地铁控制保护区内溶岩高发区预注浆处
理施工及地铁结构保护措施
摘要：为了更好地解决新建项目与地铁结构周边的溶洞问题，实现地铁结构及运营安全，本文根据广州市花都区某项目溶洞高发区的施工处理过程，结合工程经验、场地内水文地质和处理措施等方面，对溶洞高发区域内的处理措施和处理过程对地铁结构的影响进行前期分析及提出施工过程现场管控措施。期望通过本文为日后类似工程的设计和施工提供借鉴及参考。
关键词：地铁隧道；地铁控制保护区；溶洞预注浆 1、项目概况
某项目位于广州市花都区秀全大道北侧、站前路东侧地块。运营地铁九号线“广州北～花城路”区间盾构隧道位于秀全大道。项目建设用地面积约95629 ㎡，总建筑面积约569513㎡。该项目临近地铁侧基坑最大开挖深度约为7.5m，采用“放坡或挡板+1200厚悬臂地下连续墙”支护形式，地下连续墙两侧采用φ850@600三轴搅拌桩槽壁加固；远离地铁侧基坑最大开挖深度约为13m，采用“φ1200（钢筋混凝土桩）/φ800（素混凝土桩）咬合式灌注桩+2道锚索”支护形式，基坑采用φ850@600三轴搅拌桩封闭止水。该项目围护结构、桩基础与地铁隧道结构外边线之间的最小水平净距分别约为20m、22m。
2、地铁隧道工程概况
运营地铁九号线“广州北～花城路”区间盾构隧道位于秀全大道，区间隧道左线设计起止里程为 ZDK5+468.700～ZDK6+494. 150，短链 8.702m，长度为1016.748m；右线设计起止里程为 YDK5+468.700～YDK6+494.150，长度为1025.450m。本段区间隧道埋深较浅，项目对应区域地铁隧道埋深约为 4.5m～5.75m，外径为6.0m，内径为5.4m，管片厚度为0.3m，管片衬砌环宽度为 1.5m，
混凝土强度等级为 C50，防水等级为 P12。地铁隧道主要位于砂层、粘土层、残积土层、隧道底局部穿越灰岩。如下图所示：
图：铁区间右线隧道地质纵断面图
图：地铁区间右线隧道地质纵断面图
3、水位地质情况
根据勘察成果，勘察期间初见地下水位埋深2.5m；稳定地下水位埋深2.50～4.10m，相应高程为 5.97~8.12m。地下水位随季节波动，变化幅度约1.0m～2.0m，根据场地环境地质条件，本区环境类型属Ⅱ类。
拟建项目场地基岩为石炭系灰岩，具有明显的岩溶发育迹象，勘察期间共346个钻孔，其中191个钻孔揭露有263个溶洞，21个钻孔揭露有21个土洞，钻孔见洞隙率55.2%（溶洞）、6.1%（土洞）；各钻孔累计揭露溶洞总进尺596.80m，钻探基岩段总进尺 2951.54m，线岩溶率 20.2%。综合评价拟建场地的岩溶发育程度为：强烈发育。根据勘察成果，场区溶洞基岩顶板普遍较薄，厚度
为0.10m～3.10m，最厚为6.04m，其中南侧间距3m设置一个超前钻孔，共设置钻孔 115 个，其中遇溶洞的超前钻孔70个，共探明溶洞90个，溶洞洞高0.2m～5.8m。如下所示：
图：场地典型地质剖面展开图
4、溶洞处理目的、方法及注意事项 4.1处理目的
通过对溶洞进行预处理，避免施工过程中发生跑浆、溶洞塌陷、槽壁坍塌等意外情况，并由此引起可能产生不良严重后果，故地铁控制保护区内施工所涉及的范围内的溶（土）洞，不论大小均应进行注浆预处理，以此降低围护结构、桩基础等施工的安全风险及确保地铁结构周边地层稳定。
4.2处理方法
地铁保护控制区区域无填充、半填充、全填充溶洞处理采用注浆预处理的方式，在探明存在溶洞的超前钻孔位周边间距4m网格布点(如下图六所示)，外侧进行双液浆封边，内侧单液浆填充。其中溶洞注浆处理工艺参数如下：
（1）对于溶土洞注浆处理分两次或两次以上进行，注浆压力分级间隔逐步提高，间隔时间为3小时。
（2）周边孔注浆：第一轮采用 0.2MPa，终灌压力：0.4MPa；中间孔注浆：第一轮采用 0.2MPa，终灌压力：0.4MPa。
（3）单液浆(水泥浆)设计配比参数：水泥采用 42.5R 级普通硅酸盐水泥；水灰比=0.5~1.0；b,注浆速度：30-70L/min。
4.双液浆设计配比参数：水泥浆+2%水玻璃，模数 3.0，水泥强度等级为 42.5R；注浆速度：8-12L/min；摸边探明溶洞边界的，预处理量超过预计溶洞2倍体积量，其外围加密孔采用灌注双液浆进行封边，再进行静压注浆至填充完成。
（5）注浆扩散半径设计为 1.5m。
注浆终压0.3～0.4MPa，注浆压力逐步提高，达到注浆终压并继续注浆 10min 以上。
（6）溶、土洞注浆方式均采用袖阀管注浆，袖阀管采用∅90PVC 管。 （7）溶洞注浆采用抽芯检测，取芯数量为每个溶洞不少于2个，总检测数量不少于注浆孔数量的20%，溶洞注浆加固固结体28天龄期的无侧限抗压强度不小于0.3MPa；土洞采用随机原位标贯试验，标贯击数不小于10击。
图：溶洞注浆钻孔示意图
4.3溶洞处理注意事项
（1）若注浆孔成孔过程揭示岩溶发育情况与超前钻差异较大时，应及时通知设计单位，以便及时调整注浆方案；
（2）灌注水泥浆时，注浆管贯穿溶洞、进入溶洞洞底以下 0.5m，可根据现场试灌情况调整。
（3）对于溶洞无法注满的区域，灌注桩施工时必要时变更施工工艺，采用全套管旋挖桩处理。
（4）对于施工区域，如发现多层串珠状溶洞，且串珠溶洞间岩层厚度小于 1.5m，下层揭露无充填或半充填洞高大于等于 1.5m
的溶洞，应自下而上按照洞高分布特征，依次提升注浆管，逐级灌满。 （5）注浆施工前，应先进行试灌，注浆压力，注浆材料配合比等施工参数，应结合现场试灌所得参数进行调整。
（6）注浆施工完成后，应拔出注浆管便于后续施工。
（7）对于风险性较大的大型溶土洞应对根据现场情况调整处理方法后进行处理。
5、溶洞预处理及地下水位下降对地铁结构影响的有限元分析 5.1溶洞处理有限元分析
本次模拟采用静态方式模拟溶洞注浆，在模型计算中将地铁保护区范围内的溶土洞采用属性置换，将溶土洞的属性置换成水泥浆属性。如下图所示：
图8 项目与地铁隧道位置关系有限元网格图
图9 项目关键工况位移云图
项目溶洞处理施工诱发邻近地铁区间隧道结构最大的 X 向水平位移为-0.001mm，最大的 Y 向水平位移为0.004mm（朝基坑内侧变形），最大的竖向位移为-0.008 mm（竖向沉降）。
5.2地下水位下降有限元分析
有限元模型模拟地下水位下降最不利工况，即场地内地下水位大面积下降。计算结果可知，地下水位下降 1m 诱发邻近地铁结构产生的最大水平位移为-0.44mm，最大竖向沉降为2.69mm；水位下降2m 诱发邻近地铁结构产生的最大水平位移为-0.85mm，最大竖向沉降为5.06mm；水位下降3m 诱发邻近地铁结构产生的最大水平位移为-1.04mm，最大竖向沉降为7.02mm。
6、溶洞处理对地铁结构的风险分析
6.1溶洞注浆压力控制不当，压力不断增大，影响周边地层，将直接引起地铁结构位移，注浆压力的控制是地铁结构安全的关键。
6.2溶（土）洞注浆不足，导致施工区域地层仍然存在溶洞，且溶洞与周边地层连通，若后期施工围护结构、桩基础等，将会引起地下水及泥浆大量流失，同时也会引起地铁结构位移。
6.3由于项目距离地铁结构较近，地铁隧道围岩大部分为砂层、粘土层、残积土层、隧道底局部穿越灰岩，若出现塌方现象，将直接引起地铁结构位移。
7、溶洞处理施工的管控措施及对策
7.1对于岩溶中等及强烈发育的场地，勘察钻孔数量需满足《岩溶地区建筑地基基础技术规范》（DBJ/T15-136-2018）的孔数布置。
7.2注浆作业时段应与地铁运营部门协商一致；注浆前须设立试验段，制定溶土洞处理控制参数，控制参数、终止要求须由业主组织参建各单位共同确认，且注浆压力不得大于0.5MPa；注浆过程中，必须安排专人进行旁站监督，严格监管注浆压力，发现异常情况，立即通报各方。
7.3溶洞注浆施工过程中，地铁结构自动化监测频率不应少于1小时/次（可适当加密监测断面），且监测单位须及时将监测数据通报参建各方单位，当数据出现异常须立即通知施工单位停止注浆。
7.4溶洞预注浆施工完成后，须对溶洞注浆效果进行检测，保证施工区域内周边的溶洞全部注浆密实。
7.5钻进成孔时密切注意观察溢水情况，出现大量溢水时，应立即停钻，分析原因再进行施工。注浆开始前做好充分准备，保证注浆设备能正常运行，并密切关注注浆量，当压力突然上升或从孔壁、地面大量溢浆时，应立即停止注浆，查明原因后采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆。
8、结束语
综上所述，溶洞处理是一项复杂的工作，工程人员须先考虑到溶洞特殊地质区域内施工对地铁结构带来的影响，且鉴于溶洞类型、大小、形状等各有不同，为了更好地对新建项目及地铁结构周边的溶洞进行处理，我们须综合考虑各方因素采取有效的溶洞预处理方案。期望通过本工程经验的累积，提高日后同类型溶洞处理的施工效率和质量，以及进一步加强地铁保护区内溶洞处理施工过程的管控。
参考文献
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