李建新，何昌杰，曾 波，寧志強(qiáng)，符致華

(1.中建五局第三建設(shè)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.中國(guó)建筑第五工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004； 3.湘江集團(tuán)湖南夢(mèng)想置業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

0 引言

隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步、城市的發(fā)展和擴(kuò)張，原有礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用遺留下來(lái)的廢棄礦坑的環(huán)境保護(hù)和生態(tài)修復(fù)已被列入國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)。在巖溶地區(qū)遺留下來(lái)的礦坑受開(kāi)采過(guò)程的擾動(dòng)影響，巖壁巖體巖溶、裂隙發(fā)育，地質(zhì)條件復(fù)雜，植被凋零，再次開(kāi)發(fā)利用難度大。如何進(jìn)行礦坑半地下空間的生態(tài)修復(fù)與利用是當(dāng)前需要解決和研究的課題，以推動(dòng)礦坑半地下空間生態(tài)修復(fù)與利用技術(shù)的發(fā)展。

1 工程概況

湘江歡樂(lè)城冰雪世界項(xiàng)目位于長(zhǎng)沙、株洲、湘潭的幾何中心，湖南長(zhǎng)沙坪塘鎮(zhèn)老工業(yè)區(qū)的采石礦坑上(見(jiàn)圖1)，占地1.6km2，總建筑面積為50萬(wàn)m2。采石礦坑坑口呈類(lèi)橢圓形，長(zhǎng)440m，寬350m，深100m?？颖诙盖?，最大坡度>80°。

圖1 工程地理位置

場(chǎng)地內(nèi)巖石層主要為土、礫-卵石、灰?guī)r及溶蝕物，邊坡巖體主要為灰?guī)r。根據(jù)鉆孔資料，地層可分為：人工填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、耕土、粉質(zhì)黏土、含礫粉質(zhì)黏土、圓礫、卵石、殘積粉質(zhì)黏土、微風(fēng)化灰?guī)r。

2 微擾動(dòng)綜合爆破技術(shù)

冰雪世界位處礦坑內(nèi)，依附山體建造，充分利用礦坑特有地形，主體通過(guò)樁、柱、剪力墻及環(huán)形基礎(chǔ)承受豎向荷載。其中，邊坡樁基礎(chǔ)及平臺(tái)環(huán)形梁將主體部分荷載傳遞至礦坑巖壁巖體。要求在邊坡處理過(guò)程中，保證巖體的完整性，使其適用于承載。

在邊坡成型過(guò)程中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)及實(shí)踐、振動(dòng)監(jiān)測(cè)，提出微擾動(dòng)綜合爆破技術(shù)。

復(fù)雜破碎溶巖地質(zhì)地區(qū)邊坡爆破微擾動(dòng)控制指標(biāo)如下。

1)允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為3.5cm/s。依據(jù)爆破安全規(guī)程，振動(dòng)頻率≤10Hz條件下，永久石質(zhì)邊坡允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度取5～9cm/s?？紤]本工程巖體破碎，爆破控制速度為允許振動(dòng)速度的30%～70%可認(rèn)定為微擾動(dòng)爆破。

2)臨近設(shè)計(jì)邊坡時(shí)巖體損失范圍<2m。根據(jù)預(yù)留靜態(tài)爆破過(guò)渡段長(zhǎng)度，爆破巖石損失范圍<2m為微擾動(dòng)。

3 基于三維模型的巖壁加固技術(shù)

通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)掃描成像技術(shù)和超前鉆孔勘察技術(shù)，查明巖體裂隙發(fā)育充分，填充及半填充型溶洞分布密集，整體見(jiàn)溶率達(dá)90%(見(jiàn)圖2)。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)掃描成像

采集地質(zhì)雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖3)和激光三維地形掃描數(shù)據(jù)，共同導(dǎo)入BIM系統(tǒng)生成三維模型，用于錨索及格構(gòu)梁設(shè)計(jì)，調(diào)整錨索及格構(gòu)梁的布設(shè)位置，避開(kāi)溶洞及裂隙發(fā)育的地段。同時(shí)，對(duì)溶洞及裂隙發(fā)育地區(qū)給出合理的加固方案。在實(shí)施過(guò)程中可依據(jù)模型給出設(shè)計(jì)坐標(biāo)放樣，施工精度更高。

圖3 地質(zhì)雷達(dá)掃描成像

4 復(fù)雜巖溶地質(zhì)陡峭巖壁錨索成孔技術(shù)

礦坑巖壁錨索施工穿越多層溶洞和裂隙，成孔困難。鉆進(jìn)過(guò)程中常出現(xiàn)塌孔、卡鉆、偏孔、突泥涌水現(xiàn)象。

經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，摸索出一套復(fù)雜巖溶地質(zhì)陡峭巖壁錨索成孔技術(shù)。

1)采用綜合預(yù)注漿處理技術(shù)，根據(jù)不同地質(zhì)采用單、雙液水泥漿進(jìn)行水平、豎向綜合預(yù)注漿處理，提前對(duì)溶洞、溶槽進(jìn)行注漿填充。

2)研發(fā)自扶正防縮孔錨索成孔裝置，鉆進(jìn)過(guò)程中保證鉆頭受力平衡，防止偏孔與縮孔(見(jiàn)圖4)。

圖4 自扶正防縮孔錨索成孔裝置

3)采用逐級(jí)跟管成孔施工技術(shù)，成功解決了復(fù)雜巖溶地質(zhì)陡峭巖壁錨索成孔施工難題，保障了成孔質(zhì)量和速度。

4)鉆進(jìn)過(guò)程中，研發(fā)了一種滑動(dòng)式測(cè)斜儀，對(duì)錨索成孔線形及角度進(jìn)行檢測(cè)，保證成孔線形及角度符合設(shè)計(jì)要求。

5 深坑建筑重載平臺(tái)依托巖壁環(huán)向多點(diǎn)滑動(dòng)支撐技術(shù)

5.1 多點(diǎn)滑動(dòng)支撐設(shè)計(jì)理念

冰雪世界主體結(jié)構(gòu)通過(guò)數(shù)值模擬分析，低溫作用下，樓面收縮60mm，并產(chǎn)生400kN/m水平拉力。大變形造成建筑物與周?chē)鷰r體連接處破壞，對(duì)巖體和建筑物產(chǎn)生不利影響。

為充分利用巖壁作為結(jié)構(gòu)受力體，采用多點(diǎn)滑動(dòng)支撐的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)支座傳遞方式解決建筑物豎向荷載、因溫度產(chǎn)生的水平徐變和約束應(yīng)力(見(jiàn)圖5)。

圖5 多點(diǎn)滑動(dòng)支撐受力分析

5.2 柔性支撐設(shè)計(jì)方法

樓面梁通過(guò)巖壁環(huán)梁基礎(chǔ)與巖體連接，為減少平臺(tái)對(duì)巖體的連接破壞，根據(jù)變形及受力情況繞平臺(tái)周邊設(shè)計(jì)不同轉(zhuǎn)向的滑動(dòng)支座；考慮不同的豎向荷載及水平荷載，設(shè)置多組30 000～60 000kN大型滑動(dòng)支座，使基礎(chǔ)與巖體之間可滑動(dòng)(見(jiàn)圖6)。該柔性支撐設(shè)計(jì)解決環(huán)形重載平臺(tái)對(duì)高邊坡巖壁水平拉力的影響，又能為平臺(tái)提供有效支承。通過(guò)支座將建筑物徐變應(yīng)力進(jìn)行釋放和傳遞。

圖6 多點(diǎn)滑動(dòng)支撐布置剖面

6 混凝土結(jié)構(gòu)與巖壁快速?gòu)?fù)綠技術(shù)

6.1 快速?gòu)?fù)綠難點(diǎn)

1)巖質(zhì)邊坡缺乏植被生長(zhǎng)的土壤和養(yǎng)分條件，難以快速恢復(fù)生態(tài)水平。

2)邊坡高聳陡峭，巖面起伏不定，材料設(shè)備運(yùn)輸均需人工進(jìn)行多次轉(zhuǎn)運(yùn)，降效嚴(yán)重。

3)在混凝土結(jié)構(gòu)上進(jìn)行景觀營(yíng)造，依靠單純生物護(hù)坡，難以長(zhǎng)久保持，后期維護(hù)工作量大。

6.2 常用巖質(zhì)邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)

目前常用的巖質(zhì)邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)主要有三維植被網(wǎng)、客土噴播技術(shù)、植被混凝土，但均操作繁瑣，維護(hù)成本高，傾斜面角度過(guò)大，用于百米深坑巖壁植被復(fù)綠有局限性。

6.3 整塊苔蘚快速?gòu)?fù)綠

苔蘚植物生長(zhǎng)速度快，抗寒能力強(qiáng)，可快速在適宜的環(huán)境中分裂生殖。它能吸收蓄積在空氣中的粉塵顆粒等物質(zhì)形成土壤，同時(shí)還可以改變環(huán)境濕度、pH值等指標(biāo)，形成適宜其他高等植物生存的土壤。經(jīng)過(guò)優(yōu)選，采用適應(yīng)暴曬、耐旱、活性率在99.5%以上的整塊苔蘚，可以快速營(yíng)造景觀效果。

6.4 應(yīng)用可降解定植生物膠

可降解定植生物膠可以牢固附著在混凝土以及巖石表面，為苔蘚生長(zhǎng)提供養(yǎng)分，可自然降解，解決了植被在混凝土結(jié)構(gòu)基底上難以成活的問(wèn)題，可以加快植物群落的演替，快速營(yíng)造景觀效果。

7 結(jié)語(yǔ)

1)復(fù)雜破碎巖溶地質(zhì)地區(qū)邊坡爆破微擾動(dòng)控制指標(biāo)：允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為3.5cm/s，臨近設(shè)計(jì)邊坡時(shí)巖體損失范圍<2m。

2)將地質(zhì)雷達(dá)掃描數(shù)據(jù)和激光地形掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM系統(tǒng)生成三維模型，優(yōu)化調(diào)整錨索及格構(gòu)梁設(shè)計(jì)，提高施工準(zhǔn)確性。

3)復(fù)雜巖溶地質(zhì)陡峭巖壁錨索成孔技術(shù)通過(guò)綜合預(yù)注漿處理、自扶正防縮孔裝置、逐級(jí)跟管成孔、孔斜檢測(cè)等措施保障成孔質(zhì)量。

4)深坑建筑重載平臺(tái)依托巖壁環(huán)向多點(diǎn)滑動(dòng)支撐解決環(huán)形重載平臺(tái)對(duì)高邊坡巖壁水平拉力的影響，又能為平臺(tái)提供有效支承。通過(guò)支座將建筑物徐變應(yīng)力進(jìn)行釋放和傳遞。

5)混凝土結(jié)構(gòu)與巖壁快速?gòu)?fù)綠技術(shù)采用生長(zhǎng)速度快、抗寒能力強(qiáng)的苔蘚植物和可降解定植生物膠，可以加快植物群落的演替，快速營(yíng)造景觀效果。