摘要：貴陽(yáng)作為典型的喀斯特地貌，巖面起伏變化大，巖溶極為發(fā)育;表面的巖溶形態(tài)主要有容溝、溶槽、鷹觜巖、石芽和陡坎等;具有復(fù)雜性,不可預(yù)見(jiàn)性和危險(xiǎn)性等特征。巖溶地區(qū)盾構(gòu)施工容易發(fā)生地表塌陷和盾構(gòu)機(jī)“栽頭”現(xiàn)象，處理不當(dāng)會(huì)給盾構(gòu)施工帶來(lái)極大的安全風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)損失，因此就要重視盾構(gòu)通過(guò)前的巖溶超前探測(cè)及處理工作。本文結(jié)合貴陽(yáng)軌道交通3號(hào)線貴醫(yī)站～大營(yíng)坡站區(qū)間工程實(shí)例，闡述了巖溶地區(qū)盾構(gòu)施工針對(duì)前方巖溶的探測(cè)及超前處理，尤其是洞內(nèi)超前鉆注處理方法;另外探討了典型巖溶地層沉降控制與噴涌防治方法，為盾構(gòu)長(zhǎng)距離下穿施工中探測(cè)、處理前方巖溶及重大風(fēng)險(xiǎn)管控提出有效的解決措施及建議。

　　關(guān)鍵詞：巖溶地層;超前處理;風(fēng)險(xiǎn)管控

　　一、工程概況

　　貴醫(yī)站～大營(yíng)坡站區(qū)間線路出貴醫(yī)站后沿北京路、大營(yíng)路、新添大道走行，側(cè)穿貴烏中路高架橋樁基、寶山北路高架橋樁基、人行天橋樁基及大量1～9層建筑物，下穿寶山北路過(guò)街地道、亞華小區(qū)、農(nóng)資公司宿舍樓、沙河大溝、茶店大溝、大營(yíng)坡批發(fā)市場(chǎng)及F7、F8斷層破碎帶等重要風(fēng)險(xiǎn)源，最后進(jìn)入大營(yíng)坡站。區(qū)間左線長(zhǎng)1429.870m，右線長(zhǎng)1444.411mm，線間距為14m〜17m，隧頂埋深約10.3m〜39.3m，整個(gè)線形為S型，最小曲線半徑為R=350m，縱向最大坡度為27.466‰的上坡。區(qū)間斷面均為標(biāo)準(zhǔn)斷面，雙洞單線隧道，無(wú)停車線、渡線;采用盾構(gòu)法施工，共設(shè)置2座聯(lián)絡(luò)通道。

　　地質(zhì)工程評(píng)職知識(shí)：地質(zhì)類sci期刊有哪些

　　二、地質(zhì)水文

　　2.1工程地質(zhì)

　　根據(jù)詳勘報(bào)告，本區(qū)間隧道覆蓋層主要為第四系雜填土層、紅粘土，下伏基巖為三疊系大冶組(T/1d)石灰?guī)r，三疊系安順組(T/1a)白云巖及二疊系長(zhǎng)興組(P/2c)石灰?guī)r。隧道穿越地層主要為中風(fēng)化灰?guī)r，小里程穿越少量中風(fēng)化白云巖。

　　2.2水文地質(zhì)

　　區(qū)間線路范圍內(nèi)地下水類型分為上層滯水和潛水。區(qū)間下穿大營(yíng)坡批發(fā)市場(chǎng)段地下穩(wěn)定水位埋深約3.7～6.2m，位于隧道拱頂以上9.6m～11.7m。

　　擬建工程區(qū)水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，地層賦水性差異較大，巖溶地區(qū)地下水受構(gòu)造節(jié)理裂隙、巖溶洞(隙)及管道控制，分布不均勻，規(guī)律性差的特點(diǎn)，對(duì)區(qū)間隧道的開(kāi)挖影響較大。

　　2.3不良地質(zhì)

　　根據(jù)詳勘報(bào)告，擬建線路范圍內(nèi)不良地質(zhì)主要有:巖溶、穿越斷層。

　　1)區(qū)間范圍地層褶皺強(qiáng)烈，斷裂復(fù)雜，古巖溶地貌面起伏平緩，巖溶地質(zhì)條件甚為復(fù)雜。擬建場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)白云巖、灰?guī)r廣泛分布，現(xiàn)狀地表為植被及既有路面及建(構(gòu))筑物，地表巖溶形態(tài)主要表現(xiàn)為巖層表面發(fā)育溶孔、溶隙、溶洞。地下巖溶形態(tài)主要以溶洞、溶溝(槽)、溶蝕裂隙為主，巖體內(nèi)主要為溶孔、垂直溶洞(隙)、溶蝕破碎帶，發(fā)育形態(tài)呈單個(gè)狀或巖溶管道。溶洞被粘土或角礫充填，呈全或半充填狀態(tài)，局部為空洞。本區(qū)間勘察取孔58處，經(jīng)鉆探揭露，遇溶洞(隙)鉆孔17個(gè)，遇溶洞率29.3%，為巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)。

　　2)區(qū)間穿越F7及F8兩條斷層，斷層兩側(cè)巖體很破碎，巖溶較發(fā)育，均具有富水性。

　　三、工法比選研究

　　貴大區(qū)間初步設(shè)計(jì)采用礦山法施工。鑒于區(qū)間下穿寶山北路過(guò)街地道、亞華小區(qū)、農(nóng)資公司宿舍樓、沙河大溝、茶店大溝、大營(yíng)坡批發(fā)市場(chǎng)及F7、F8斷層破碎帶等多處風(fēng)險(xiǎn)源，且?guī)r溶強(qiáng)發(fā)育，施工安全風(fēng)險(xiǎn)極高，節(jié)點(diǎn)工期無(wú)保證。在施工單位不懈努力及各方的全力支持、配合下，最終完成了貴大區(qū)間工法變更。對(duì)于礦山法、盾構(gòu)法兩種工法應(yīng)對(duì)巖溶強(qiáng)發(fā)育地質(zhì)及大量風(fēng)險(xiǎn)源沉降控制做了大量研究工作。

　　(1)盾構(gòu)機(jī)針對(duì)區(qū)間巖溶處理更靈活：根據(jù)以往類似地層盾構(gòu)掘進(jìn)實(shí)踐，區(qū)間巖溶地質(zhì)可提前通過(guò)地面補(bǔ)勘和地面注漿進(jìn)行處理;另外在盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)或改造時(shí)可進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，在盾構(gòu)機(jī)前方加設(shè)HSP超前地質(zhì)探測(cè)設(shè)備和超前注漿系統(tǒng)，可從洞內(nèi)再次對(duì)巖溶進(jìn)行探測(cè)和預(yù)處理，通過(guò)上述兩步盾構(gòu)法施工能完全規(guī)避巖溶風(fēng)險(xiǎn)。

　　(2)盾構(gòu)下穿斷層破碎帶措施相對(duì)較多，安全有保證：F7、F8斷層兩側(cè)巖體很破碎，巖溶較發(fā)育，均具有富水性。下穿前對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行全面檢修，重點(diǎn)對(duì)刀具、盾尾刷進(jìn)行檢查、更換;掘進(jìn)期間通過(guò)控制螺旋前端閘門開(kāi)口率可有效防止噴涌情況發(fā)生;另外通過(guò)管片背后止水環(huán)及盾尾刷能有效防止地層水進(jìn)入土倉(cāng)及作業(yè)區(qū)。多項(xiàng)措施完全可以保證盾構(gòu)安全下穿斷層破碎帶。

　　(3)提高刀具耐磨能力，控制換刀風(fēng)險(xiǎn)：選用由超硬耐磨合金制成的刀具，可有效提高盾構(gòu)刀具和刀盤(pán)的破巖及耐磨損能力，在一定程度上減少刀具更換頻次。另外根據(jù)試驗(yàn)段換刀實(shí)踐，換刀位置盡可能避開(kāi)斷裂破碎帶、重要建構(gòu)筑物等危險(xiǎn)源，全斷面巖層換刀風(fēng)險(xiǎn)可以有效控制。

　　(4)盾構(gòu)法施工在安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)控制，周邊環(huán)境保護(hù)、減少擾民等方面更具優(yōu)越性。

　　(5)采用盾構(gòu)法施工對(duì)工作環(huán)境有很大改善：本區(qū)間隧道穿越地層主要為灰?guī)r、白云巖層，若采用礦山法施工，爆破和冷開(kāi)挖為主要開(kāi)挖手段，均會(huì)產(chǎn)生大量粉塵污染，嚴(yán)重危害洞內(nèi)作業(yè)人員身體健康。而盾構(gòu)法施工因其機(jī)械化較高，大大減少了作業(yè)人員的投入;且渣土由開(kāi)挖面進(jìn)入土倉(cāng)，再由螺旋輸送機(jī)排出，大大減少了粉塵污染，改善了作業(yè)環(huán)境。

　　四、盾構(gòu)法巖溶補(bǔ)勘及處理原則

　　(1)采用先探查，后處理，再通過(guò)的原則。

　　(2)巖溶探查：優(yōu)先地面探測(cè)、處理，洞內(nèi)輔以HSP、超前鉆等地質(zhì)預(yù)報(bào)及超前注漿處理。

　　(3)處理范圍：位于隧道結(jié)構(gòu)外側(cè)5m范圍內(nèi)的溶洞全部處理;

　　五、一般區(qū)段巖溶補(bǔ)勘處理

　　5.1巖溶補(bǔ)勘方法比選

　　貴大區(qū)間巖溶補(bǔ)勘前，對(duì)國(guó)內(nèi)當(dāng)前常用補(bǔ)勘手段進(jìn)行了對(duì)比分析，具體情況如下;貴大區(qū)間巖溶補(bǔ)勘首先采用微動(dòng)進(jìn)行探測(cè)，異常區(qū)域采用鉆探進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)建構(gòu)筑物影響的區(qū)域通過(guò)跨孔CT、管波進(jìn)行探測(cè)。若個(gè)別區(qū)域仍無(wú)法實(shí)施的，后續(xù)通過(guò)洞內(nèi)HSP進(jìn)行超前探測(cè)。

　　5.2一般地段補(bǔ)勘

　　地面補(bǔ)勘較準(zhǔn)確的查明巖溶空間發(fā)育分布情況，提供豐富的地質(zhì)信息，為施工單位巖溶注漿治理加固工作提供依據(jù)，可極大的減少巖溶不良地質(zhì)給盾構(gòu)施工及后期運(yùn)營(yíng)工作帶來(lái)的巨大潛在風(fēng)險(xiǎn)。地面一般地段補(bǔ)勘采用綜合物探手段進(jìn)行淺-中-深精細(xì)化勘察，淺部采用地質(zhì)雷達(dá)方法，中深部以孔中物探為主(跨孔CT與管波方法)，復(fù)雜地質(zhì)條件及復(fù)雜環(huán)境條件時(shí)采用微動(dòng)新技術(shù)進(jìn)行加密探測(cè)。具體如下：

　　1)淺層地質(zhì)雷達(dá)探查

　　地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線沿隧道結(jié)構(gòu)輪廓線外3m范圍內(nèi)布設(shè)，測(cè)線間距3m，共計(jì)布設(shè)9條測(cè)線，在地質(zhì)雷達(dá)成果圈定的不良地質(zhì)體處進(jìn)行鉆探驗(yàn)證。

　　2)深埋巖溶探查

　　跨孔CT鉆孔沿隧道左右中線布設(shè)，盡量與詳勘鉆孔交叉布置，一般鉆孔間距20m，沿中線方向進(jìn)行孔間物探詳查，跨孔彈性波CT觀測(cè)系統(tǒng)，每個(gè)鉆孔內(nèi)均進(jìn)行管波探測(cè)。

　　對(duì)于跨孔CT圈定的大規(guī)模溶洞采用鉆孔探邊或加密跨孔CT的方式對(duì)巖溶的發(fā)育范圍及規(guī)模進(jìn)行探查。

　　鉆孔孔深為隧道結(jié)構(gòu)底板以下10m，且滿足跨孔CT鉆孔深度(鉆孔深度=1.6*鉆孔間距)要求。當(dāng)揭露破碎帶、溶洞時(shí)鉆穿破碎帶、溶洞并進(jìn)入中等風(fēng)化巖石內(nèi)3m終孔。

　　斷層破碎帶探查，在隧道左右中線布設(shè)微動(dòng)測(cè)線兩條，測(cè)點(diǎn)間距5m，探查斷層破碎帶具體位置及走向。

　　5.3下穿建(構(gòu))筑物段補(bǔ)勘

　　地面有建筑物段主要采用孔中跨孔CT、微動(dòng)和洞內(nèi)HSP超前探測(cè)相結(jié)合的勘察方案，具體如下：

　　1)下穿亞華小區(qū)段，根據(jù)實(shí)地踏勘情況，可實(shí)施鉆孔處則采用鉆探的方法，且應(yīng)加密、加深鉆孔，結(jié)合跨孔彈性波CT從隧道兩側(cè)進(jìn)行巖溶探測(cè)。

　　2)下穿農(nóng)資公司小區(qū)段，根據(jù)實(shí)地踏勘情況，小區(qū)房屋不影響跨孔CT巖溶探測(cè)。

　　3)大營(yíng)坡批發(fā)市場(chǎng)等區(qū)域由于地面情況較為復(fù)雜，無(wú)法實(shí)施鉆探，可采用微動(dòng)探測(cè)法進(jìn)行巖溶探測(cè)，在隧道左右線各布設(shè)一條微動(dòng)測(cè)線，測(cè)點(diǎn)間距5m，探查巖溶空間位置分布情況。

　　4)大營(yíng)坡批發(fā)市場(chǎng)局部因條件復(fù)雜確實(shí)無(wú)法進(jìn)行地面探查的，則采用洞內(nèi)HSP進(jìn)行超前探測(cè)。

　　5.4地面處理

　　巖溶處理，以地面處理為主，地面無(wú)法實(shí)施段采用洞內(nèi)處理。地面處理主要采用地面回填和注漿處理，具體處理方法如下：

　　1)勘探鉆孔間距3.0mx3.0m(遇到溶洞處則加密至2.5mx2.5m),利用勘探孔及加密孔進(jìn)行處理。

　　2)對(duì)于全填充溶洞(需要處理的溶洞)處理采用壓力注漿的方法進(jìn)行填充加固。

　　3)對(duì)于高度<1m的無(wú)填充或半填充，以及全填充(充填物強(qiáng)度較低的)溶洞采用純水泥漿進(jìn)行靜壓式灌漿。

　　4)對(duì)于洞徑1～2m的無(wú)填充溶洞和半填充溶洞可采用水泥砂漿鎮(zhèn)充。對(duì)洞徑2～4m的無(wú)填充溶洞和半填充溶洞，先采用吹砂處理，后采用注漿加固的方法，漿液采用水泥漿。

　　5)對(duì)于洞徑大于4m的特大型無(wú)填充溶洞，可考慮先投碎石(5～10mm)，后采用注漿加固的方法。

　　6)溶洞處理效果檢測(cè)：按1%孔數(shù)進(jìn)行抽查，且不小于3點(diǎn)，每個(gè)溶洞均要檢測(cè)一次。鉆孔取芯后做抗壓試驗(yàn)，注漿固結(jié)體28d的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.2MPa。不滿足檢查標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)對(duì)受檢查的溶洞加固區(qū)進(jìn)行灌漿補(bǔ)強(qiáng)施工。

　　7)可以將補(bǔ)勘、驗(yàn)證鉆探及注漿工作有機(jī)結(jié)合起來(lái)，采用邊探邊驗(yàn)邊灌的方式，極大的提高工作效率，節(jié)約占道時(shí)間。

　　六、下穿建(構(gòu))筑物區(qū)段巖溶補(bǔ)勘處理

　　6.1洞內(nèi)超前探測(cè)

　　當(dāng)?shù)孛娌痪邆涮幚項(xiàng)l件時(shí)，可采用洞內(nèi)探測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)刀盤(pán)前方地質(zhì)進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，采用HSP系統(tǒng)，該系統(tǒng)以滾刀破巖震動(dòng)作為震源進(jìn)行探測(cè)，結(jié)合前期詳勘、補(bǔ)勘地質(zhì)資料，對(duì)刀盤(pán)前方巖層整體性和含水性進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)、評(píng)價(jià)。根據(jù)貴大區(qū)間巖溶補(bǔ)勘結(jié)果和超前探測(cè)成果對(duì)比驗(yàn)證情況來(lái)看，采用HSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)基本與地面專項(xiàng)巖溶勘察作業(yè)成果相互吻合，準(zhǔn)確率達(dá)80%以上，證實(shí)了HPS法準(zhǔn)確有效。

　　6.2洞內(nèi)超前鉆注處理方案

　　對(duì)于洞內(nèi)超前探測(cè)新發(fā)現(xiàn)的溶洞，根據(jù)溶洞大小、位置、填充類型等因素確定是否需要通過(guò)超前注漿進(jìn)行處理。盾構(gòu)機(jī)搭載沖擊式鑿巖鉆機(jī)，利用盾構(gòu)機(jī)已有的管片拼裝機(jī)的液壓泵站提供動(dòng)力;同時(shí)在盾體周向設(shè)置8個(gè)超前注漿孔，前盾隔板設(shè)7個(gè)水平鉸接式超前注漿孔(通過(guò)中心回轉(zhuǎn)接頭上的編碼器+機(jī)械刻盤(pán)，實(shí)時(shí)定位并顯示刀盤(pán)開(kāi)口位置，便于超前鉆機(jī)定位)，可實(shí)現(xiàn)鉆注一體化注漿工藝，洞內(nèi)處理采取二次注漿輔助措施。

　　6.3洞內(nèi)超前鉆注處理重難點(diǎn)

　　1)超前地質(zhì)鉆機(jī)安裝在管片安裝機(jī)上，與管片安裝機(jī)管片抓舉頭相對(duì)180。位置，首先底座加工與安裝，底座鋼板為70mm厚，焊接在安裝機(jī)上，焊接過(guò)程中要間斷焊接，控制焊接件溫度，防止損傷到安裝機(jī)回轉(zhuǎn)軸承塑料保持架。

　　2)提前根據(jù)圖紙確定預(yù)留管道角度，鉆機(jī)轉(zhuǎn)進(jìn)前把鉆機(jī)角度調(diào)整與預(yù)留管匹配對(duì)孔，同時(shí)轉(zhuǎn)進(jìn)過(guò)程中關(guān)注參數(shù)變化和異響，保證角度正確。避免鉆機(jī)角度和盾構(gòu)機(jī)預(yù)留管道角度不匹配，會(huì)造成鉆桿損傷，鉆孔失敗。

　　3)鉆機(jī)轉(zhuǎn)進(jìn)時(shí)，嚴(yán)格控制鉆進(jìn)參數(shù)，不能盲目進(jìn)尺，鉆桿轉(zhuǎn)進(jìn)要經(jīng)常反復(fù)回拉鉆桿，保證鉆孔有足夠的擴(kuò)挖量。防止造成鉆桿卡死、斷裂，影響后續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)。

　　4)對(duì)排渣球閥的出渣進(jìn)行收集分析，進(jìn)而確定地質(zhì)情況，如巖溶和不良發(fā)育地層等。

　　七、巖溶地層盾構(gòu)掘進(jìn)控制措施

　　7.1盾構(gòu)通過(guò)巖溶控制措施

　　1)通過(guò)洞內(nèi)超前注漿對(duì)前方巖溶進(jìn)行加固處理，處理效果經(jīng)驗(yàn)證滿足相關(guān)要求后，盾構(gòu)方可掘進(jìn)通過(guò)。

　　2)為確保螺旋輸送機(jī)出土順暢，加強(qiáng)對(duì)掌子面土體及土倉(cāng)內(nèi)渣土的改良。

　　3)加強(qiáng)土壓、出土量及注漿壓力、注漿量控制，防止超挖，減小對(duì)土體的擾動(dòng)。

　　4)同步注漿量按理論建筑空隙的150%考慮;另外加強(qiáng)二次注漿，二次注漿采用雙液漿，每3環(huán)設(shè)置1道止水環(huán)。

　　5)下穿期間嚴(yán)控盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，確保盾尾間隙均勻;另外通過(guò)加大盾尾油脂壓注量來(lái)防止?jié){液通過(guò)盾尾流失及地下水通過(guò)盾尾涌入作業(yè)區(qū)。

　　6)通過(guò)監(jiān)控量測(cè)，并及時(shí)反饋信息，指導(dǎo)盾構(gòu)巖溶超前鉆注加固施工，同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況指導(dǎo)后續(xù)同類似盾構(gòu)巖溶超前鉆注加固施工控制鉆進(jìn)進(jìn)度、注漿量等。

　　八、結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，典型巖溶區(qū)域盾構(gòu)施工前，要根據(jù)巖溶發(fā)育程度，周邊環(huán)境及施工所面臨的風(fēng)險(xiǎn)，做好超前巖溶補(bǔ)勘及主動(dòng)處理工作，靈活采用當(dāng)前的探測(cè)手段，盡量探明巖溶的位置、大小及類型。根據(jù)具體情況采用地面、洞內(nèi)兩種處理方式，并對(duì)處理效果進(jìn)行驗(yàn)證，最后盾構(gòu)通過(guò)時(shí)加強(qiáng)管控，以有效降低巖溶地區(qū)盾構(gòu)施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 孫秋元 地鐵隧道盾構(gòu)穿越巖溶施工技術(shù)分析 [J]江西建材 2013(4)218-219;

　　[2]周保江 地鐵隧道盾構(gòu)穿越巖溶施工技術(shù)研究 [J]建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)2015(20)。

　　作者：萬(wàn)海亮