段國棟

（中鐵十五局集團(tuán)城市軌道交通工程有限公司，廣東深圳 518000）

1 工程概況

此次主要研究深圳市城市軌道交通16 號(hào)線工程三工區(qū)龍城中路站—龍平站區(qū)間巖溶處理施工。區(qū)間線路設(shè)計(jì)起點(diǎn)為龍城中路，線路出龍城中路站后沿龍平東路敷設(shè)，呈東西走向，區(qū)間下穿龍崗河后進(jìn)入龍平站。途經(jīng)陽光廣場、京業(yè)樓、勁嘉龍園印象、盛平橋。龍平西路、龍平東路為深圳市龍崗區(qū)東西方向主干道，路面車流量大，交通繁忙。

該區(qū)間在YCK19+550.000 設(shè)置一聯(lián)絡(luò)通道、YCK19+963.000 設(shè)置一聯(lián)絡(luò)通道兼泵房。覆土厚度約為9～21.2m。區(qū)間坡度為20‰、6.054‰。

采用盾構(gòu)法進(jìn)行施工，工程概況線路如圖1所示。

圖1 三工區(qū)線路概況圖

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌及地層巖性

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，結(jié)合此次勘查資料等，確定區(qū)間工程地質(zhì)情況，如表1 所示。

表1 區(qū)間工程地質(zhì)表

2.2 巖土分層及其巖性特征

場地地層巖性較復(fù)雜，車站主體結(jié)構(gòu)穿越的地層主要 為1-1 雜填土、5-2-3 粉質(zhì)黏 土、5-3-1 粉 細(xì)砂、5-3-2 中粗砂、31-4-12 微風(fēng)化灰?guī)r（巖溶強(qiáng)烈發(fā)育），車站范圍內(nèi)存在溶洞；底板所在的地層為31-4-12 微風(fēng)化灰?guī)r（巖溶強(qiáng)烈發(fā)育），局部存在溶洞。

2.3 水文地質(zhì)情況

地下水是賦存并運(yùn)移于地下巖土空隙中的水，對(duì)盾構(gòu)隧道施工等地下工程有較大影響。此次勘查觀測到松散巖類孔隙水（1）和裂隙巖溶水（3）。松散巖類孔隙水（1）主要賦存于填土、粉細(xì)砂、中粗砂中，以蒸發(fā)、側(cè)向徑流排泄；裂隙巖溶水（3）主要賦存于石炭系石磴子組灰?guī)r裂隙和溶洞中，以側(cè)向徑流、人工開采方式排泄。推薦滲透系數(shù)K 值主要參照抽水試驗(yàn)結(jié)果及地區(qū)既有的基坑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)值[1]。

2.4 重要管線及建筑物

龍城中路站—龍平路站區(qū)間下穿龍崗河及側(cè)穿盛平橋橋樁，龍崗河河底設(shè)計(jì)標(biāo)高為25.148m，東岸為C25 鋼筋混凝土矩形箱涵，斷面尺寸為4m×3m，西岸截污箱涵為1.2m×1.8m 鋼筋混凝土矩形箱涵，區(qū)間軌面高程為7.685m，隧道頂距河底凈距為12.6m，河底位于粉細(xì)砂層，隧道位于微風(fēng)化石灰?guī)r中，區(qū)間距盛平橋橋樁最小凈距為4.5m。

2.5 龍龍區(qū)間巖溶發(fā)育基本條件特征

深圳地區(qū)可溶巖為下石發(fā)統(tǒng)大塘階石登子組碳酸鹽巖，埋藏于下石炭統(tǒng)大塘階測水組下段砂頁巖之下，按其出露條件可分為埋藏型與覆蓋型兩類?，F(xiàn)階段，多已變質(zhì)為大理巖和白云巖，部分為結(jié)晶灰?guī)r，主要在龍崗河、坪山河及其支流斷陷谷地盆地區(qū)。

此次巖溶專項(xiàng)和詳勘鉆探過程中，揭露大量溶洞，156 個(gè)可溶巖勘探孔有53 個(gè)勘探孔揭露到溶洞，見洞隙率33.97%，線巖溶率為0.97%～44.93%，總線巖溶率為4.93%。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）表6.6.2，巖溶發(fā)育等級(jí)為強(qiáng)發(fā)育，巖溶發(fā)育等級(jí)和詳勘結(jié)果一致。溶洞在物探結(jié)果上顯示為波速值低，鉆探上顯示為鉆進(jìn)快或鉆具自由下落，巖芯可見溶蝕面、充填物等。從鉆探及物探資料分析，溶洞斷面形態(tài)極不規(guī)則，規(guī)模大小不一，部分溶洞呈串珠狀發(fā)育，連通性較好，規(guī)模較大。

3 盾構(gòu)區(qū)間施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及控制

3.1 施工風(fēng)險(xiǎn)

首先，位于隧道底的部分溶洞，其填充物為淤泥和松散細(xì)砂，具有強(qiáng)度較低、易變形、穩(wěn)定性較差、承載力很低等特點(diǎn)，若未對(duì)其進(jìn)行處理，可能導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)突陷等意外事故。其次，多數(shù)溶洞呈串珠狀分布于隧道工作面，且隧道頂?shù)牟糠秩芏词軈^(qū)域地形地貌及地層巖性等影響，其填充物為淤泥、砂層和黏土，其強(qiáng)度較低、易變性和穩(wěn)定性較差、承載力較低，而隧道底為中、微風(fēng)化石灰?guī)r，其強(qiáng)度及穩(wěn)定性較好、承載力較大，是典型的上軟下硬地層。由于溶洞夾板為巖層，難以形成土壓平衡掘進(jìn)模式，可能造成拱頂坍塌、工作面土體流失以及地表沉降等。最后，溶洞填充物和灰?guī)r地層承載力差別較大，可能造成不同地層之間的差異沉降，影響地鐵正常運(yùn)營，甚至可能導(dǎo)致安全事故的發(fā)生[2]。

3.2 巖溶鉆孔風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及控制

3.2.1 風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)基本狀況

經(jīng)專業(yè)評(píng)估，巖溶鉆孔風(fēng)險(xiǎn)為Ⅰ級(jí)，主要包括以下幾點(diǎn)：第一，鉆孔位置存在地下管線；第二，鉆孔時(shí)鉆桿吊裝用鋼絲繩老化，鉆桿滑墜傷人；第三，鉆孔時(shí)鉆機(jī)水管接頭老化，接口崩開傷人。

3.2.2 主要控制措施

第一，施工人員應(yīng)探查各種地下管線，對(duì)影響巖溶鉆孔施工的地下管線進(jìn)行遷改或加固處理，并使用洛陽鏟進(jìn)行鉆孔位置探溝開挖，發(fā)現(xiàn)存在地下管線則適當(dāng)調(diào)整鉆孔位置或者進(jìn)行斜孔施工；第二，現(xiàn)場技術(shù)員聯(lián)合安全員每天對(duì)鉆機(jī)設(shè)備進(jìn)行安全檢查，若發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)停工并督促隊(duì)伍整改，整改完畢后再恢復(fù)施工。經(jīng)預(yù)測，采取措施后，殘余風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

3.3 巖溶注漿風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及控制

3.3.1 風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)基本狀況

經(jīng)專業(yè)評(píng)估，巖溶注漿風(fēng)險(xiǎn)為Ⅰ級(jí)，主要包括以下幾點(diǎn)：第一，注漿漿液、注漿管、止?jié){塞等注漿材料選擇不當(dāng)；第二，注漿工藝不當(dāng)、設(shè)備不滿足工藝要求或不按照注漿程序施工；第三，注漿效果未達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，檢查手段不足等；第四，漿液配比不當(dāng)，注漿壓力控制過大或過?。坏谖?，監(jiān)控量測測點(diǎn)不足、數(shù)據(jù)有誤、反饋不及時(shí)；第六，由于注漿引起周邊建筑變形或管線沉降。

3.3.2 主要控制措施

第一，綜合考慮注漿工藝、施工方法等選擇合適的注漿材料；第二，根據(jù)注漿工藝選擇合適的注漿設(shè)備，嚴(yán)格按照注漿程序施工；第三，現(xiàn)場試驗(yàn)采用合適的漿液配合比、注漿壓力等參數(shù)；第四，全部注漿孔達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí)方可結(jié)束注漿，并根據(jù)檢查孔情況決定是否需要補(bǔ)充注漿；第五，做好監(jiān)控量測工作，在鉆孔注漿前埋深監(jiān)測點(diǎn)并記錄初始數(shù)據(jù)，注漿過程中加強(qiáng)監(jiān)測；第六，加強(qiáng)對(duì)周邊地面的巡視，包括檢查是否有漏漿、地面下沉、隆起等現(xiàn)象。經(jīng)預(yù)測，采取措施后，殘余風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

3.4 工藝流程

巖溶處理施工工藝如圖2 所示。

圖2 巖溶處理施工工藝框圖

4 復(fù)雜（不良）地質(zhì)條件下具體施工方法

4.1 上軟下硬地質(zhì)條件下施工方法

4.1.1 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)技術(shù)

在上軟下硬地層，應(yīng)視地面環(huán)境選擇掘進(jìn)模式，并及時(shí)把握換刀時(shí)機(jī)，以降低風(fēng)險(xiǎn)。若盾構(gòu)機(jī)為高轉(zhuǎn)速，則盾構(gòu)機(jī)震動(dòng)大，遇硬巖盾構(gòu)機(jī)的刀圈會(huì)馬上崩斷。因此，建議過微風(fēng)化灰?guī)r地層盾構(gòu)機(jī)的驅(qū)動(dòng)模式應(yīng)為高轉(zhuǎn)速低扭矩模式。

4.1.2 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)糾偏方法

根據(jù)DDJ 系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)，通過調(diào)整各分區(qū)千斤頂?shù)膲毫暗侗P轉(zhuǎn)向調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)。若硬巖段盾構(gòu)機(jī)滾動(dòng)角過大，可通過反轉(zhuǎn)刀盤減小；若盾構(gòu)機(jī)豎直下偏，則應(yīng)提高下部千斤頂?shù)膲毫?，反之亦然。若水平向右偏，則應(yīng)提高右側(cè)分區(qū)的千斤頂壓力。同時(shí)，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)糾偏應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況，并遵循滾動(dòng)角過大以及豎直方向和水平方向控制的具體原則。

4.2 全斷面微風(fēng)化石灰?guī)r地層處理及掘進(jìn)技術(shù)

第一，掘進(jìn)中應(yīng)根據(jù)需要適當(dāng)使用泡沫、膨潤土，如遇連續(xù)掘進(jìn)且地下水較少的情況，應(yīng)適當(dāng)加水改良渣土，以便螺旋輸送機(jī)排土。第二，刀具在硬巖中掘進(jìn)磨損較大，因此應(yīng)準(zhǔn)備足夠的刀具，并及時(shí)檢查和更換刀具。對(duì)于刀具磨損程度的掌握，可以通過例行檢查以及施工參數(shù)的變化判斷。第三，盾構(gòu)機(jī)在硬巖中掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)控制好姿態(tài)，避免頻繁糾偏，防止?jié)L刀受力不均勻而導(dǎo)致局部滾刀變形損壞。第四，在全斷面硬巖掘進(jìn)中，主要以高轉(zhuǎn)速、低扭矩、低推力、欠土壓、慢速度為原則。掘進(jìn)過程中，需要選擇合理的掘進(jìn)總推力、刀盤轉(zhuǎn)速、扭矩等掘進(jìn)參數(shù)。例如，掘進(jìn)推力是影響刀具磨損的直接參數(shù)，推力過小影響掘進(jìn)進(jìn)程及施工進(jìn)度，推力過大會(huì)使?jié)L刀軸承受擠壓產(chǎn)生變形，最終可能因不堪重載造成滾刀刀圈破損。第五，在硬巖中掘進(jìn)，應(yīng)盡可能選用敞開（欠土壓）模式進(jìn)行。第六，在硬巖中掘進(jìn)，應(yīng)采取連續(xù)掘進(jìn)，及時(shí)、足量注漿，并保證注漿質(zhì)量，以防止隧道管片上浮。

4.3 盾構(gòu)穿越巖溶地層掘進(jìn)方法

第一，為了防止巖溶鉆孔和巖溶注漿風(fēng)險(xiǎn)，在施工前需要對(duì)施工區(qū)域地質(zhì)狀況進(jìn)行認(rèn)真勘查，全面了解區(qū)域地層巖性、水文地質(zhì)、重要管線及建筑物等，以便對(duì)其中的巖溶區(qū)域和高風(fēng)險(xiǎn)溶洞進(jìn)行注漿加固，并對(duì)重要管線及建筑物采取遷改或者拆除的處理措施，最大限度地減少對(duì)施工造成影響。第二，為了保證施工的順利進(jìn)行，在施工前需要對(duì)施工中可能出現(xiàn)的狀況進(jìn)行預(yù)測及評(píng)估，全面分析施工中可能出現(xiàn)的不利事件以及影響因素，并做好相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，將其對(duì)隧道施工造成的不利影響降至最低。同時(shí)，為了保證在出現(xiàn)鉆孔塌陷或者突水事故時(shí)能夠及時(shí)合理應(yīng)對(duì)，需做好施工前的材料準(zhǔn)備工作，以便在出現(xiàn)問題時(shí)有序開展各項(xiàng)搶險(xiǎn)與加固處理措施。第三，在地鐵隧道盾構(gòu)穿越巖溶施工過程中，為了避免鉆孔和投砂孔的注漿漿液溢出，需要保證注漿加固的施工質(zhì)量。同時(shí)，在注漿作業(yè)完成后，需要對(duì)注漿孔進(jìn)行封填與密實(shí)處理。需注意，應(yīng)采用先進(jìn)的施工設(shè)備和施工技術(shù)對(duì)鉆孔和投砂孔密閉，以保障地鐵隧道后續(xù)施工作業(yè)的安全性。

4.4 施工監(jiān)測內(nèi)容及范圍

灌漿施工過程中，由于受灌漿壓力影響，可能出現(xiàn)地面上抬，使混凝土路面或建筑物發(fā)生變形、開裂等危害現(xiàn)象，或使地下管線發(fā)生變形、損壞。因此，應(yīng)在巖溶注漿施工期間進(jìn)行監(jiān)測，以隨時(shí)掌握和了解地下管線或建筑物的變形和位移情況，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)及施工方法，指導(dǎo)施工的安全進(jìn)行。

監(jiān)控測點(diǎn)應(yīng)布置在路面或建筑物表面，并在每次固結(jié)灌漿前、灌漿后及灌漿過程中采用水準(zhǔn)儀及全站儀對(duì)影響范圍內(nèi)的測點(diǎn)進(jìn)行一次監(jiān)測。具體監(jiān)測內(nèi)容及范圍如下：第一，為確保溶洞處理施工過程中周邊環(huán)境安全，應(yīng)在施工過程中對(duì)溶洞處理70m 范圍內(nèi)建筑物進(jìn)行施工監(jiān)測，以監(jiān)測溶洞施工過程中對(duì)建筑物的影響程度。每天上午、下午進(jìn)行兩次監(jiān)測，如有預(yù)警情況，應(yīng)加密監(jiān)測。第二，現(xiàn)場施工過程中，間隔20m 挖一處探溝，對(duì)管線位置再次進(jìn)行確認(rèn)，并對(duì)位置坐標(biāo)進(jìn)行測量取點(diǎn)，繪制成圖紙，同時(shí)在管線上布置監(jiān)測觀察點(diǎn)，每天進(jìn)行上午、下午兩次監(jiān)測，如有預(yù)警情況，應(yīng)加密監(jiān)測。第三，鉆孔完成后，為了全面、及時(shí)地了解地下水位情況，每個(gè)溶洞應(yīng)根據(jù)投影面積大小選取1～2 孔作為地下水位監(jiān)測孔，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范具體要求及專項(xiàng)施工監(jiān)測方案，安裝水位監(jiān)測管，每天進(jìn)行上午、下午兩次監(jiān)測，如有預(yù)警情況，應(yīng)加密監(jiān)測。

5 結(jié)語

綜上所述，文章通過針對(duì)巖溶地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)及盾構(gòu)施工問題，分析盾構(gòu)區(qū)間施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，指出如何處理盾構(gòu)施工過程中施工風(fēng)險(xiǎn)的控制措施，對(duì)深圳市城市軌道交通16 號(hào)線工程三工區(qū)龍城中路站—龍平站區(qū)間巖溶處理施工提出建議，形成一套具有工程指導(dǎo)性的方案，為巖溶高發(fā)育地質(zhì)條件下盾構(gòu)隧道施工的安全性提供有力保障。