、渗水等现象，则会由于施工现场内起伏较大，且局部地区带有大量积水，使地质雷达难以保障勘测效果，换用跨孔弹性波CT技术，因其对地面要求较低，可参照两孔之间的波速判断出孔位间的异常地质体。根据已注浆处理的施工信息，判断下部基岩面的埋深，借助小口径钻具的力量，高效管控钻进深度而不会进入到基岩内。当基岩被钻透而发生涌水现象之时，工程单位则要按照现场的具体情况分析人为造成涌水点的特征，选择物探技术开展探查工作。整个岩溶处理施工可在施工准备与测量放线后划分为两大部分，即地下连续墙的岩溶探测，以及基坑内岩溶的探测。两部分的施工均要考虑到是否存在溶洞的情况，前者在无溶洞时可直接进行地下连续墙施工，后者则在有溶洞时进行注浆处理，判断是否满足于施工要求。岩溶处理施工流程如图1所示。4.4.1岩溶区域的探测在开展维护结构施工作业前，首要任务是开展地质钻探工作，明确维护结构、基底位置处是否存在隐藏的岩溶。每个墙上可钻孔2处，深度需要超过连续墙深度1 m，用以确认是否存在岩溶、空洞，若发现空洞要尽快处理。由于施工现场内存在不良地质问题，维护结构施工的界限要控制在外放3 m，如果溶洞的发展超过了3 m界限，则停止外探溶洞边界，保证地下连续墙3 m范围内的钻孔间距为3 m，钻孔深度超过地下墙深度1 m。地下连续墙内侧超前地质钻孔平面的布置以溶洞钻孔为中心向周围扩散，采用平面方格2 m2 m的方式图 1岩溶处理施工流程示意图施工准备测量放线地下连续墙岩溶探测无溶洞有溶洞无溶洞有溶洞注浆注浆不符合要求符合要求不符合要求符合要求开挖支护，主体施工基坑内岩溶探测连续墙施工198布孔，可勘察到洞体的平面范围，而在补勘工作中未揭露的区域，以及新查明溶洞范围外的区域内，则选用4 m4 m的方式布孔。钻孔的深度方面可按照基底以内10 m的标准加