地铁盾构区间穿越溶、土洞区加固处理设计

地铁盾构区间穿越溶、土洞区加固处理设计

许明军

上海天佑工程咨询有限公司上海杨浦200092

摘要：岩溶地层中采用盾构穿越法施工在国内尚属首次。结合宁波市轨道交通2号线一期鄞州、海曙两个行政区，含两站（启运路站、段塘客运站）、两区间施工中岩溶处理施工技术的应用实践针对具体的工程地质及水文条件，对岩溶处理的目的和原则盾构区岩溶处理技术措施和施工注意事项等方面进行了探讨并组织精心设计、精心施工，以保证施工及运营安全。本文就盾构隧道穿越溶、土洞区域难题，提出了处理措施，以指导类似施工。

关键词：溶土洞；溶、土洞；施工处理

1引言

在地铁隧道盾构穿越施工过程中处理好在岩溶地区的施工对整个隧道的施工非常关键。在存在溶洞的地段区域进行地铁隧道施工时应综合考虑该地区的溶洞类型、分布、所属岩层的稳定性、以及地下水文情况等各种相关因素，有针对性地采用相应的处理措施，以确保整个地铁隧道施工质量及其主体结构和周围环境的安全稳定。

2场地工程整体地质条件分析

2.1工程地质

启运路站地势平坦，地貌类型属冲湖积平原。场地本身不具备发生中、强破坏性地震的构造条件，属于较稳定地块。场地范围内与工程有关的地下水可分为松散岩类孔隙潜水和孔隙承压水两类，具体见本工程相关的勘查报告。

2.1.1地表水

启运路站东侧离庙前河约30m，河流呈近南北向展布，河渠宽度在11~20m之间，河水位一般低于地面0.5~1.2m，水深1.0~5.0m，河低浮泥约0.3~0.5m之间。

2.1.2孔隙潜水

松散岩类孔隙潜水主要赋存于场区表部填土和浅部粘土、淤泥质土层中。表部填土富水性、透水性及渗透性均较好，渗透系数为3.0×10-6~4.07×10-7cm/s之间，水量贫乏，潜水位变幅一般在1.0m之间。

2.1.3孔隙承压水

拟建场地埋藏分布有三层孔隙承压含水层，主要为浅部3层孔隙承压水，深部承压含水层可划分为第1含水层组和第11含水层组，浅层孔隙承压水主要赋存于3层含粘性土粉砂中，本车站仅S6XZ7分布，含水层厚为1.2m，夹较多粘性土薄层，透水性一般，水量相对较小，水温为19℃左右，水质为咸水，地下水基本不流动。

3溶洞处理的设计原则

3.1溶洞处理设计的原则标准分析

满足隧道主体结构和周边环境的承载力和变形要求。有效降低地铁隧道施工期间塌陷和突涌事件发生的概率。尽量减少新生溶洞体对隧道稳定性的不利影响。尽量避免盾构机突陷等事故及隧道结构后期沉降过大。满足永久隧道结构的承载力、变形、防水要求溶洞填充物和灰岩承载力有很大的差别。通过对地层进行处理提高填充物的承载力减小不同地层之间的差异沉降，减少管片渗漏，以满足地铁正常运营。

3.2施工方法及工艺

对于无填充溶洞和半填充溶洞在钻孔附近约补钻一个127的投砂孔填砂处理后采用注浆加固的方法对小于的无填充溶洞和半填充溶洞直接注浆填充。对于2m全填充溶洞处理要采用压力注浆的方法进行填充加固往浆压力从低到高间歇、反复压浆。主要采用PVC袖阀管注浆工艺。要根据设计的要求注浆终止采用了双重标准注浆终压达到设计终压往浆量达到设计注浆量的或虽未达到设计终压但注浆量已达到设计注浆量80%即可结束本孔注浆。在注浆加固效果检查时要采用钻孔取芯，作抗压试验为主袖水试验为辅倍洞填充物为砂层作渗透系数试验。

4地铁隧道盾构穿越岩溶地区处理的施工原则

4.1施工处理原则论述

在岩溶地质条件下进行地铁隧道施工时根据区段具体的质情况，一般把岩溶地质划分为高、低风险区分别进行处理。高风险区范围内的溶洞、土洞体，隧道施工时必须进行相应填充施工在隧道底板下面5m深度范围内，且在隧道垂直影范围内的溶洞体在隧道施工时必须充填施工对处于高险区但在隧道底板下面5m以外的溶洞，可按洞体厚跨比壳厚度溶洞高度进行确定是否需要填充处理，若洞体厚比不小于时河判定该洞体基本安全河不做填充处理则需要填充处理。在隧道投影范围外，但距离隧道边缘在3m范围内时应根据隧道计算的模型胺填充进行施工处理。

4.2盾构穿越岩溶处理措施

在溶洞大于3m时，先进行投砂的方式进行洞体填充，再采用注浆方式进行加固处理投砂施工时，原来在溶洞上进行地质勘察时的钻孔可用作为投砂填充时的出气孔股砂完成后再继续通过这些钻孔进行注浆加固施工投砂施工过程中在原勘察孔周围约处补钻2个直径为200mm左右的投砂孔，这两个新钻投砂孔的中心应与原勘察孔的中心保持在一条直线上。采用直径略小于200mm的PVC套管作为投砂管进行施工待投砂施工完成后，可参照全填充处理方法再进行注浆加固处理。当溶洞小于3m时，采用直接进行注浆加固处理的方法。选用直径28mm为的PVC袖阀管进行注浆施工，在进行注浆施工时往浆管管端应至少进入溶土洞底部以下0.5m深处注浆压力由低逐渐升高，间断着反复多次重复进行压浆处理。盾构机超前钻探、加固。对于泥水盾构在岩溶地层中的施工来说，受制于地面场地条件，导致部分隧道区域内的溶（土）洞无法探明或者无法加固，此时可在盾构机前体设置超前钻探和加固系统，以保证盾构在掘进过程中，通过超前探测、超前加固及时处理隧道下部的溶（土）洞。

4.3盾构下穿建筑物的控制措施

在盾构下穿建筑物时，除了根据试验段得出的各项施工参数结合实际进行设置外，还采取了以下专项措施：（1）在岩溶地层中岩层破碎，大块的石头造成环流堵塞十分严重，每日频繁拆管，施工效率低下，针对于此，采用盾构掘进过程中需要正、逆循环交替进行，防止大块岩石堵塞排泥口引起切口压力突变，影响地面建（构）筑物安全；（2）严格控制盾构掘进时的切口压力波动，防止因切口水压突变造成对地下土体的扰动，减小对地面建（构）筑物造成的影响；（3）尽量控制盾构机以均匀的速度掘进，在推力、扭矩各项数据正常情况下，控制盾构掘进速度为10mm/min左右；（4）保证注浆质量，盾构机掘进时同步进行壁后注浆以填充管片与地下土体间的间隙。

4.4盾构通过建筑物后的控制措施

在盾构掘进通过建筑物后，继续对该建筑物进行监测，可根据监测数据的变化幅度适当调整监测频率。同时，房屋和地面的巡视工作在监测数据未稳定之前不能间断，一旦发现异常，及时进行二次补浆或多次补浆，对于情况严重的情况，可采取地面注浆加固。

5盾构穿越施工顺序和注意事项

5.1施工顺序

溶洞的填充加固处理施工应遵循如下顺序进行测探洞体边界投砂填充洞高若大于3m时注浆加固，注浆效果检测组织验收。在注浆施工过程中应先进行止水、止浆帷幕的施工将需要处理加固的溶洞范围与其他洞体进行隔离后才能开始溶洞区域的填充加固处理。注浆过程中，若发现浆液流失速度过快，应及时添加水玻璃速凝剂，以有效控制注浆材料的流失量确保注浆效果。

5.2施工注意事项

在场地地质勘查阶段揭示的溶洞及在高风险区内的溶洞必须进行相应的填充加固处理。但在进行洞体的填充加固处理之前必须探明周围待处理区域范围内的市政管线等的具体分布情况并及时进行相应的拆除和迁改等处理措施，尽量避免在岩溶处理加固施工期间施工受阻或正在使用的管线遭到施工破坏。岩溶处理施工的应急措施有以下几点：在地铁隧道开挖施工前应对各种现场施工事故发生的可能性进行预计和评估，做好充分准备，以便事故发生时进行及时的抢险和加固措施储备回填、封堵的必要器材和材料，以备钻孔塌陷或突水事故发生时能第一时间进行处理。在进行注浆施工过程中，为防止孔口浆液溢出，应采取适当的技术措施进行封孔。地面注浆施工结束后往浆孔应进行充分的封填和密实确保隧道中其他施工的安全进行。

6结束语

溶、土洞处理有很大的难度和复杂性，需因地制宜地设计和选择施工方法，在本文介绍的工程实例中，其地铁盾构区间溶、土洞处理技术是经过一段时间摸索总结出来的。根据该工程的实际施工验证，也是行之有效的。该技术的成功应用丰富了盾构法施工的内容，可供类似工程借鉴。

参考文献

[1]张风详，傅德明，杨国详，等.盾构隧道施工手册[M]，北京：人民交通出版社，2005.

[2]竺维彬，鞠世健，等.复合地层中的盾构施工技术[M]，北京：中国科学技术出版社，2006