郭濤

摘要：在敘述地鐵白云東平站工程概況和地質情況的基礎上，詳細闡述了溶洞治理設計、溶洞探邊鉆孔施工、溶洞注漿施工及其效果，驗證了相關技術參數，可供從事地鐵車站土建工程地下巖溶區(qū)域治理施工的技術人員參考。

關鍵詞：地鐵車站；土建工程；地下巖溶；治理技術

0? ?引言

巖溶發(fā)育區(qū)域存在的溶洞，是誘發(fā)地鐵土建工程施工風險的基本因素。為避免溶洞發(fā)生塌陷甚至引發(fā)次生災害，在地鐵土建工程施工前對勘察設計階段已探明的施工影響范圍內的溶洞均應提前進行治理。同時施工擾動也會引發(fā)勘察設計階段未探明溶洞的塌陷，這也是地鐵土建施工過程中的重大安全隱患。有效治理已探明和未探明溶洞，避免土建施工過程中發(fā)生安全風險，是工程技術人員面臨的重大責任。

1? ?工程概況

粵港澳大灣區(qū)廣州東至花都天貴城際項目（簡稱：廣花城際項目）的白云東平站，位于白云大道北與東鳳東路交叉路口東北側地塊，沿東鳳東路東西向敷設，與已運營的地鐵14號線通道換乘，與規(guī)劃佛山地鐵6號線節(jié)點換乘。白云東平站總長443.8m，標準段寬34.7m，地下3層結構，共設4個出入口和9個風亭。

2? ?地質情況

根據白云東平站勘察結果可知，大里程段的126m屬于巖溶強發(fā)育地質。其詳勘階段鉆孔156個，其中包括125個正在發(fā)育溶洞的鉆孔，見洞率高達80%；16個揭露出溶洞的鉆孔，位置大致分布在地下30～40m范圍之內，呈串珠狀，且存在部分大型溶洞。

根據該區(qū)域地質資料及勘察結果，判定巖溶主要集中分布在地層代號為<9C-2>的鈣質灰?guī)r微風化帶，呈現灰白色、淺灰色，深灰色、肉紅色等色彩，隱晶-微晶結構，中厚至巨厚的層狀構造，主要礦物成分為碳酸鈣、方解石等為主，巖石組織結構基本未破壞，礦物成份基本未變化，少量風化裂隙較發(fā)育，巖芯呈短柱狀-長短柱狀，敲擊聲脆。RQD值（即巖心累計長度與鉆孔進尺長度之比）為60～85%。該巖層在場地內廣泛分布，層厚0.05～19.1m，平均層厚為6.96m，層頂埋深18.10～63.2m（標高-40.7～5.52m），層底埋深 23.6～65.5m（標高-43～-0.86m）。該巖層屬較軟巖至堅硬巖之間，巖體較破碎至較完整之間，其完整性指數為0.35，巖體基本質量等級為Ⅱ～Ⅳ類。

3? ?溶洞治理方案設計

3.1? ?探邊鉆孔布置原則

圍護結構及獨立樁周邊3m以內、圍護結構或樁底下5m以上范圍為溶土洞，應進行布點探邊。溶洞治理探邊孔以標示的溶洞為中心，按2m間距往外呈梅花形布置。以此類推，在圍護結構及獨立樁周邊3m之內，直至未探測到巖溶為止。

白云東平站工程的勘探點應鉆至圍護結構底、樁底或基底以下5m，穩(wěn)定在相對不透水層或完整巖體。若圍護結構底、樁底或基底以下遇串珠狀溶洞、土洞時，需鉆穿洞底。當穿越巖體厚度累計達到5m、勘探點可在溶洞底鉆入完整巖體2m后，予以終孔。

除了格構柱、抗拔樁、地連墻周邊3m和底板、樁底、墻底以下5m范圍內溶洞需進行治理之外，基坑范圍內其他位置的溶洞可不進行治理。直徑和跨度比較大的溶洞，需經過論證后進行治理?；臃秶鷥葮耸镜耐炼葱枞恐卫怼?/p>

3.2? ?注漿材料的選用

注漿材料采用雙液漿和水泥漿，其中溶洞外圍采用雙液漿封邊，內部采用水泥漿填充。水泥漿采用42.5R早強型普通硅酸鹽水泥機械配置。注漿管應進入溶洞底部以下不小于0.5m。

3.2.1? ?對于周邊孔

周邊孔以相對壓力小、次數多、數量大的方法進行控制，注漿壓力為0.6～0.8MPa，注漿次數為3～4次，采用雙液漿，水泥：水：水玻璃為1：1.38：0.3（質量配比），采用42.5R早強型普通硅酸鹽水泥，水玻璃模數為2.4～3.4（30～40°Be'）。上述數值應根據現場試驗予以確定。

3.2.2? ?對于中央孔

中央孔壓注水泥漿，水泥采用42.5R早強型普通硅酸鹽水泥，水灰比為1.0～1.5，注漿壓力為0～1.0MPa，注漿速度為30～70L/min。注漿壓力逐步提高，達到注漿終壓并繼續(xù)注漿10min以上。上述數值應根據現場試驗予以確定。

4? ?溶洞探邊鉆孔施工

4.1? ?確定試驗孔位

參考詳勘階段“一槽兩鉆”鉆孔對地連墻、抗拔樁等主要圍護結構位置的勘察結果，以及現場施工機械互相影響、互相制約等情況，為便于施工順利開展，選擇S10-02地連墻、JZ-26抗拔樁2處位置探測到的溶洞，作為本車站溶洞治理的試驗洞。

根據施工現場勘察和施工圖紙中標示的需注漿治理的溶洞位置，S10-02地連墻、JZ-26抗拔樁的位置對應勘察編號為MRNZ3-BYDP-33、MRNZ3-BYDP-64的2處溶洞，與勘察設計中需治理溶洞的位置相對應。

施工現場巖溶區(qū)北側設有多條10kV高壓線斜跨基坑，高壓線距離地面7.5m左右，高壓線周邊5m安全距離之內不能施工。S10-02地連墻、JZ-26抗拔樁地處巖溶區(qū)域南側，在高壓線安全范圍之外，故不受高壓線影響。

綜合以上3種原因，選擇S10-02地連墻、JZ-26抗拔樁作為本車站的試驗洞是合適的。

4.2? ?確定溶洞探邊范圍

根據詳勘出的鈣質灰?guī)r區(qū)域80%的巖溶見洞率數據，計算出地連墻、抗拔樁、格構柱在墻、樁周邊3m范圍內，按照2m間距梅花型布設探邊孔，共設置探邊孔1100個，需治理溶洞區(qū)域的面積共計5281m²。

4.3? ?溶洞探邊鉆孔施工

4.3.1? ?布設探邊孔

根據探邊設計要求對S10-02地連墻、JZ-26抗拔樁周邊3m范圍內，按照2m間距梅花型向外布設探邊孔；按照“一槽兩鉆地連墻、抗拔樁的孔位編號加上數字”由內向外順時針布設探邊孔并進行編號。

4.3.2? ?鉆進探邊孔

采用地質鉆機對S10-02-1地連墻，JZ-26-5抗拔樁等2個探邊孔進行鉆探。鉆進過程中，保存取芯樣品、做好過程記錄、在圖紙上標注已探明溶洞的位置。

4.3.3? ?下放袖閥管

鉆孔完成之后，為了防止孔位坍塌，應立即下放袖閥管。袖閥管伸出地面不少于30cm，以免注漿過程中溢漿將袖閥管淹沒。如果鉆孔未探測到溶洞，則及時用水泥漿對鉆孔進行封堵。探邊孔完成后，及時使用干水泥將探邊孔地下至少3m位置進行封堵，以保證孔口不漏氣。

4.3.4? ?鉆孔要點

鉆機開始鉆進前，需對鉆桿的垂直度進行檢查，確保其垂直度符合要求。鉆進速度不能過快，尤其是在土層與巖層交界位置，以防止孔位偏斜。

在鉆進地連墻和抗拔樁孔位的過程中，都會存在不同程度的漏漿現象，這說明此處溶洞可能存在與相鄰溶洞連通現象。下袖閥管至一定深度后，往袖閥管內注入清水，以防止地下水壓過大將袖閥管頂出。

4.3.5? ?探邊鉆孔結果

S10-02地連墻詳勘孔溶洞位置標示在地面下30.5～33m。共投入鉆機3臺，布置探邊鉆孔16個。溶洞標示在地面下19.9～26m范圍內，在地連墻兩側3m范圍內未探到溶洞邊界。

JZ-26抗拔樁詳勘孔溶洞位置標示在地面下32～34.5m、39m、41.5～42.6m。共投入鉆機3臺，布置探邊鉆孔18個。溶洞標示在地面下28～42.6m范圍內，在抗拔樁兩側3m范圍內未探到溶洞邊界。

S10-02地連墻探邊鉆孔地面長度總計為608.08m，JZ-26抗拔樁探邊鉆孔地面長度總計為857.37m，平均每天每臺鉆機可鉆進57m左右。

4.4? ?繪制溶洞包絡圖

在S10-02地連墻、JZ-26抗拔樁探邊鉆孔完成之后，匯總所有探邊鉆孔數據資料，繪制溶洞包絡圖，計算出溶洞預估注漿量。經計算得出S10-02地連墻溶洞預估注漿量為455.65m3，JZ-26抗拔樁溶洞預估注漿量為384.49m3。

5? ?溶洞注漿施工

5.1? ?配制漿液

5.1.1? ?配制水泥漿

配制水泥漿采用42.5R早強型普通硅酸鹽水泥，現場配制水泥漿液的水灰比為1：1，漿液比重為1.53，1m3水泥漿中含有水泥0.759t，水泥的密度為3.15t/m3。配制水泥漿時采用體積為0.5m3、直徑為1m的攪拌罐，加入0.38m3的水至高度為48cm的位置，再倒入0.12m3的水泥，攪拌完成后即可得到比重為1.53的水泥漿。

5.1.2? ?配制雙液漿

配制雙液漿采用42.5R早強型普通硅酸鹽水泥?，F場配制雙液漿時，水泥：水：水玻璃的質量配比為1：1.38：0.3。水玻璃溶液中的水和水玻璃體積之比，理論上為0.74：0.2168，水玻璃的波美度為40°Be'。因此制作水玻璃溶液在體積為0.7m?的容器中，須加入0.5m?水和0.146m?水玻璃。其中水玻璃可換算為0.202t，可使用60kg/桶的容器取4桶水玻璃，倒入攪拌容器中充分攪拌。注漿時將同比例的水泥漿與水玻璃溶液混合后，即可得到1：1.38：0.3的雙液漿。

5.2? ?注漿過程

5.2.1? ?選定注漿孔

選定S10-02-11地連墻、JZ-26-4抗拔樁為首次注漿孔，在袖閥管封孔后安裝注漿管。注漿管應進入溶洞底部以下不小于0.5m，在注漿管的出漿口下部放置皮套，保證注漿管與袖閥管之間保持密封狀態(tài)，準備就緒后開始注漿。

5.2.2? ?周邊孔注漿

由于溶洞未探到邊界，故周邊孔采用雙液漿進行注漿封邊。注漿前取等體積的水泥漿和水玻璃進行混合并記錄混合時間，控制其凝固時間在20～25s內即可注漿，壓力達到0.8MPa并繼續(xù)注漿10min以上，即可終止注漿。

5.2.3? ?中央孔注漿

中央孔注水泥漿，注漿壓力達到1.0MPa后，繼續(xù)注漿10min以上即可終止注漿。注漿速度控制在70～150L/min。

溶洞注漿達到設計壓力值之后，適當提升注漿管繼續(xù)注漿；再次達到注漿壓力設計值之后繼續(xù)提升注漿管，直至注漿管提升至標示的溶洞頂部為止。注漿管每次提升高度為80cm，完成注漿后使用清水清洗注漿管，并且保護袖閥管，以便進行二次注漿。

5.3? ?注漿要點

注漿過程中，注漿區(qū)地面以及周圍地面都存在不同程度的冒漿現象。在S10-02地連墻注漿過程中，抗拔樁孔位出現冒漿現象，再次驗證這2處鉆孔地下溶洞存在聯通現象。

袖閥管連接部位使用連接套頭加連接膠進行連接，要求連接部位牢固不漏漿。在使用連接膠膠接袖閥管之后，再使用透明膠帶進行纏繞密封，以保證連接位置的密封性。

注漿過程中，水泥漿液和水玻璃需要不斷消耗和補充，所以在注漿過程中每隔30min～60min，必須對水泥漿的比重和混合漿液的凝固時間進行檢測，以滿足質量要求。

現場的注漿機分為2種：一種為雙液漿注漿機，1臺注漿機可同時抽取水泥漿和水玻璃進行混合注漿。另一種為單液漿注漿機，需2臺注漿機分別抽取水泥漿和水玻璃在注漿管位置進行混合后再注漿。使用2臺單液漿注漿機同時注漿時，由于2臺注漿機抽取的漿液匯入同一管道，注漿壓力表上壓力值較高，鑒別壓力時先將抽取水玻璃的注漿機關停，看另1臺注漿機壓力表上的壓力，如果壓力達到設計值，表明此孔位注漿已完成。

5.4? 注漿效果檢測

試驗孔位注漿完成50天后，對2個試驗溶洞治理的效果進行取芯檢測。取芯顯示溶洞位置已被水泥漿填充，對取芯進行貫擊檢測和抗壓強度檢測，結果均合格。這表明水泥漿和雙液漿的配制參數符合要求、注漿過程控制有效。

試驗結果表明，在設計單位給定地連墻、抗拔樁周邊3m的安全距離為邊界進行探邊鉆孔和注漿后，其質量要求通過試驗予以確認，對溶洞的治理效果符合設計要求。對白云東平站S10-02地連墻、JZ-26抗拔樁等2個試驗位置的溶洞進行治理的結果，可作為廣花城際白云東平站整個巖溶區(qū)域治理的依據。注漿設計參數與確定參數對照如表1所示。

6? ?結語

按照確定參數對地鐵白云東平站地下溶洞進行注漿填充，填充效果和檢測強度均滿足設計要求。目前，國內巖溶發(fā)育區(qū)域地鐵工程溶洞的治理原則、治理范圍及相應的施工技術仍在逐步探索與完善之中。廣州多條地鐵線路穿越巖溶發(fā)育區(qū)，對溶洞預治理積累了豐富的經驗。針對巖溶輕微或強烈發(fā)育區(qū)域等不良地質風險制定相應治理措施，是保證地下工程在施工期間的安全及運營期結構穩(wěn)定的重要手段。

參考文獻

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