1、地铁穿越裂隙岩溶不良地质的探测及处理措施地铁穿越裂隙岩溶不良地质的探测及处理措施摘要：徐州地铁车站及隧道线路部分地层的岩溶较为发育，溶隙、溶沟及溶洞较多。这对工程范围内桩基成桩、隧道防坍较为困难，施工影响较大。若岩溶发育在结构底部，将对隧道稳定、结构安全及线路运营维护等产生不利影响。因此施工过程中须加大不良地质的超前探测，并做到处理科学、合理、有效、可行，以保证铁路运营后的抗灾效果及运营安全。关键词：地铁隧道；岩溶；探测；充填地质；整治引言徐州轨道交通1号线一期工程部分车站及区间盖挖立柱桩或围护结构入岩以及暗挖区间隧道穿越灰岩，灰岩地带存在岩溶发育，且多以填充为主，填充物成分不均匀，结构致密性
2、较差，透水性较强。考虑到岩溶对隧道稳定、结构安全及线路运营维护产生的不利影响，对不良地质的探测和加固防护处理也就成为该工程安全质量控制的重中之重。1.工程概况本文以徐州1号线一期工程一号路站至徐州高铁站段为例，本段线路长4.22km，包含三站两区间。车站均为明挖，区间采用矿山法暗挖+局部明挖。本段场区隧道位于区域性的贾汪复式向斜SE翼，靠近次级背斜的轴部，因背斜轴部张性节理发育，地下水顺节理下渗并向两翼运动，岩溶发育，形态以垂直方向为主；岩层倾角较陡，地表水沿层理下渗，地下水运动较强烈。地下水以岩溶裂隙水为主，赋存于寒武系灰岩的溶洞和溶（裂）隙中，含水层的渗透系数20m/d，属强透水。2.对不
3、良地质探测及处理的必要性分析2.1不良地质情况据钻孔揭露，本区段岩石常见溶隙、溶沟及溶洞。岩溶属弱中等发育，局部地段强烈发育。一号路站徐州东站站溶洞情况见表2.1所示。2.2不良地质的影响分析本工程不良地质主要是岩溶发育，其次是岩体破碎、溶蚀裂隙、富水带及杂填土，产生的不利影响主要有两方面：施工影响或外围水源影响破坏，溶洞可能形成透水通道，诱发土洞或大的岩溶塌陷，危及隧道和基坑的施工安全；工程结构底板如位于溶洞上方，将影响工程结构使用安全。如运营列车动、静荷载作用振动波所产生的附加应力在与土层自重应力相叠加耦合后作用于土体，可使土层中的应力分布发生改变，可能会造成洞体坍塌，影响结构和运营安全；
4、围护结构施工尤其是人工挖孔桩施工，如遇到溶洞将危及作业人员人身安全；杂填土、溶洞等不良地质情况严重影响矿山法隧道施工安全，如事先探测和加固处理不当将会出现掌子面突泥涌水、坍塌等地质突发事件，严重的将危及作业人员人身安全甚至隧道坍塌并引起地下管线、市政道路和交通安全；爆破易造成岩石节理裂隙、破碎带贯通，从而形成良好的地下水通道，造成涌水量加大，产生溶洞填土坍塌或突水、突泥等各种事故。3.对不良地质探测及处理措施3.1探测总体思路为了充分探明结构周边的不良地质构造，保证工程安全的关键是对不良地质的准确探测预报。通常在综合分析的基础上采取针对性的预报措施，如地质分析、地球物理探测，钻孔方法，或者超前
5、导洞等。勘察应采用综合物探、钻探等综合勘探方法。施工阶段应结合工程开挖和处理措施，采用探灌结合的方法进一步查明岩溶发育形态。3.2探测方法根据地铁工程地质情况，目前常采用现代物探手段综合预报，以解决不良地质的超前地质预报问题，探测掌子面前方及周围的地质异常体，保证围岩地质、水文条件复杂、地下水较丰富的隧道正常施工的重要前提，确定适宜的开挖方法和支护形式，从而实现“信息化施工”。综合超前地质预报工艺流程图见图3.1所示。实际施工中，应结合工程地质及水位地质条件，根据地质灾害对隧道施工安全的危害程度，选择对应的预报方式开展超前地质预报。为确保超前地质预报可靠有效、经济合理，须充分结合工程地质水位环
6、境、线路走向及地下构筑物等情况，另外应根据地质预报几种型式的优缺点来选取本区段适用的方法。见表3.1。通过以上比较分析，本工程区段主要采用地质雷达+加深炮孔探测进行超前地质预报。对于溶洞探测采取地面探孔与洞内超前地质预报相结合的方式。3.3不良地质探测及处理措施3.3.1 地面溶洞探测及处理1、探孔探测要求平行隧道方向布置5列钻孔，分别在距离左右线隧道外侧3m处、区间隧道中线上和左右线区间隧道中间位置。每一列钻孔的孔距约为5m，钻孔基本成矩形布置。钻孔深度：本区段隧道底板埋深最深约13m，位于左右线区间隧道中心线位置的2列钻孔深度原则为24m；另外3列钻孔设计深度原则为19m；钻到有溶洞的钻孔
7、要求加深，应钻穿溶洞至溶洞底下23m。同时要求钻孔深度应满足取样、测试和抽水等的要求。在钻探施工过程中，应准确、详细记录异常现象及其发生的位置和严重程度；详细描述溶洞空间大小、分布、充填物物理参数及富水情况等。在探到有溶洞的钻孔周围按照纵、横间距2m再次布置勘察钻孔，必须查清溶洞的边界位置。对于现有的已探到溶洞的勘探孔，按照地勘报告中提供的坐标将其重新找出后再次开孔，并在周边补充钻孔以确定溶洞边界位置。2、地面处理措施溶洞处理施工顺序为：溶洞处理与否判定（高、低风险）溶洞处理溶洞处理效果检查。按照地铁隧道结构底板以下完整基岩厚度不小于6m，地铁结构水平轮廓线外5m范围确定为高风险区，应对高风险
8、区内的溶洞进行处理，溶洞处理必须填充密实。对于高风险区内的物探异常区进行钻孔验证，对揭示的溶洞从地面进行注浆充填加固，且一并完成岩面注浆施工。对于钻孔揭示岩溶洞穴高度不大于1m和全填充的溶洞直接采用纯水泥浆进行静压式灌浆。对于钻孔揭示岩溶洞穴高度大于1m且为无填充和半填充溶洞的，灌浆一般采用间歇式静压式灌浆，第1次灌浆采用水泥砂浆，灌浆时间控制在20min，间歇6h后再灌第2次，第2次灌浆可采用水泥砂浆或浓浆，若在20min内仍不起压，停止灌浆，间歇6h后再灌第3次，依次类推，直至终孔为止。灌浆压力按0.30.5Mpa控制，灌浆压力应随灌浆过程逐步提高，达到设计灌浆压力并持续注浆30min以上
9、。必要时，可在水泥砂浆或水泥砂浆或水泥浆中适当添加速凝剂。对于洞径大于5m的特大型无填充溶洞，考虑先投碎石（510ram），后采用注浆加固的方法。投碎石处理时，在原钻孔附近（约0.6m）补钻2个投石孔，两投石孔中心与原钻孔中心需在同一连线上，两投石孔可相互作为出气孔。鉴于该区段多以半填充溶洞（土洞）为主，半填充溶洞处理示意图见图3.2。注浆工艺a.采用花管注浆，花管管径42，壁厚3.5mm，溶洞范围内布设溢浆孔，孔径5mm，间距20cm，梅花形布置。b.注浆材料孔内地下水较小时使用纯水泥浆，采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比=0.5：11：1；当溶孔内存在水流通路，与外界水利联系畅通时，为减
10、少浆液损失，确保加固质量，可采用水泥-水玻璃双液浆。水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥；水玻璃：模数m=2.43.4，浓度Be=3040；双液浆混合后，现场试验失去可泵性的时间约为60s。具体施工时参数应根据时间情况、现场试验进行调整。c.注浆压力和注浆量周边孔：以相对小压力、多次数、较大量控制；压力0.30.4Mpa，34次。中央孔：压力按0.40.5 Mpa控制，3次。注浆速度：3070L/min。注浆扩散半径，全填充溶洞填充物为粉质粘土和粉质粘土混风化岩碎屑按照1.5m设计，填充物为砂、风化岩碎屑按照22.5m设计。d.注浆间歇时间每次间隔6h。e.灌砂浆灌砂浆材料采用42.5级普通硅酸盐
11、水泥和中砂，在现场拌制，配合比为水泥：砂：水=1：5.7：1，流动度为70mm；灌砂浆可利用两砂浆孔相互作为出气孔，当砂浆不能继续灌入时停止灌注。f.岩面注浆钻机钻探至岩面后，对岩土分界面进行注入水泥浆；注浆压力0.10.15Mpa，维持压力0.15Mpa约1015min。注浆加固效果检查a.检测方法采用钻孔取芯，做抗压试验；对注浆量较多和勘测涌水较大处，要补充抽水试验。b.检测标准每个岩溶处理检测数量不少于注浆孔数量的1%且不小于2根，岩面注浆和混合土注浆采用随机钻孔取芯，做抗压试验。岩溶处理后溶（土）洞填充物无侧限抗压强度0.3Mpa。3.3.2 隧道内溶洞探测及处理地面探孔施工由于布孔间
12、距较大，势必会造成探测盲区。因此在隧道内通过地质探孔和加长炮孔的方式进行探测。1、探测方法隧道内探孔采用快速地质钻机成孔和加长炮眼相结合的方式。地质钻孔每循环打设长度30m，每25m一个循环；加长炮孔作为补充措施，每循环开挖爆破钻眼时实施，钻孔长度45m。超前地质探孔和加长炮孔主要是对隧道开挖范围内及开挖轮廓外2m范围内的地质情况进行探测。探孔布置图见图3.3。2、隧道内溶洞处理措施为减少对隧道开挖的影响，溶洞处理也采用地面处理的方式，具体方法同地面处理。考虑隧道施工进度较快，洞内超前注浆范围较掌子面较近，为加快浆液凝固速度保证掌子面开挖安全，洞内压力注浆浆液可采用水泥-水玻璃双液浆。3、隧道
13、周边（高风险区）溶洞探测与处理在隧道初支成环后，利用施工间歇期或其他不影响正常施工的时间段，采用物探的手段对隧道结构底板以下6m，结构水平轮廓线外5m范围高风险区的溶洞进行彻底的地质雷达探测。发现溶洞后，采用初支面开孔打设注浆花管的方式实施压力注浆或填砂浆进行处理。3.3.4 不良地质处理后监测数据分析1、本区段一号路站振兴路站区间DK20+735左线溶洞处理为例。该段设计围岩等级为级，采用B型支护类型。溶洞位于掌子面右侧拱顶，掌子面左侧为中风化灰岩。溶洞高度约为6m，溶洞侵入隧道2.5m，溶洞向上呈倒锥形。溶洞为半填充型溶洞，填充物为黄褐色塑性粘土，较湿润，易坍塌，溶洞无明显渗水，溶洞周边为
14、中风化围岩。为确保处理措施安全有效，对该段隧道内外加强监控量测。溶洞注浆后拱顶沉降及洞内收敛情况见图3.4、图3.5所示。4.结束语（1）对于不良地质的处理首先应综合各方面因素选取合适的探测方法。本工程区段前期充分考虑水文地质及经济等各种因素比选分析，选取地质雷达+加深炮孔探测进行超前地质预报，经实践表明，设计合理，施工可行。（2）对溶洞裂隙等不良地质进行注浆处理过程中，采用间歇灌注，逐步提高灌浆压力，达到设计压力后保持灌浆时长，可有效提高空隙腔体的密实度，增强抗渗性能，改善不良地质内部的渗透稳定和变形。参考文献1 苗德海.宜万铁路云雾山隧道“+852”溶洞发育特征及技术对策J.铁道勘察，2012（4）：21-25. 2 何志亮.TSP超前地质预报系统在田湾河流域仁宗海电站引水隧道中的应用J.四川水利发电，2008，27（5）：1-3.3 中华人民共和国建设部.GB50911-2013城市轨道交通工程监测技术规范P.北京：中国建筑工业出版社，2014. 4 中华人民共和国建设部.JGJ8-2007 建筑变形测量规范P.北京：中国建筑工业出版社，2007.
