摘要：貴陽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)見性和危險性等特征。巖溶地區(qū)盾構(gòu)施工容易發(fā)生地表塌陷和盾構(gòu)機“栽頭”現(xiàn)象，處理不當(dāng)會給盾構(gòu)施工帶來極大的安全風(fēng)險和經(jīng)濟損失，因此就要重視盾構(gòu)通過前的巖溶超前探測及處理工作。本文結(jié)合貴陽軌道交通3號線貴醫(yī)站～大營坡站區(qū)間工程實例，闡述了巖溶地區(qū)盾構(gòu)施工針對前方巖溶的探測及超前處理，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)長距離下穿施工中探測、處理前方巖溶及重大風(fēng)險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)險管控

　　一、工程概況

　　貴醫(yī)站～大營坡站區(qū)間線路出貴醫(yī)站后沿北京路、大營路、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、大營坡批發(fā)市場及F7、F8斷層破碎帶等重要風(fēng)險源，最后進入大營坡站。區(qū)間左線長1429.870m，右線長1444.411mm，線間距為14m〜17m，隧頂埋深約10.3m〜39.3m，整個線形為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)間斷面均為標準斷面，雙洞單線隧道，無停車線、渡線;采用盾構(gòu)法施工，共設(shè)置2座聯(lián)絡(luò)通道。

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　　二、地質(zhì)水文

　　2.1工程地質(zhì)

　　根據(jù)詳勘報告，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)間下穿大營坡批發(fā)市場段地下穩(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，對區(qū)間隧道的開挖影響較大。

　　2.3不良地質(zhì)

　　根據(jù)詳勘報告，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，遇溶洞率29.3%，為巖溶強發(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)計采用礦山法施工。鑒于區(qū)間下穿寶山北路過街地道、亞華小區(qū)、農(nóng)資公司宿舍樓、沙河大溝、茶店大溝、大營坡批發(fā)市場及F7、F8斷層破碎帶等多處風(fēng)險源，且?guī)r溶強發(fā)育，施工安全風(fēng)險極高，節(jié)點工期無保證。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。對于礦山法、盾構(gòu)法兩種工法應(yīng)對巖溶強發(fā)育地質(zhì)及大量風(fēng)險源沉降控制做了大量研究工作。

　　(1)盾構(gòu)機針對區(qū)間巖溶處理更靈活：根據(jù)以往類似地層盾構(gòu)掘進實踐，區(qū)間巖溶地質(zhì)可提前通過地面補勘和地面注漿進行處理;另外在盾構(gòu)機生產(chǎn)或改造時可進行針對性設(shè)計，在盾構(gòu)機前方加設(shè)HSP超前地質(zhì)探測設(shè)備和超前注漿系統(tǒng)，可從洞內(nèi)再次對巖溶進行探測和預(yù)處理，通過上述兩步盾構(gòu)法施工能完全規(guī)避巖溶風(fēng)險。

　　(2)盾構(gòu)下穿斷層破碎帶措施相對較多，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。下穿前對盾構(gòu)機進行全面檢修，重點對刀具、盾尾刷進行檢查、更換;掘進期間通過控制螺旋前端閘門開口率可有效防止噴涌情況發(fā)生;另外通過管片背后止水環(huán)及盾尾刷能有效防止地層水進入土倉及作業(yè)區(qū)。多項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：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)試驗段換刀實踐，換刀位置盡可能避開斷裂破碎帶、重要建構(gòu)筑物等危險源，全斷面巖層換刀風(fēng)險可以有效控制。

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

　　(5)采用盾構(gòu)法施工對工作環(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，爆破和冷開挖為主要開挖手段，均會產(chǎn)生大量粉塵污染，嚴重危害洞內(nèi)作業(yè)人員身體健康。而盾構(gòu)法施工因其機械化較高，大大減少了作業(yè)人員的投入;且渣土由開挖面進入土倉，再由螺旋輸送機排出，大大減少了粉塵污染，改善了作業(yè)環(huán)境。

　　四、盾構(gòu)法巖溶補勘及處理原則

　　(1)采用先探查，后處理，再通過的原則。

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

　　(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)段巖溶補勘處理

　　5.1巖溶補勘方法比選

　　貴大區(qū)間巖溶補勘前，對國內(nèi)當(dāng)前常用補勘手段進行了對比分析，具體情況如下;貴大區(qū)間巖溶補勘首先采用微動進行探測，異常區(qū)域采用鉆探進行驗證，對建構(gòu)筑物影響的區(qū)域通過跨孔CT、管波進行探測。若個別區(qū)域仍無法實施的，后續(xù)通過洞內(nèi)HSP進行超前探測。

　　5.2一般地段補勘

　　地面補勘較準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)施工及后期運營工作帶來的巨大潛在風(fēng)險。地面一般地段補勘采用綜合物探手段進行淺-中-深精細化勘察，淺部采用地質(zhì)雷達方法，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)境條件時采用微動新技術(shù)進行加密探測。具體如下：

　　1)淺層地質(zhì)雷達探查

　　地質(zhì)雷達測線沿隧道結(jié)構(gòu)輪廓線外3m范圍內(nèi)布設(shè)，測線間距3m，共計布設(shè)9條測線，在地質(zhì)雷達成果圈定的不良地質(zhì)體處進行鉆探驗證。

　　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，沿中線方向進行孔間物探詳查，跨孔彈性波CT觀測系統(tǒng)，每個鉆孔內(nèi)均進行管波探測。

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

　　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、溶洞時鉆穿破碎帶、溶洞并進入中等風(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)微動測線兩條，測點間距5m，探查斷層破碎帶具體位置及走向。

　　5.3下穿建(構(gòu))筑物段補勘

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

　　1)下穿亞華小區(qū)段，根據(jù)實地踏勘情況，可實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)進行巖溶探測。

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

　　3)大營坡批發(fā)市場等區(qū)域由于地面情況較為復(fù)雜，無法實施鉆探，可采用微動探測法進行巖溶探測，在隧道左右線各布設(shè)一條微動測線，測點間距5m，探查巖溶空間位置分布情況。

　　4)大營坡批發(fā)市場局部因條件復(fù)雜確實無法進行地面探查的，則采用洞內(nèi)HSP進行超前探測。

　　5.4地面處理

　　巖溶處理，以地面處理為主，地面無法實施段采用洞內(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行處理。

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

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

　　4)對于洞徑1～2m的無填充溶洞和半填充溶洞可采用水泥砂漿鎮(zhèn)充。對洞徑2～4m的無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)對于洞徑大于4m的特大型無填充溶洞，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：按1%孔數(shù)進行抽查，且不小于3點，每個溶洞均要檢測一次。鉆孔取芯后做抗壓試驗，注漿固結(jié)體28d的無側(cè)限抗壓強度≥0.2MPa。不滿足檢查標準時，應(yīng)對受檢查的溶洞加固區(qū)進行灌漿補強施工。

　　7)可以將補勘、驗證鉆探及注漿工作有機結(jié)合起來，采用邊探邊驗邊灌的方式，極大的提高工作效率，節(jié)約占道時間。

　　六、下穿建(構(gòu))筑物區(qū)段巖溶補勘處理

　　6.1洞內(nèi)超前探測

　　當(dāng)?shù)孛娌痪邆涮幚項l件時，可采用洞內(nèi)探測來實現(xiàn)，對刀盤前方地質(zhì)進行超前預(yù)報，采用HSP系統(tǒng)，該系統(tǒng)以滾刀破巖震動作為震源進行探測，結(jié)合前期詳勘、補勘地質(zhì)資料，對刀盤前方巖層整體性和含水性進行實時探測、評價。根據(jù)貴大區(qū)間巖溶補勘結(jié)果和超前探測成果對比驗證情況來看，采用HSP超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)基本與地面專項巖溶勘察作業(yè)成果相互吻合，準確率達80%以上，證實了HPS法準確有效。

　　6.2洞內(nèi)超前鉆注處理方案

　　對于洞內(nèi)超前探測新發(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超前注漿進行處理。盾構(gòu)機搭載沖擊式鑿巖鉆機，利用盾構(gòu)機已有的管片拼裝機的液壓泵站提供動力;同時在盾體周向設(shè)置8個超前注漿孔，前盾隔板設(shè)7個水平鉸接式超前注漿孔(通過中心回轉(zhuǎn)接頭上的編碼器+機械刻盤，實時定位并顯示刀盤開口位置，便于超前鉆機定位)，可實現(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

　　1)超前地質(zhì)鉆機安裝在管片安裝機上，與管片安裝機管片抓舉頭相對180。位置，首先底座加工與安裝，底座鋼板為70mm厚，焊接在安裝機上，焊接過程中要間斷焊接，控制焊接件溫度，防止損傷到安裝機回轉(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，鉆機轉(zhuǎn)進前把鉆機角度調(diào)整與預(yù)留管匹配對孔，同時轉(zhuǎn)進過程中關(guān)注參數(shù)變化和異響，保證角度正確。避免鉆機角度和盾構(gòu)機預(yù)留管道角度不匹配，會造成鉆桿損傷，鉆孔失敗。

　　3)鉆機轉(zhuǎn)進時，嚴格控制鉆進參數(shù)，不能盲目進尺，鉆桿轉(zhuǎn)進要經(jīng)常反復(fù)回拉鉆桿，保證鉆孔有足夠的擴挖量。防止造成鉆桿卡死、斷裂，影響后續(xù)盾構(gòu)掘進。

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

　　七、巖溶地層盾構(gòu)掘進控制措施

　　7.1盾構(gòu)通過巖溶控制措施

　　1)通過洞內(nèi)超前注漿對前方巖溶進行加固處理，處理效果經(jīng)驗證滿足相關(guān)要求后，盾構(gòu)方可掘進通過。

　　2)為確保螺旋輸送機出土順暢，加強對掌子面土體及土倉內(nèi)渣土的改良。

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

　　4)同步注漿量按理論建筑空隙的150%考慮;另外加強二次注漿，二次注漿采用雙液漿，每3環(huán)設(shè)置1道止水環(huán)。

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

　　6)通過監(jiān)控量測，并及時反饋信息，指導(dǎo)盾構(gòu)巖溶超前鉆注加固施工，同時根據(jù)監(jiān)測數(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進度、注漿量等。

　　八、結(jié)語

　　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，做好超前巖溶補勘及主動處理工作，靈活采用當(dāng)前的探測手段，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，并對處理效果進行驗證，最后盾構(gòu)通過時加強管控，以有效降低巖溶地區(qū)盾構(gòu)施工安全風(fēng)險。

　　參考文獻：

　　[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2015(20)。

　　作者：萬海亮