地鐵盾構區(qū)間穿越溶、土洞區(qū)加固處理設計

1、地鐵盾構區(qū)間穿越溶、土洞區(qū)加固處理設計 【摘 要】 對廣州地鐵二號線三遠盾構區(qū)間長距離穿越巖溶地質區(qū)域時，首次提出以結構底板下10m深度內是否消失地窖或巖土交界面作為劃分巖溶處理高、低風險區(qū)的依據(jù)，并提出“充填處理”和“巖面注漿”及“道床預留注漿管”的點面結合、治理與預防兼施的溶、土洞綜合處理方案，為該工程的順當實施供應理論依據(jù)和指導作用，并為后繼地鐵工程的設計供應參考。 【關鍵詞】 盾構區(qū)間 土洞 溶洞 風險區(qū)劃分 處理方案 前 言 按照廣州市軌道交通線網計劃，地鐵二號線接已建三元里站向北延長，穿過計劃白云新城至嘉禾，全長 9.35km，所有為地下線，規(guī)劃 2022 年底建成通車。二號線北延

2、線線路在廣花凹陷沖積盆地內的巖溶盆地內穿行，該區(qū)域溶、土洞劇烈發(fā)育，對地鐵的施工、運營均存在較大風險。本文針對三遠盾構區(qū)間國內首次盾構施工長距離穿越巖溶、土洞區(qū)，地質條件差、施工難度大、風險高、處理范圍廣等狀況，參考國內同類地質工程施工閱歷，結合理論分析，提出對區(qū)間全線舉行風險區(qū)域劃分，決定一個合理的處理范圍，再按照詳細狀況實行針對性的措施舉行處理。 1 工程概況 三遠區(qū)間起點為已運營三元里地鐵站，穿越環(huán)城高速大路之后進入舊白云機場，到達遠景站，區(qū)間單線長約 1124m，隧道洞頂覆土埋深 6 12m，采用盾構法施工。 本區(qū)間位于白云山西側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，鉆探揭露的溶洞有 311個，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，最大高度7.93m，以全填充為主，填充物多為流塑軟塑狀粉質粘土。 第四系砂層孔隙潛水與下伏巖溶水構成雙層含水結構，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粘土層，成為相對隔水層，但因為基巖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，而使上下兩層水連通的方式多呈點、片狀或條帶狀分布，本區(qū)土洞的發(fā)育與其親密相關。 2 高、低風險區(qū)的劃分 在區(qū)間結構底板下10m范圍內，若未發(fā)覺溶洞和土洞，在深度 10m 范圍內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）洞對結構影響低風險區(qū)段，否則，定為高風險區(qū)段。將平安厚度分界線定為底板下 10m是基于下述考慮： （1）按照目前老白云機場地鐵沿線地質鉆孔，巖土界面基本都在機場跑道下 10m 以下，界面上附近存在大量的溶（土）洞。舊白云機場運營 70 多年均未見因溶（土）洞塌陷而影響機場使用的事例，說明溶（土）洞的掩蓋頂

5、板大于 10m，塌陷的風險是很小的。 （2）按照鐵道科學研究院對線路列車運行的沖擊振動影響的實地檢測，對混凝土軌枕碎石道床線路，在軌面下 2.5m的路基內土體的振動加速度，均已衰減至地面值的 0 - 10%。埋置式地鐵在軌面下有一個體積和剛度很大的箱型結構，結構本身可凝聚列車的部分沖擊振動力；地鐵列車的分量和沖擊振動也較地面鐵路的分量和沖擊振動小。因此，列車運行對結構底板下土體的影響深度會比地面鐵路的 2.5m更淺，底板 10m以下的溶（土）洞，不會因列車的運行而加速其復活、進展。 （3）按現(xiàn)在通用的隧道設計概念，在一般的砂（粉）質粘土，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構舉行設計。也就是說，只要洞室上覆土層厚度大于洞室跨徑的 2.5倍，地面平凡應力的作用對洞室結構無影響。我們將分界線定在底板下 10m，即認為在10m分界線的基面下，若土洞的跨徑小于 4.0m，略去水文地質的影響，對于靜止土壓力和隧道的運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，我們認為在底板下 10m 以下的溶（土）洞，對地下鐵道結構的平安影響不大。 綜上所述，與舊白云機場運營 70 多年的工程類比，以鐵道科學研究院道床下路基的動態(tài)影響測試為依據(jù)，從目前公認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，只要處理好已探明表層的溶（土）洞，這時即使有漏探的土洞，其塌陷成漏斗狀地窖的風險也是較低的。 上述10m的分界線是一個原則上的分界線，按標貫 8-15 擊的粉質粘土為分界標準層，若結構底板下土層強度高，屬硬塑以上狀態(tài)，或者土層粘性很好，則風險分界線可適當上升；相反，若底板下土層有較厚的淤泥或淤泥質土、膠結很差的砂性土、松散砂土等不良地層，則風險分界線可適當降低，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，后盾構掘進； （2）全線劃分凹凸風險區(qū)，分區(qū)域處理；重點處理高風險區(qū)隧道底板下 10m 和隧道兩側各 5m 范圍內溶洞及巖土交界

8、面層；低風險區(qū)僅對隧道兩側各 5m 范圍發(fā)覺的土洞充填處理； （3）對需處理的溶、土洞，實行填充、壓密的方法處理，按照填充狀態(tài)實行不同的處理工藝； 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，可消退或擊破相鄰土洞使之坍塌隨即處理。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、構造帶、節(jié)理、裂隙，所有用漿液固結，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，從而阻擋已有溶洞、土洞的發(fā)生進展，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，注漿蔓延半徑設計為 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；對于洞內水有流淌性時，周邊孔應在漿液中加入摻加速凝劑，控制漿液凝結時光在 1020

10、 秒左右。注漿施工時，應實行分序孔的注漿方式，采用先外圍后內部、先下后上的注漿施工方法。為保證漿液不至于跑得太遠，應采用間歇定量分次，先低壓灌漿后高壓補強注漿的方法，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： 當溶、土洞高度大于2m時，地面鉆孔放入鋼套管并固定，將200 注砂管放至溶洞上，用高壓風機將干砂壓入，為防止洞內高壓阻擋灌砂，利用其它灌漿孔作為減壓孔。吹砂以填充密實，壓力穩(wěn)定時，即可停止。然后再用其它孔插入袖閥管靜壓灌漿填充密實。當溶、土洞高度小于 2m 時，直接采用袖閥管靜壓灌漿填充密實。 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。注漿蔓延半徑設計為 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當有良好的勻稱性、獨立性、密閉性。加固效果檢查方法是在固結體內鉆孔取芯，測得其無側限強度和滲透系數(shù) K，需達到以下標準： 換刀盤處：無側限強度0.3MPa；滲透系數(shù)1.0 × 10 - 7cm/sec。 一般地段：無側限強度0.15MPa；滲透系數(shù)1.0 × 10 - 5cm/sec。 3.2.4 道床預留注漿孔 盾構區(qū)間預留注漿孔是對運營期間基底產生塌陷空洞處理的一種預防措施。在道床施工之前，采用一端帶有法蘭盤的 90 鋼管，