深圳地铁拟建区间岩溶处理方法分析

作者:么甲民
单位:中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司
摘要:结合深圳地铁区间工程岩溶专项处理实例及相关文献资料进行分析,通过对比归纳分析岩溶处理基本原则、处理范围、处理方法及处理效果检测评价,为岩溶处理提供参考。
关键词:地铁工程 隧道工程 岩溶 充填法 注浆法
作者简介:么甲民,工程师,E-mail:365430450@qq.com;

 

1 岩溶处理基本原则

在岩溶处理过程中,应坚持“安全第一,经济环保,保证施工,结构稳定”的原则,安全稳妥地使盾构隧道顺利地通过岩溶地区。

1)深圳岩溶区地铁设计应综合考虑结构设计和岩溶处理设计,确保安全。

2)按照安全第一的原则,考虑建设过程和运营期间轨道交通工程及周边环境的安全风险,确定线路埋深及施工方法。

3)盾构法施工时,为规避风险,隧道尽量不进入灰岩,通过调整纵坡避开或减少隧道断面处于“上土下岩”地层中,必要时可不考虑节能坡设计。

4)明挖法施工时应遵循岩溶处理、基底处理、主体结构、施工期涌水及运营期风险防治方案等方面协调统一考虑的原则。

5)影响工程安全的溶(土)洞均应处理;隧道底存在软塑~流塑土层时建议进行处理。

6)工程影响范围内的非全填充溶(土)洞均应处理,对于全填充溶(土)洞应根据填充物性质、地基承载力、周边环境等情况确定处理方案。

7)盾构隧道岩溶处理应遵循以地面处理为主、洞内预留处理措施为辅的原则,防止盾构机栽头、陷落、地表沉降过大或坍塌事故的发生,降低工后差异沉降,确保运营安全。

2 岩溶处理范围

1)隧道或围护结构两侧3m、底板以下5m范围内的所有溶(土)洞均应处理。

2)底板以下5~10m范围内的溶(土)洞,其稳定岩面顶板高度小于3m或覆跨比小于1的溶(土)洞需进行充填处理。

3)在上述处理范围内存在“串珠状”溶(土)洞时,当洞体之间的完整基岩层厚度小于0.5m时,应处理至下层溶(土)洞。

4)为防止施工过程中出现施工机具倾倒、掉落等风险,对于基坑开挖范围内的溶(土)洞,其高度大于2m的无充填或半充填溶(土)洞应进行充填处理,溶洞高度小于2m的溶(土)洞应在施工过程中采取工程措施防止风险。

5)对于围护结构,存在底部(含永久立柱桩)以下溶(土)洞顶板稳定岩面高度小于3m的无充填或半充填溶(土)洞也应处理。

6)溶(土)洞发育具有不确定性,实施过程中若发现非上述处理范围的特大型溶(土)洞(不小于5m),应在施工探边确定其边界之后由相关单位研究确定是否处理及提供相应处理方案,以确保施工及后期运营安全。

3 溶(土)洞处理方法

岩溶处理要综合考虑施工地区岩溶发育形态和分布范围、溶(土)洞大小和位置、溶(土)洞充填物及其性质,以及工程地质条件、施工工艺、经济效益等因素选择合适的处理方法。对溶(土)洞的处理方法有回填、换填、注浆加固、置换注浆、支顶、跨越、锚网喷支护等。对深圳地铁区间岩溶的处理主要采用充填法和注浆法。

3.1 充填法

充填法适用于无充填、半填充溶(土)洞。当洞穴较大且为无充填或半充填时,回充填材料可采用碎石块、素混凝土、水泥砂浆等,以增强地基强度。当采用明挖法施工时,宜选用碎石块作为充填材料;采用盾构法施工时,宜选用素混凝土作为充填材料。由于岩溶边界及空间的不确定性和实际充填材料级配的差异性,充填法处理后的地基密实度与强度一般较低。当工程对地基承载力和变形要求较高时,宜与注浆法等其他方法结合使用,以满足工程要求。

3.2 注浆法

注浆法适用于隐伏溶(土)洞、深埋溶(土)洞等岩溶地基处理和岩溶水治理。注浆法是在地铁建设工程中应用最广泛的方法。

注浆前应进行地面沉降变形监测点的埋设和初始值的监测;对于物探揭示出溶(土)洞在平面上有交叠的情况,应在平面上对溶(土)洞边界进行包络,并布置钻孔,钻孔间距应为2.0m×2.0m;正式施工前,应进行验证性生产试验,通过生产性试验论证岩溶处理施工工艺、充填材料、注浆浆液等充填注浆参数,确认符合注浆要求时进行钻孔注浆。钻孔注浆施工工序为:钻孔布置→土层钻孔(下套管)→基岩钻孔→简易压水试验→注浆→封孔。

根据溶(土)洞充填情况选择相应的处理方法。对于未充填溶(土)洞,先吹砂夹石充填,然后采用袖阀管或钢焊管注浆方法,通过双塞芯管,分层进行压力注浆,使溶(土)洞内松散充填物被水泥浆压密、渗透形成固结体。未充填溶(土)洞处理方法如图1所示。对于全充填溶(土)洞采用袖阀管或钢焊管注浆方法,通过双塞芯管分层进行压力注浆,使溶(土)洞内松散充填物被水泥浆压密、渗透,形成固结体。全充填溶洞处理方法如图2所示。

图1 未充填溶(土)洞处理方法

图1 未充填溶(土)洞处理方法

 

图2 全充填溶(土)洞处理方法

图2 全充填溶(土)洞处理方法

 

4 岩溶处理效果检测方法

注浆效果检查首先是单孔和全部注浆孔均满足注浆结束标准,无漏注现象,然后通过分析法、检查孔法、开挖取样和物探方法等进行综合评价。开挖前主要通过检查孔观察法和物探方法进行效果检查,必要时对检查孔取芯;开挖后应采用物探和钻孔取芯检查注浆效果和注浆范围是否达到设计要求。处理效果检测主要采用渗透系数测试法、检查孔取芯法、标贯法。

1)渗透系数测试法通过压水试验结果计算注浆后地层的单位吸水率和渗透系数,判断注浆加固效果。

2)检查孔取芯法对检查孔取芯,通过对检查孔取芯率、岩芯的完整性、溶(土)洞充填情况、充填物芯样的性质进行分析,判断注浆效果。

3)标贯法采用原位标贯试验判断注浆效果。

5 岩溶处理效果评价

5.1 注浆加固检查方法与检测标准

(1)注浆工程验收检测应选择布置在有代表性地段和薄弱部位,且应在注浆结束后28d进行。(2)溶(土)洞充填采用随机原位标贯试验,标贯击数应不小于10击。(3)溶(土)洞注浆填充物采用随机钻孔抽芯法进行抗压试验,对于全充填溶洞注浆,其无侧限抗压强度不小于0.2MPa;对于无充填或半填充溶洞,其充填物无侧限抗压强度不小于0.8MPa。(4)溶(土)洞注浆加固处理后兼做止水帷幕质量检查孔压水试验透水率应不大于5×10-5cm/s,合格率应达85%以上,其余不合格孔的透水率最大值应不超过7.5×10-3cm/s,且不集中;(5)不满足上述检查标准时,应对受检查的溶(土)洞加固区进行灌浆补强施工,监理工程师可根据现场实际情况适量增加质量检查孔。

5.2 检测原则和数量

(1)注浆效果强度评定应注重注浆前后试验数据比较,检验性钻孔数量不应少于注浆孔总数的5%且单体工程不少于3个点,对于复杂场地岩溶地基应适当增加检测点数;(2)充填加固要求每个溶(上)洞均要检测1次,钻孔布置宜距离充填注浆孔200~300mm。(3)注浆效果渗透性评定的压水检查,其试验点数量不少于注浆孔总数的2%且单体工程不少于3个点,并满足设计要求。

6 结语

目前,对隧道岩溶的处理有充填法、注浆法、支顶法和锚网支护法,处理技术水平越来越高。岩溶处理是一项十分复杂的工作,要综合考虑岩溶地区水文地质条件、岩溶分布范围、岩溶发育特点、溶(土)洞形态及充填物性质等因素选择合适的处理方法,并对处理效果进行检测,确保地基达到稳定要求,保证盾构施工能够安全稳妥地通过岩溶地区,也为以后地铁正常运营创造良好的安全环境。

 

 

参考文献[1]卢海平,张发旺,赵春红,等.我国南北方岩溶差异[J].中国矿业,2018,27(S2):317-319.

[2]卓旭炀.盾构隧道穿越软塑红粘土覆盖型岩溶区的处理方法[J].现代隧道技术,2019,56(6):196-202.

[3]陈宁.地铁岩溶处理方案分析[J].天津建设科技,2017,27(3):61-63.
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