南寧地鐵2號線暗挖隧道巖溶處理方案分析*

江 杰 侯凱文 呂 波 歐孝奪 楊 宸 譚 剛 唐迎春

(1.廣西大學土木建筑工程學院，530004，南寧；2.廣西大學工程防災與結構安全重點實驗室，530004，南寧；3.桂林理工大學廣西巖土力學與工程重點實驗室，541004，桂林；4.中建交通建設集團有限公司，100142，北京；5.廣西財經學院，530004，南寧//第一作者，研究員)

0 引 言

巖溶作為一種特殊的地質，給城市地下空間的開發與利用，尤其是隧道的建設帶來了極大的困擾[1～3]。在巖溶地區施工的地鐵隧道，往往會遇到突水突泥等災害，產生地表沉降過大等不良后果，甚至會發生坍塌事故，進而造成巨大的經濟損失?？梢?，巖溶的處理對地鐵工程具有重要的意義[4]。

國內學者針對巖溶的處理技術做了較多的研究工作，也總結出了很多的成熟的工作經驗。文獻[5]針對宜萬鐵路馬鹿箐隧道所遇到的涌突水的巖溶問題，針對性地提出了帷幕注漿加固等工程處理技術；文獻[6]根據某山嶺隧道的大型半填充溶洞情況，總結出合理科學的溶洞處理方法；文獻[7]針對湖北恩利段高速公路巖灣隧道穿越特大溶洞的工程難題，提出了洞渣回填、橋跨等工程措施，并通過實踐證明其可靠性；文獻[8]結合湖南永吉高速的那丘隧道所遇到的巖溶不良地質情況，對廊道廳堂式溶洞的處理技術展開研究，并提出技術支持。巖溶地質具有很強的地域性。國內學者對各地區的巖溶地段隧道施工技術做了較多的總結。但大部分研究僅針對公路或鐵路隧道，對地鐵隧道暗挖區間的巖溶處理技術研究較少。

本文結合南寧地鐵2號線工程石子塘站—建設路站區間(以下簡為“石—建區間”)暗挖隧道的巖溶地質問題，針對性地提出巖溶處理方案及施工關鍵技術，并通過檢測數據對注漿效果進行分析。

1 工程概況

石—建區間左線采用盾構法施工，長度為1 088.366 m；右線采用盾構法結合暗挖法施工，長度為1 077.780 m。右線暗挖段長202.2 m，隧道埋深12～15 m。

1.1 工程地質概況

根據勘察資料，區間暗挖段主要位于第四系地層，區域地層自上而下依次為填土層、黏土層、粉土層、砂土層、碎石土層及泥盆系巖層。隧道主要穿越的地層包括粉質黏土層、泥巖層、角礫巖層及粉砂巖層。

區間的地下水分為松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖類裂隙巖溶水兩種。其中，松散巖類孔隙水賦存于砂層和碎石層中，中等透水性，弱富水性，無統一水位；碳酸鹽巖類裂隙巖溶水主要賦存于為角礫巖，夾少量灰巖等可溶巖中，屬于承壓水，中等透水性，弱-中等富水性，滲透系數為4.60～4.83 m/d，單位涌水量q=0.154～0.167 L/(s·m)。

1.2 巖溶地質情況

本區間暗挖隧道段的場地主要包含溶洞、溶孔、溶蝕裂隙及溶溝溶槽等巖溶形態。其中以溶洞為主。巖溶發育平面圖如圖1所示。溶洞發育統計表如表1所示。

表1 石—建區間溶洞發育統計表

1.3 隧道結構形式

暗挖隧道采用馬蹄形復合式襯砌結構，其斷面型式有兩種，具體位置見圖1，斷面型式見圖2。

a) 開挖斷面一b) 開挖斷面二

單位：mm

圖2 隧道結構橫斷面型式圖

2 巖溶處理原則及范圍

巖溶處理主要包括溶(土)洞的注漿處理和洞內全斷面的注漿加固處理。

(1)溶(土)洞注漿處理。由于巖溶地區地質條件復雜，在暗挖法隧道拱腰以上部分和隧道外擴0.5倍洞徑范圍內應對溶(土)洞進行處理。對非填充或半填充溶洞，拱腰以上采用C20素混凝土填充處理、其它部位采用水泥砂漿填充處理；對于全填充的溶洞，視填充物的性質而決定是否應注漿，當標貫擊數大于10擊時可不予處理。

(2)洞內全斷面注漿處理。位于隧道穿過范圍及隧道頂部的軟塑黏土層、破碎角礫巖層、裂隙發育區及溶溝溶槽區均需處理，故先在隧道外擴5 m范圍內采用洞內深層水平全斷面注漿加固，之后再進行斷面開挖。對已探查到的需處理的溶洞，應先從地面采用花管注漿充填方式處理，之后再在洞內對全斷面地層水平注漿加固。

3 巖溶處理方案

3.1 溶(土)洞處理

在對溶(土)洞進行注漿加固處理前，應采用鉆孔的方法對溶(土)洞邊界進行探測。以發現溶(土)洞的鉆孔為基準，向四周擴散進行加密鉆孔的布置。加密鉆孔間距不大于2.0 m。加密鉆孔同時兼做注漿孔。選取部分洞頂處的鉆孔作為排氣孔，且使每個溶(土)洞至少有1個排氣孔，其間距不超過4.0 m。溶(土)洞鉆孔布置平面示意圖如圖3所示。注漿管采用φ200 PVC(聚氯乙烯)套管，且進入溶洞底部以下部分應不小于0.5 m。溶洞填充注漿管布置如圖4所示。

圖3 溶洞鉆孔布置平面示意圖

圖4 溶洞填充注漿管布置示意圖

3.2 全斷面加固處理

暗挖段全段采用洞內深層水平注漿加固，主要加固具有巖溶發育特征的角礫巖層，加固區域為開挖全斷面及斷面邊線外5 m。經過全斷面洞內深層水平注漿及巖溶處理后，當加固效果達到設計要求時，圍巖等級可考慮降低一級處理。暗挖段巖溶處理的平面圖和斷面圖如圖5～6所示。

圖5 洞內注漿加固平面圖

圖6 洞內注漿加固斷面圖

3.2.1 注漿施工方案

為了達到止水加固土層的效果，以保證隧道安全施工，暗挖隧道全斷面采用二重管無收縮(WSS)雙液注漿工法對地下巖溶及隧道周邊土層進行注漿處理。

3.2.2 注漿孔的布置原則及布置情況

3.2.2.1 布孔原則

(1) 采用三序注漿法。該方法是通過3組鉆孔將漿液在一定的壓力作用下分序充填溶(土)洞的地基處理方法，且須嚴格按照三序的注漿順序對注漿孔進行注漿。

(2) 對于同一序的注漿孔注漿需遵從以下原則：①從下層注漿孔往上層進行；②由外側注漿孔往內側進行；③對一序注漿孔須按照設計要求的注漿量進行定量-定壓注漿，對二序和三序注漿孔須根據設計給定的注漿終壓進行定壓注漿；④多孔少注原則，即對每個孔進行均勻注漿，避免單個孔的注漿量過大而導致其他孔注不進漿液的情況發生。

(3) 對同一圈注漿孔的注漿應間隔施工。

3.2.2.2 布孔情況

(1) 掌子面孔位布設。以石—建區間暗挖段開挖斷面一為例，其掌子面的注漿孔布置圖如圖7所示，A-A和B-B剖面圖如圖8～9所示，注漿孔終孔交圈圖如圖10所示。開挖斷面二的注漿孔相對坐標與開挖斷面一相同。

圖7 注漿孔掌子面孔位布置圖

(2) 盲區布孔孔位布設。注漿盲區是指由于注漿孔之間的搭接不緊密而造成掌子面前方注漿不足的區域。因此，需對盲區進行補孔注漿。以開挖斷面一為例，同樣采用分三序進行注漿，其盲區補孔的孔位布置圖和交圈圖如圖11～14所示。

4 處理效果分析

采取鉆孔取芯、配合標準貫入試驗及單孔抽水試驗對注漿效果進行檢測分析。檢測內容主要包括溶(土)洞的注漿效果、開挖掌子面前方的注漿質量、地基承載力及土層滲透性等方面。檢測結果顯示：① 注漿段的芯樣較完整連續，并已膠結固化；② 芯樣的抗壓強度均大于0.2 MPa，滿足設計要求；③ 注漿段標貫擊數平均值為13.28擊，滿足設計要求。④ 注漿段地層加固均勻性較好，土體滲透系數滿足要求。

圖8 注漿孔A-A剖面圖

圖9 注漿孔B-B剖面圖

圖10 注漿孔終孔交圈圖

圖11 盲區注漿孔位置圖

圖12 盲區補孔交圈圖(一)

圖13 盲區注漿孔位置圖(二)

此外，該暗挖段經過巖溶處理后，暗挖隧道的施工也順利通過了此處的溶洞，并且根據長期的監測數據發現該段圍巖穩定，暗挖隧道的支護結構無明顯的滲水問題，各項指標均滿足規范要求。

圖14 盲區補孔交圈圖(二)

5 結語

巖溶地質是南寧地鐵工程施工過程中所遇到的不良地質問題之一，也是較難處理的問題之一。為確保地鐵隧道順利通過巖溶地段，巖溶處理十分關鍵。本文以南寧市地鐵2號線石—建區間暗挖段為例，針對隧道施工所遇到的巖溶地質問題，提出了巖溶處理的關鍵技術，處理效果證明了該處理方案及處理技術的有效性，可為南寧市的類似工程提供參考。