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复杂岩溶地层地铁盾构施工影响的关键技术研究发布时间：2023-03-02T06:47:39.205Z 来源：《工程建设标准化》2022年20期作者：丛英学[导读] 本文先从复杂岩溶地层的处理入手，接着分析了盾构施工的技术和注意要点，希望能够帮助施工人员更好开展工作。
丛英学中交隧道工程局有限公司江苏省南京市 211100摘要：本文先从复杂岩溶地层的处理入手，接着分析了盾构施工的技术和注意要点，希望能够帮助施工人员更好开展工作。
关键词：岩溶地层；地铁盾构；施工影响；关键技术1岩溶地层处理1.1处理原则全填充溶洞属于基坑开挖面之外内容，在经过钻孔探测之后，如果填充物是硬塑状黏土，探孔没有渗漏水现象，那就不需要加固并对溶洞注浆，如果填充物是其它类型，那就要对溶洞注浆和加固。
开挖面以内的穿越状全填充型溶洞，如果填充物属于硬塑状黏土，开挖之后没有渗漏水、填充物比较稳定，那就不要清理填充物，只要对一些空洞回填注浆即可；如果填充物是其它物质就要注浆和加固。
盾构法施工过程中，除了建筑物涵盖的地区，其他地区使用地面处理方式，辅之以洞内处理。
1.2不同地区地铁工程的处理措施1.2.1处理措施的相同处我国地铁工程存在岩溶地层，通常使用间歇式注浆法，使用纯水泥浆、水泥砂浆等材料。
划分溶洞的时候需要考虑溶洞、结构距离、溶洞填充种类和溶洞高度等数据。
1.2.2处理措施的不同处一些城市要考虑隔水层，进而确定隧道底部的加固大小。
一些城市会考虑周围的建筑环境，从而更好地把握隧道两边和底部的加固大小。
施工人员选择注浆压力的时候，一些城市会参考地下水压力，根据注浆孔位来判断注浆压力。
结合隧道两边的处理范围，一些城市选择6m的直径盾构。
隧道底部的处理处理直径位于2m-10m之间。
1.3处理要求对于处理结果的要求，不同地区的地铁设计要求不一样，施工人员在具体验证的时候需要花费一些成本，试验的离散性较大。
以下是普遍的岩层地层处理结果要求，受限，岩溶地层在加固之后任意选择钻孔取芯，采取抗压试验，无侧限的抗压强度值大于0.5MPA。
隧道岩溶专项施工方案1. 前言隧道岩溶工程是一项高风险的施工工程，需要进行专项的施工方案制定和实施。
为了确保施工安全和工程质量，本文将从岩溶特征分析、施工前期准备、隧道开挖、支护加固、围岩处理以及材料选择等方面详细阐述隧道岩溶专项施工方案。
2. 岩溶特征分析岩溶是指地下水长期作用下形成的天然溶洞、溶洞古地貌、地下河道、地下水系等地质现象。
在隧道建设中，岩溶的特征直接影响着隧道的安全性和质量。
因此，在施工前期必须进行充分的岩溶特征分析。
主要包括以下方面：2.1 岩石组成和环境岩石的成分和结构特征是岩溶形成和演化的首要条件。
在岩溶区域通常存在多种不同类型的岩石，如石灰岩、白垩纪、砂岩等。
这些岩石所形成的地层特征、稳定性、力学性质等存在差异，所以在施工前期应当详细了解隧道所通过的岩系、岩层的分布、厚度、物理力学性质等，以针对可能出现的不同地质问题制定相应方案。
2.2 地下水情况地下水流动是岩溶区域地质演化的重要因素。
在隧道开挖过程中，地下水会对隧道稳定性和环境产生重要影响。
因此，在施工前期应当详细了解地质调查数据，了解地下水位、水流速度、水压等水文地质信息，以制定相应地下水处理措施。
2.3 质量评估岩溶隧道施工的质量评估，对于保证工程质量和施工安全至关重要。
因此，在进行隧道开挖和支护加固时，应当根据实际情况制定严格的工程质量评估标准，将岩溶地质特征与地质灾害和安全问题结合起来，以有效地评估施工质量。
3. 施工前期准备施工前期准备是确保隧道岩溶工程顺利进行的关键步骤。
在此阶段，需要进行开展现场调查、科学论证和综合评估，以各方面提出可行、安全、经济、优化的技术方案。
3.1 安全评估和管理进行隧道建设过程中，岩溶地质条件可能会出现各种难以预测的情况。
因此，在进行隧道建设时，安全评估和管理是非常重要的一个环节。
根据现场实际情况，开展定期安全评估，及时对隧道开挖过程中出现的安全问题进行整改，确保施工安全。
3.2 设备选型在隧道建设的前期准备阶段，应根据建设区域的地质特征和环境调查所得信息，选择合适的施工设备和施工技术。
长沙地铁二号线7标大面积岩溶地带盾构掘进施工方法1 工程概述长沙轨道交通2号线沿线五一大道，采用盾构法施工，五一大道蔡锷中路口至五一广场站区域地质复杂，其中360米盾构段处于岩溶发育区，溶洞见洞率为20%以上，岩溶发育区内有大型溶沟槽，溶沟槽基本上由砂卵石全填充，该区域地处五一大道，道路两侧为商业高层建筑群。
2 施工概述2.1 施工总体方案五一广场至芙蓉广场区间岩溶地段总体方案：依据投标文件初勘资料和二次补勘资料，参照设计院设计图纸，在岩溶段中进行左右线共7个换刀区（9m×12m）袖阀管注浆施工，其他区域进行探孔后，按照溶洞处理的一般原则进行处理。
针对本段地质情况选择合适的盾构刀盘和推进速度，低速通过岩溶地段，并及时进行壁后同步注浆和二次补充注浆，同时在施工过程中要加强监控量测，对出现的问题及时进行处理。
2.2 盾构机掘进此区间岩溶地段的施工准备2.2.1 盾构机进入岩溶地段前设备的检修由于岩溶地段地质情况复杂，在盾构机到达芙蓉广场站后，必须对盾构机各个系统进行检查维修保养，以保证盾构机在通过岩溶地段时有较高的完好率，减少因盾构机本身故障而带来的长时间停机，对地层周围产生不利影响。
2.2.2 盾构机通过岩溶段掘进控制概述根据该岩溶段地层条件，土压平衡掘进模式中土仓压力的保持在理论土压上下，掘进过程中通过调整推进力实现推进速度控制，通过调整螺旋输送机转速实现出碴量控制。
2.3过岩溶段的具体施工方法2.3.1盾构掘进的工作模式的选择本工程在过岩溶时，盾构机采用的是半敞开式掘进，即在对前方土体保有一定气压和底部有存土，保证土仓压力较稳定的情况下进行掘进。
2.3.2掘进参数控制(1) 土仓压力控制土仓压力值略低于理论值，以保证机器的快速推进通过。
(2) 推进速度控制为保持土仓压力的稳定，掘进速度必须与螺旋输送机的转速相符合，同时必须兼顾注浆，确保浆液能均匀填实管片与地层的空隙。
根据施工的实际情况一般速度控制在25－60mm/min之间。
岩溶地区盾构隧道溶土洞充填注浆施工技术摘要：在溶洞大量存在的岩溶地区修建地铁隧道，其地基稳定性及隧道工程在施工和运营过程中的安全问题，是需要非常关注且迫切需要解决的一项课题。
本文结合深圳地铁建设施工过程，分析溶洞对地基稳定性及承载力的影响，研究轨道交通岩溶地基加固范围和处理新工艺，达到良好的技术经济效果，丰富和发展轨道交通的设计与施工方法。
关键词：岩溶；盾构隧道；溶土洞；充填注浆；施工技术1、工程概况深圳地铁14号线呈东西走向，其中位于龙岗区范围地质条件复杂，尤其岩溶强烈发育且分布范围广，安全隐患大。
在14号线实施过程中，为了实现岩溶处理施工的规范、安全，根据不同线路范围的实际地质情况，分段编制了岩溶专项设计文件。
下面就大运站～宝荷站区盾构区间岩溶处理进行论述。
大运站～宝荷站区间自大运站出发后，沿龙岗大道下方敷设，采用盾构法施工区间全长约5.77km，埋深约11.4～67.0m，区间长1.3km。
盾构隧道所穿越地层主要为填土层（Q4ml），第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl），溶洞（槽）堆积物（Qpr），石炭系石磴子组灰岩（C1s），土、溶洞发育。
大运站区～宝荷站区间，揭露溶洞洞顶埋深7.2～49.3m，溶洞洞顶埋深8.6～58.1m，顶板厚度0.1～23.9m，所揭露溶洞部分为半填充、全充填，充填物主要以软～可塑状粉质黏土为主，夹碎石，局部填充碎石及砾砂，部分溶洞为空洞。
溶洞充填物标准贯入实测捶击数为2?14击，平均6.5击。
2、溶（土）洞充填注浆方案2．1溶（土）洞边界溶（土）洞处理前，先进行溶（土）洞平面范围的探测，尽可能摸清其规模，以揭示到溶（土）洞的钻孔为基准点加密钻孔，间隔2.0m向四周扩散，探测孔可兼做注浆孔进行注浆充填。
并选择数个洞顶处钻孔兼做排气孔，排气孔每洞至少1个，间距超过4m加设排气孔。
2．2溶（土）洞处理原则及范围（1）溶（土）洞处理原则溶（土）洞处理遵循以预防、预处理为主，先处理后施工的原则，盾构隧道溶（土）洞处理应遵循以地面预处理为主，机（盾构机）内、洞内预留措施处理为辅的原则，防止盾构施工的“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，满足运营安全。
岩溶地质条件下的盾构施工技术摘要】本文结合工程实例，对岩溶地质条件下盾构掘进技术进行了分析和总结，以供后期类似工程项目的参考。
【关键词】岩溶；盾构施工；措施广州地铁九号线呈西东走向，经广州市花都区和白云区，线路全长20.1Km，浅埋岩溶强烈发育的地质条件下，在城区修建整条地铁线路，在国内尚属首次，暂无成熟的经验可循，存在极大工程地质风险。
因此九号线工程建设及运营存在较大风险与不确定性，施工时，需首先对影响范围内的溶（土）洞进行处理，减少岩溶对盾构施工的影响，并选择合适的施工参数。
本文就马鞍山公园站～莲塘村站区间盾构施工技术进行分析和总结。
1．工程简介1.1 工程概况广州市轨道交通九号线施工4 标位于广州市花都区。
本标段为两站两区间，分别为花都广场站、马鞍山公园站以及花都广场站～马鞍山公园站区间、马鞍山公园站～莲塘村站～清布站区间。
马鞍山公园站～莲塘村站左线里程范围：ZDK11+425.300～YDK12+631.350（长链7.633），总长1213.683m，右线里程范围：YDK11+425.300 ～YDK12+631.350 ，总长1206.05m。
本区间段线间距为13m；纵断面为人型坡，最大纵坡9‰，最小纵坡2.965‰，区间隧道覆土最大厚度8.5m，最小厚度7m。
在ZDK11+798.047、ZDK12+277.633 处分别设一处联络通道。
1.2 地质情况马莲区间隧道埋深较浅，其中隧道范围内，上软下硬占全长的20%，浅埋砂层占全长的68%，全岩占全长的12%。
盾构隧道所穿越地层主要为炭质泥岩、灰岩、炭质灰岩残积土、砂层，部分隧道下部穿过灰岩，隧道下方基岩是石炭系中上统壶天群灰岩或石炭系下统大塘阶石磴子组灰岩，灰岩中溶洞发育，见洞率为47.20%。
沿线揭露土洞钻孔有17 个，土洞高度2.1～4.7m，平均高度2.9m，充填物一般为软塑状粉质粘土，局部为少量松散砂土。
线路附近揭露发育溶洞的钻孔有85 个，埋藏深度在11～39m，洞高0.20～17.20m。
地铁盾构隧道施工溶洞处理技术分析摘要：随着地铁建设事业的蓬勃发展，国内各大城市纷纷进行地铁修建，目前地铁区间隧道施工以盾构施工为主，伴随着地铁施工工程量的增加，工程施工人员面临的问题也逐渐多样化和复杂化，施工难度也随之变大，笔者根据施工经验，对地铁在岩溶发育区的施工方法﹑工艺﹑技术要求及注意事项提出了应对方案，供参考。
关键词：岩溶发育﹑溶洞勘查﹑溶洞处理一﹑工程概况广州地铁三号线4标位于华南准地台，湘桂赣粤褶皱带中的粤中拗褶皱束中部，广花凹陷、增城凸起的交接部位。
沿线地貌为广花冲积平原地势较平坦，上覆地层主要为第四系人工填土层、陆相冲、洪积相地层、残疾土层；下伏基岩为新生界第三系莘庄村组陆象碎屑沉积岩、二迭系栖霞组和上古生界石炭系下统大潭阶石凳子组、测水组、石炭系中上统壶天群。
沿途有液化砂土、软土、岩溶和膨胀土等不良地质存在。
二﹑岩溶发育的特点及其危害本标段石灰岩强度较高，但由于年代较长，由于灰岩含有黄铁矿结核，其风化产生SO4可以加剧碳酸钙的溶解，促进岩溶较强烈发育，风化后产生溶土洞。
根据理论分析，岩（土）溶洞是地壳岩石圈内可溶岩在具有侵蚀性和腐蚀能力的水体作用下，以近代化学溶蚀作用为特征，包括水体对可溶岩层的机械侵蚀和崩解作用，而初腐蚀下来的物质携出、转移和再沉积的综合地质作用及由此所产生的现象总称。
溶洞主要按发育条件进行区分，主要分为溶洞和土洞两种类型：溶洞：主要发育于石灰岩与岩质灰岩地层中，多为充填状态，充填物多为流塑状、软流塑状粘性土，局部夹岩石碎块、角砾石，无填充物岩溶为空洞。
其中本盾构区间始发段溶洞发育情况较明显集中，由于该处地层主要以石灰岩地层为主，岩土交界面较明显属于溶洞高发区，溶洞发育情况较密集，并且部分溶洞呈现串珠状布置，但仅为个别溶洞为无填充状态。
土洞：埋藏在溶洞地区可溶性岩层上覆土层内的空洞，充填状态下，充填物多为流塑性粉质粘土，无填充物土洞为空洞。
区间吊出井段为特征区段，虽该段盾构隧道掘进范围主要为全断面沙层，但由于下部存在明显岩土交界面，较容易形成土洞，在后期溶洞补堪所发现的溶洞一般均为覆土层空洞，由于局部与上部砂层联通，注浆量较大，处理过程难度增加。
中渡隧道岩溶预报、处治、监测专项施工方案1 工程概况中渡隧道进口进程DK451＋603，出口里程DK452＋327，全长724m。
进口位于直线上，出口位于半径为5500m的右偏曲线上。
纵坡为单面上坡，坡度为1.5‰。
中渡隧道位于中渡镇西侧，隶属峰丛地貌，地形起伏大，高程170～285m，相对高差5～115m，山体陡峻，自然坡度10°～40°。
基岩裸露，坡面植被多为灌木。
主要地质为灰岩、白云质灰岩，其岩性为：浅灰、灰、灰白、深灰色，厚层～巨厚层状，隐晶质结构，块状构造，质坚硬。
垂直节理发育，节理大多微张，延伸远，连通性好，内充填黄褐色黏土，方解石脉发育，岩体表面溶蚀现象发育，多发育小溶孔，山坡缓坡外多发育溶蚀峰林。
地表岩体完整性较好，进出口段岩体较破碎。
水文地质特征：隧道区地表水以第四系孔隙水为主，主要由大气降水补给，富存于第四系孔隙之中，水量微弱，向洛江排泄；地下水以基岩裂隙水、岩溶管道水为主，主要由大气降水补给，水量微弱，沿基岩裂隙及岩溶管道向下排泄，最终向洛江排泄。
2 隧道不良地质——岩溶2.1岩溶：隧道段内下伏基岩为灰岩，厚～巨厚层状，基岩表面发育小溶洞、溶沟及小溶槽。
DK451＋914～DK451＋934段内右侧30～60m范围内发育一岩溶洼地，该洼地长轴约30m，短轴约15m，与基岩裂隙连通，为大气降水补给岩溶水的主要通道；DK452＋012右侧240～270m范围内发育一岩溶洼地，该洼地长轴约70m，短轴约30m，与基岩裂隙连通，为大气降水补给岩溶水的主要通道2.2隧道进出口端发现多个岩溶形态，分述如下：DK451+610右侧40cm左右斜坡脚处发现一地下溶洞，该溶洞出水量大，供中渡镇约3000人使用，日出水量为1025m3/d，最小水量为840 m3/d；DK451+600右侧60m处有一溶洞，约3×1.5m见方，深约1.5m，水位稳定，水质较清，见鱼游动，雨季时水质浑浊。
盾构法施工隧道岩土工程勘察要点盾构法是一种新型机械化开挖隧道的方法，与传统的工法相比，盾构法是一种地质适应能力很差的工法，其施工工艺的重点在于使机械与岩土能够很好地相互作用，即盾构机要做到“吃得下、排的出和稳得住”。
因此，盾构机的选型设计和施工参数设定必须与地质条件相适应。
这就给岩土工程勘察提出了较高的要求，岩土工程勘察不仅要针对盾构机选型、设计、盾构机掘进参数设定的专门要求，查明相关工程地质条件，还要对盾构法相关的岩土工程问题进行专门研究，并提出应对措施和建议。
1．工程场地条件调查要点主要查明地上地下建构筑物，重点关注地下管线、人防工程，特别是线路隧道范围内可能出现的锚索、废弃的基础桩等障碍物，这些将严重影响隧道轴线和盾构始发、接收井位置的选择，对盾构法施工也会带来麻烦，要尽量避开。
对于地面上的建筑物，包括地表水体、街道和既有轨道线路（含铁路），要做详细的调查，并进行环境风险评估。
这样施工单位能做好相应的施工组织。
并为合理正确地选择盾构掘进参数提供依据。
2．岩土类型勘察要点准确查明土层性质不仅决定了盾构机选型的和设计，还对对地铁工程选择合适的施工参数尤为重要。
由于盾构隧道穿越的范围较大，要查明岩土的分布特征，尤其要认真分析岩土的成因，根据岩土的成因分析盾构施工过程中可能遇到的岩土工程问题。
2.1 粘性土地层对于盾构法而言，粘性土是比较理想的岩土层，但是在勘察时需要注意以下几种粘性土：粘粒含量高的高塑性的粘性土地层，这种地层容易导致刀盘结泥饼；高灵敏度的软土，土层易扰动，上覆地层变形较大，如果超挖还会导致地面塌方。
强度很低的软土，盾构机姿态不好控制，盾构机蛇形行走。
另外，需要特别指出的是，粘土地层要注意其是否含有膨胀性矿物。
如果土层具有膨胀性，在盾构机开挖的过程中，地层遇水膨胀，易导致刀盘或盾体被卡住的问题。
在南宁和合肥地铁建设勘察时就发现了膨胀性岩土。
2.2 砾砂类地层这类地层的特点是细颗粒含量低，硬矿物含量高，渗透系数较大，自稳定性差。
1 引言广州市轨道交通五号线其盾构隧道起始站点为草暖公园东段,隧道中间区段分别经过环市中路、环市东路、小北站，由于其经过繁华街市，地上交通非常繁忙。
沿线多高层建筑物、民房、工厂、办公用房及交通桥涵等，如陶瓷大厦、秀山大厦、内环线高架桥等，并在越秀山下穿过，进入小北站。
隧道右线起讫里程为：YCK7+750.300～YCK9+432.600，长度1682.300m；隧道左线起讫里程为：ZCK7+748.311～ZCK9+436.800长度1680.138 m。
整个线路区间共计包括三部分曲线线路，而且经过实际测量，其最小线路半径为400米，最大纵向坡度为20.323‰，每条线相互之间的距离则为13.0m～33.8米。
地面高程为10.92m～50.50m，线路轨面埋深在20.4m～70m之间。
图-1 工程平面位置图查阅相关资料，我们了解到，广州五号线草暖公园～小北站（草～小）区间线路全部由中铁一局中标，然后顺利完成相关线路设计、改造、施工。
查阅勘探技术文件于技术资料，发现F1、F2两个断裂带之间一直处于灰岩地层149.105m（YCK7+903.505－YCK8+052.610）的范围内，有7个钻孔揭示存在溶洞。
但是由于前期线路施工过程中，选择的隧道钻孔半径基本处于20至40米之间，整体过于偏大；因此不能够充分对线路施工过程中其溶洞大小、分布、物力学性质等进行仔细甄别与探究。
中铁一局中标成功之后，即可展开对该线路施工地质与环境进行整体地、综合性地分析与研究，进而确定科学、合理、有效的隧道（埋深22.86~24.30m）施工方案，即采用土压平衡盾构对该区域及线路进行施工。
上述施工方案在国际上并未有过先例，故而存在一定风险，且施工难度较大；采用上述施工方式容易导致具体施工过程中出现盾构机栽头、陷落等异常情况，进而导致地层出现塌陷、失水；假设上述异常情况非常巨大，导致出现严重地、差异较大地沉降，进而导致隧道结构破损严重。
岩溶地层中的盾构隧道施工摘要:研究目的:岩溶地层中采用盾构法施工在国内尚属首次。
盾构掘进中可能发生盾构机栽头、陷落,地层大量失水、坍塌,严重差异沉降而致隧道结构破坏等事故。
对溶洞的空间分布、大小及充填情况,溶洞处理,盾构掘进技术措施3个方面进行深入研究,并组织精心设计、精心施工,以保证施工及运营安全。
研究方法:采用多种勘查手段分析岩溶地层,充分注重盾构机及盾构施工的特点,比选、优化设计施工方案。
研究结果:顺利完成岩溶段盾构隧道施工,验证了勘查及加固方案,填补了国内的空白。
研究结论:综合运用多种探测方法对探明溶洞的分布很有成效;根据盾构施工特点制定地层加固方案并有效实施以及对盾构机设计进行针对性的改进并采取相应的掘进技术措施都是适宜的。
关键词:广州地铁;岩溶地层;盾构施工广州轨交通5号线草暖公园—小北站区间,在F1、F2两断裂带间地石炭系灰岩地层149.105m(YCK7+903.505-YCK8+052.610)范围内,详勘阶段有7个钻孔揭示存在溶洞。
但由于钻探孔间距(约20~40m)过大,未能完整揭示溶洞的大小、分布及充填物的物理力学性质。
经对草暖公园—小北站区间整体地质与环境的综合分析,确定其区间隧道(埋深22.86~24.30m)采用土压平衡盾构施工,而在岩溶地层中采用盾构法施工在国内外尚属首次。
盾构掘进中可能发生盾构机栽头、陷落,地层大量失水、坍塌,严重差异沉降而致隧道结构破坏等事故。
为确保施工及运营安全,对溶洞的空间分布、大小及充填情况,溶洞处理,盾构掘进技术措施3个方面进行深入研究,并组织精心设计、精心施工。
1 运用多种勘查方法,探明溶洞情况根据目前可行的勘测手段,为切实探明溶洞的分布与填充状况,拟定以钻探为主、多种方法综合运用的探测方案。
即:高密度电阻率法地面物探(总体探查溶洞分布情况)加密钻孔(直观掌握溶洞及充填物状况)电磁波深孔CT(在钻孔间加密剖切面勘查,判断边界)综合判断后结合注浆孔布置补孔探测。
1.1 高密度电阻率法物探对YCK7+880~YCK8+035范围内纵向进行探测,共设计物探剖面6条,剖面长均为177m(详见图2)。
每条剖面均有2个基点控制。
勘察的结果表明,本区地下有4处岩溶发育区(见图1)。
据其成果将勘察范围划分为5个区域单元进一步深入勘察。
1.2 补充钻孔勘探在勘察区域内,分别在距离左右线隧道外侧3m处、区间隧道中线上和左右两隧道中间位置布置5列、25排钻孔。
每一排钻孔的间距约为5m,布孔124个(其中技术孔37个),共计钻孔长度4109m。
(见图2)。
因隧道底板埋深22.86~24.30m,位于左右线区间隧道中心线位置的2列钻孔设计深度原则为35m,另外3列钻孔设计深度原则为30m,有溶洞的钻孔要钻至溶洞底下2~3m。
1.2.1 在钻探施工过程中[1],准确、详细记录异常现象(如缩孔、坍孔、漏水、冒水、掉钻及遇到洞穴等)及其发生的位置和严重程度,描述溶洞空间大小、分布等。
1.2.2 把探到有溶洞的钻孔作为技术孔,采取土样37件、岩样22件、水样2件、标贯试验111次、测量地下水位248次,并抽水实验估算溶洞水流量。
1.2.3 编制了详细的勘报告,作纵剖面图5个、横剖面图24个、投影图2个(隧道顶3m至隧道顶,隧道底至隧道底5m),并作平切面图7个(分别为隧道上3m,隧道顶、中、底,隧道下1m、3m、5m)。
1.3 电磁波深孔CT物探CT相邻孔对间距5m,共27对,孔深35m,各C钻孔的终孔高程一般应基本一致,若在预定终孔深度处为溶洞时,钻孔深入溶洞地板3m,孔径不小于75mm。
CT剖面与地铁隧道中心线呈约70°斜交,使隧道的勘察剖面间距加密为2.5m左右。
实测工作中在岩溶发育异常复杂地段另增加了5条CT剖面,故实际共完成CT剖面27条,发射孔与接收孔的间距26.1m定点发射点数5个,各探孔内的动点观测间距为1.0m,出现的异常特征加密定点发射点距与点数,实测探测点11137个。
为尽可能利用钻探孔,在每个区域单元内应先钻外侧2列的孔,并进行孔间跨孔CT物探,而后按一般钻孔的顺序进行。
采用跨孔电磁波透视对隐伏岩溶进行探测,弥补了勘探钻孔网点稀少的不足,通过CT资料分析,即自上而下可分为土层软土CT异常带、浅部岩溶CT异常带和较深部岩溶CT异常,岩溶发育具有竖向分带差异。
较深部岩溶异常带具有异常强、规模大、呈“串珠状”竖向分布等特点。
1.4 探测成果综合分析判断通过对钻探、高密度电阻率、深孔CT物探勘察成果的综合研究分析,较深入地掌握了溶洞及充填情况。
1.4.1 溶洞分布探明的溶洞分布在左线(ZCK7+928-ZCK8+019)91m、右线(YCK7+920-YCK8+025)105m的区间内。
溶洞分布主要特点如下:1.4.1.1 溶洞规模大但分布较集中。
124个钻孔中有70个钻孔揭示有溶洞,大小总计167个,其中大于3.50m的27个,占总数量的16%;探到溶洞最大高度18.30m(D02),最深溶洞底标高为-31.44m;溶洞多呈串珠状,层数为1~12层,以2~4层为最多。
平面上主要分布于二、三、四区,占揭露到溶洞钻孔的95.7%;在剖面上溶洞分布在标高为5.35~-31.44m范围内,位于隧道结构顶板以上3m及隧道结构底板以下3m范围内揭露到有溶洞的钻孔有56个,占80%。
1.4.1.2 溶洞层间岩板厚小于3.00m为主,约占2/3,大于3.00m 约占1/3。
裂隙发育,溶蚀强烈,如图4所示。
1.4.2 溶洞充填物特征1.4.2.1 根据钻进过程中钻杆下落、返水情况及芯样特征综合分析判断溶洞的充填物及空洞、半充填、全充填状况。
1.4.2.2 大于等于3.50m的27个溶洞中,4个为无充填物,占15%,其余均为半充填及全充填;小于3.50m的140个溶洞中有72个无充填物,占51%。
1.4.2.3 溶洞充填物较为复杂,主要有粘土、中粗砂、灰岩碎块、岩屑等。
根据充填物特征及其物理力学性质、围岩的饱和单轴抗压强度,判断充填物及围岩的承载力特征值。
1.4.3 地下水的赋存本场地地下水的赋存方式及水力特性为孔隙潜水及基岩裂隙水。
孔隙潜水主要赋存在第四系松散冲积层中;基岩裂隙水主要赋存于基岩中的溶洞及裂隙中,靠大气降水及上层地下水的补给,涌水量大小及径流规律受地质构造及裂隙以及岩溶洞隙的连通性控制。
2 溶洞处理的设计与施工2.1 溶洞处理的设计原则与重点2.1.1尽量避免盾构机突陷等事故及隧道结构后期沉降过大盾构机本体重320,t长12m,其重心在前3.2m处。
掘进时隧道底部若突现大于3.2m以上的空洞或极软弱地层可能致使盾构机栽头或陷落。
处理的重点是隧道下部填充物为淤泥、松散砂层、软塑状泥炭质粘土(承载力40~80kPa)的溶洞,处理深度为隧底5m。
对隧道中线底部,采用袖阀管水泥浆注浆加固。
利用补充钻探孔并将注浆孔间距加密至2.5m。
2.1.2 防止地表塌陷和过大沉降隧道洞身周围3m范围内的溶洞要密实充填并注浆固结,有利于建立土压平衡,防止坍塌;要对处理区与外界开放连通的主要地下水裂隙通道进行封闭,防止大量失水以减少地表沉降。
2.1.3 满足永久隧道结构的承载力、变形、防水要求[2]溶洞填充物和灰岩承载力有很大的差别。
通过对地层进行处理,提高填充物的承载力,减小不同地层之间的差异沉降,减少管片渗漏,以满足地铁正常运营。
2.1.4 全填充溶洞注浆扩散半径[3]当填充物为粘土、粉质粘土和泥炭质土时按照1~1.5m设计,填充物为砂、碎块时按照3m设计。
2.1.5 检侧重点[4]结合盾构施工特点,注浆加固效果的检侧重点以加固体强度及地基承载力控制为主。
2.2 溶洞处理施工2.2.1溶洞处理施工顺序(1)全区先对周圈开放连通的裂隙通道封闭注浆,然后处理中间区域,以确保注浆效果,减少注浆损失。
(2)先加固水源一侧(靠近越秀山一侧),添加速凝剂,以确保注浆效果。
(3)中间区域补充孔跳跃施工,以防止跑浆、窜浆现象。
(4)先对无填充、半填充溶洞填砂处理,然后再进行其它溶洞注浆填充处理。
2.2.2 施工方法及工艺2.2.2.1 无填充溶洞和半填充溶洞处理对大于2m以上的无填充溶洞和半填充溶洞,在原钻孔附近(约0.6m)补钻一个 127的投砂孔,填砂处理,后采用注浆加固的方法;对小于2m的无填充溶洞和半填充溶洞,直接注浆填充。
2.2.2.2 全填充溶洞处理采用压力注浆的方法进行填充加固,注浆压力从低到高,间歇、反复压浆。
主要采用PVC袖阀管注浆工艺。
2.2.2.3 注浆材料[3]周边孔:纯水泥浆+速凝剂;中央孔:纯水泥浆。
2.2.2.4 注浆终止标准根据设计的要求,注浆终止采用了双重标准:注浆终压达到设计终压,注浆量达到设计注浆量的80%;或虽未达到设计终压,但注浆量已达到设计注浆量,即可结束本孔注浆。
2.2.3 注浆加固效果检查2.2.3.1 检测方法采用钻孔取芯,作抗压试验为主,抽水试验为辅(左右线各作1个,尽量设在换刀位置);溶洞填充物为砂层,作渗透系数试验。
2.2.3.2 检测标淮隧道周边加固范围:试块无侧限抗压强度≥0.3MPa;隧道中心加固范围:试块无侧限抗压强度≥0.5MPa;渗透系数≤1.0×10-7cm/s。
2.2.3.3 检测结果共取9个检测孔,试样指标均满足设计要求。
3 盾构机性能的改进与掘进技术措施3.1 对盾构机设计的重要改进为适应本区间困难的地质条件,对盾构机设计作了重要改进,使用目前国内性能最好的盾构机施工。
(1)刀盘驱动功率由945kW增至1200kW,并改善了扭矩特性曲线,使盾构机在较高转速下扭矩得到较大提高。
(2)采用重型刀座及刀具,滚刀配置到40刃,减小刀间距增强了破岩能力[5]。
(3)在盾构机正面区设置了4个钻探注浆孔,配置30m自动钻探钻机,可对隧道断面内实施超前钻探地质预报与注浆加固。
(4)螺旋输送机设置双闸门出土口并预留接口,在水压大时采用保压泵碴装置出碴。
3.2 主要掘进技术措施(1)严格控制盾构机掘进姿态盾构机刀盘切削面地层软硬不均,方向不容易控制。
按照给定的容许偏差值进行控制,当接近偏差值时及时调整,纠正于微小偏差之时。
掘进过程中保持正确姿态。
(2)对富水区域进行盾构超前钻探并采用双液浆加固溶洞地层。
(3)盾构机通过时如果水压大,启动保压泵装置,防止大量失水以保证隧道上方建筑物的安全。
(4)掘进判断掌子面的岩层和地下水量情况,当掌子面岩层稳定,地下水量不大,开仓检查和更换刀具,必要时采用带压作业。
(5)足量同步注浆,并及时进行二次双液注浆,对地下水通道进行封堵,稳固管片。
4 施工实况简述4.1 地层加固2006年5—6月按设计完成地层加固施工,注浆时引起地面个别点上鼓,其余良好。
