巖溶地區(qū)溶洞處理原則及方法的選擇

巖溶地區(qū)溶洞處理原則及方法的選擇摘要：目前軌道交通已為人們出行最重要的交通方式，但在我國西南、華南地區(qū)存在大量的巖溶發(fā)育區(qū)，地層長期作用，易形成溶槽、溶洞，軌道交通線路穿越巖溶發(fā)育區(qū)不可預(yù)見性和風(fēng)險(xiǎn)性極大，給巖溶勘察和地鐵施工都帶來了極大的困難和風(fēng)險(xiǎn)，本文以深圳地區(qū)具體地鐵項(xiàng)目為依據(jù)，探討巖溶處理原則及方法，以供參閱。巖溶發(fā)育概況及風(fēng)險(xiǎn)分析1.1巖溶發(fā)育概況巖溶段地貌單元類型有沖洪積平原、臺(tái)地和丘陵上覆第四系黏性土層、砂層下伏可溶性巖為灰?guī)r、碎屑灰?guī)r。發(fā)育溶洞，為無充填、半填充、全充填三種，全充填溶洞內(nèi)被軟?可塑狀的黏性土充填，部分充填物中含較多碎石。地下水以水平運(yùn)動(dòng)為主，巖溶發(fā)育以水平發(fā)育為主，地下水垂直入滲較弱，上覆土層產(chǎn)生土洞的機(jī)率較小。地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具微~弱腐蝕性。屬覆蓋型巖溶，巖溶形態(tài)主要有溶洞、土洞、溶溝溶槽、溶蝕裂隙、溶孔等，本場(chǎng)地內(nèi)巖溶形態(tài)以溶洞為主。巖溶形成的條件主要分為以下三方面：1）可溶性2）巖透水性3）水具有溶蝕力（含C02），且水必須具有流動(dòng)性［1］。1.2巖溶風(fēng)險(xiǎn)分析1、地鐵施工階段（1）富水環(huán)境施工可能引起的突水、突泥問題，造成水源流失、地面塌陷和環(huán)境惡化等風(fēng)險(xiǎn)。（2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)及立柱樁施工可能誘發(fā)巖溶區(qū)地面塌陷，圍護(hù)結(jié)構(gòu)及立柱樁底可能下沉可能引基坑開挖的縱、橫向失穩(wěn)。（3）影響地基的承載力，盾構(gòu)施工可能造成盾構(gòu)機(jī)“栽頭”、地面沉降過大或坍塌等風(fēng)險(xiǎn)。（4）注漿加固施工時(shí)巖溶水的富水性及流動(dòng)性可能造成漿液稀釋、分散，加固效果無法保證。（5）施工過程中存在歪斜、卡錘、掉錘、漏漿等問題，圍護(hù)結(jié)構(gòu)及立柱樁如需入巖，施工難度較大、工期較長。2、地鐵運(yùn)營階段（1）運(yùn)營過程中溶（土）洞的坍塌、差異沉降等影響地鐵運(yùn)營安全的風(fēng)險(xiǎn)。（2）結(jié)構(gòu)下沉、托空造成開裂可能引起滲漏水，影響地鐵正常使用的風(fēng)險(xiǎn)。（3）巖溶區(qū)地下水中可溶性物質(zhì)對(duì)地下結(jié)構(gòu)的腐蝕損傷，影響地鐵的使用壽命。2.巖溶處理原則及處理范圍2.1巖溶處理原則1、總體原則（1）巖溶區(qū)地鐵設(shè)計(jì)應(yīng)按照安全第一的原則，設(shè)計(jì)中應(yīng)首先考慮調(diào)整路由及埋深，規(guī)避或降低巖溶區(qū)地鐵建設(shè)及運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于線路無法規(guī)避的巖溶區(qū)應(yīng)采取合理的施工方法及處理措施進(jìn)行巖溶處理。（2）對(duì)明挖結(jié)構(gòu)應(yīng)遵循巖溶處理、基底處理、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)、施工期涌水及運(yùn)營期風(fēng)險(xiǎn)防治方案等多方面協(xié)調(diào)統(tǒng)一考慮的原則。（3）盾構(gòu)隧道巖溶處理應(yīng)遵循以地面預(yù)處理為主，機(jī)（盾構(gòu)機(jī)）內(nèi)、洞內(nèi)預(yù)留措施處理為輔的原則，防止盾構(gòu)施工的“栽頭”、“陷落”、地表沉降過大或坍塌的事故的發(fā)生，降低工后差異沉降，滿足運(yùn)營安全。2、盾構(gòu)區(qū)間巖溶處理設(shè)計(jì)原則（1）區(qū)間隧道對(duì)已發(fā)現(xiàn)溶（土）洞應(yīng)優(yōu)先采用地面注漿預(yù)處理。如采用洞內(nèi)處理，需進(jìn)行全斷面（帷幕）超前預(yù)注漿施工。（2）灰?guī)r地區(qū)盾構(gòu)管片設(shè)計(jì)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)塊應(yīng)設(shè)置2孔用于運(yùn)營階段的巖溶處理預(yù)留注漿孔。注漿孔預(yù)留應(yīng)考慮道床結(jié)構(gòu)、管片拼裝等情況，做好相應(yīng)的預(yù)埋預(yù)留，確保預(yù)留注漿孔的正常使用。（3）對(duì)于區(qū)間盾構(gòu)位于上軟下硬地層且土巖分界面以上土層為碎石、砂等強(qiáng)富水、強(qiáng)透水地層時(shí)，可采用全斷面加固。（4）鑒于巖溶地質(zhì)的復(fù)雜性，從提高盾構(gòu)施工及運(yùn)營階段的安全考慮，可結(jié)合計(jì)算結(jié)果及工程經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)增加管片含鋼量。（5）區(qū)間下穿河道時(shí)應(yīng)分析地表水與地下水的水力聯(lián)系，制定可靠的專項(xiàng)設(shè)2.2巖溶處理范圍2.2.1車站主體巖溶處理范圍2.2.2盾構(gòu)區(qū)間巖溶處理范圍在滿足地基承載力要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)結(jié)合溶洞的發(fā)育形態(tài)規(guī)模、穩(wěn)定巖面頂板的高度、覆跨比等確定巖溶處理范圍，一般情況下可參照以下要求執(zhí)行：（1）隧道洞身范圍內(nèi)、隧道頂板及兩側(cè)外放3m、隧道底板以下5m內(nèi)溶洞必須處理。（2）底板以下5~10m范圍內(nèi)的溶洞，溶洞穩(wěn)定巖面頂板高度小于3m或覆跨比小于1的溶洞，需進(jìn)行處理。（3）對(duì)于確定需進(jìn)行處理溶洞以下的“串珠狀”溶洞，當(dāng)需處理溶洞與其下伏溶洞之間完整基巖層厚度小于0.5m時(shí)，宜進(jìn)行處理。（4）鑒于溶（土）洞發(fā)育的不確定性，隧底以下存在上述處理范圍之外的土洞或特大型溶洞（＞5m）時(shí)，需召開專題會(huì)議會(huì)同各方研究確定是否處理及相應(yīng)處理方案，以滿足施工及后期運(yùn)營安全。巖溶處理方案3.1.巖溶處理方法巖溶區(qū)地基處理應(yīng)綜合考慮場(chǎng)地工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、工程類型、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)以及施工工藝等因素，選擇適宜的地基處理措施。巖溶地區(qū)可采用強(qiáng)夯法、充填法、注漿法、疏導(dǎo)、封堵、鑲補(bǔ)、網(wǎng)噴錨及其聯(lián)合加固、錨固、地下橋法、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)縱向剛度法、跨越法、樁基穿越法、不入巖剛性樁墩法、水泥土墩法等方法進(jìn)行地基處理。對(duì)于地形地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復(fù)雜及塌陷量大、影響范圍大的地段，可采用多種方法綜合處理。本次主要討論填充法和注漿法。（1）充填法充填法適用于無填充、半填充溶（土）洞、以及出露地表的溶溝（槽）、溶蝕（裂隙、漏斗）、落水洞的充填和石芽地基的嵌補(bǔ)。充填材料可采用素土、灰土、砂礫、碎石、水泥砂漿、混凝土等，充填材料根據(jù)地層及處理效果要求等具體情況合理選用。當(dāng)基礎(chǔ)下溶洞埋藏不深，其頂板又不穩(wěn)定時(shí)，可破開頂板挖除松散充填物后進(jìn)行充填處理，使荷載傳給完整巖體。當(dāng)粘性土地基局部有石芽突出時(shí)，可將石芽鑿去，回填素土，以調(diào)整地基變形。當(dāng)工程對(duì)地基承載力、變形及抗?jié)B要求較高時(shí)，宜與注漿法等其他方法結(jié)合使用，滿足工程要求。（2）注漿法注漿法適用于隱伏溶（土）洞、深埋溶洞等巖溶地基處理和巖溶水治理。在溶（土）洞處理時(shí)，注漿法根據(jù)巖溶發(fā)育情況可與充填法綜合使用。對(duì)于全充填溶洞也可采用旋噴加固。（1）對(duì)巖溶區(qū)進(jìn)行注漿處理可起到以下作用：）當(dāng)注漿孔的間距較密時(shí)，密布的注漿孔在施工過程中可以揭露未發(fā)現(xiàn)的溶（土）洞，達(dá)到消除隱患的目的。）注漿可以充填洞穴，防止土洞塌陷，同時(shí)漿液擴(kuò)散滲透，也可擊破消除相鄰（隱伏）土洞，達(dá)到（預(yù)）處理或降低塌陷的目的。）注漿漿液進(jìn)入巖土界面可固結(jié)土體或破碎帶，阻隔地下水與土洞的水力聯(lián)系，從而阻止或延緩?fù)炼吹陌l(fā)生和發(fā)展。）注漿可以提高土體的密度，增強(qiáng)土體強(qiáng)度與穩(wěn)定性；當(dāng)巖溶頂板破碎、較薄或不穩(wěn)定時(shí)，對(duì)巖溶注漿可封堵巖溶裂隙、充填洞穴、固化破碎帶，提高溶洞的整體性和穩(wěn)定性，從而提高巖溶地基承載和抵抗變形能力。（2）注漿材料基本要求注漿材料一般分為單液漿、雙液漿。單液漿的材料可選用普通水泥漿、超細(xì)水泥漿、TGRM水泥基注漿材料或其他特種注漿材料。單液漿適用于一般溶洞的注漿處理；雙液漿一般用于大型溶洞的周邊孔以及地質(zhì)條件復(fù)雜巖溶區(qū)域的處理；當(dāng)溶（土）洞較大、連通性較好或?yàn)榇闋钊芏磿r(shí)，單獨(dú)采用注漿法對(duì)溶（土）洞進(jìn)行加固處理，效果可能不理想，經(jīng)濟(jì)性較差?？膳c充填法結(jié)合使用，結(jié)合具體情況選用適當(dāng)?shù)某涮钭{材料，對(duì)溶（土）洞進(jìn)行加固處理。4.結(jié)束語地鐵隧道穿越巖溶地層時(shí)，往往與地下發(fā)育、分布的各種規(guī)模巖溶、洞穴、