城市岩溶区地铁隧道的溶洞超前探测及处治技术.pdf

第2 5 卷 第2 期 石 家庄铁道 大学学报 自然科 学版 V o 1 ． 2 5 N 。 ． 2 2 0 1 2 年0 6 月J O U R N A L O F S H I J I A Z H U A N G T I E D A O U N I V E R S I T Y N A T U R A L S C I E N C E J ． 2 0 1 2 城市岩溶区地铁隧道的溶洞超前探测及处治技术 刘 瑞琪 中铁十四局集团 隧道工程有限公司， 山东 济南2 5 0 0 0 2 摘要 以正在施工的大连地铁 2号线 松江路站 ～东纬路站 暗挖 区间工程 为例 ， 介绍 了暗 挖爆破 法穿越富水岩溶区、 溶洞发育区域时的施工工序流程和超前地质预报手段 。利用地质补 勘钻孔 、 超高密度 电法跨孔电阻率 C T探 测、 洞 内超前探孔等技术手段详细探 明溶洞发育位置、 形态， 通过洞内与地表相结合的处理方式消除或减小溶洞对暗挖施工的影响。超前地质预报手 段与施工工序流程 的成功应用， 为类似环境下城 市地铁施工提供参考及借鉴意义。 关键词 暗挖爆破施工； 富水岩溶区； 地质补勘 ； 高密度电法； 超前探孔 中图分类号 U 4 5 5文献标识码 A文章编号 2 0 9 5 0 3 7 3 2 0 1 2 0 2 0 0 4 2 0 5 1 工程概况 大连地铁一期工程 2 0 7标段包含一站两 区间 ， 分别为松江路站 ～东纬路站 区间 、 东纬路站 、 东纬路 站 ～春光街站区问 ， 线路全长 2 5 6 8 m， 全部采用 暗挖法施工。设计 阶段地质勘察报告 、 施工过程 中进行 的地质补堪钻孔资料表明 ， 松江路站 ～东纬路站 区间段钻孑 L 遇洞率 5 5 ％， 该 区间岩溶发育程度为 中等发 育。岩溶分布于全线段 、 发育数量多 、 大小岩溶构造形态均有发育 、 垂向分带规律不 明显 ， 多数岩溶呈充 填或半充填状况。岩面起伏变化大， 岩层浅部溶沟、 溶槽 、 溶 隙及溶 洞等发育强烈， 岩层 中溶洞存在串珠 状分布的特点。 岩溶主要分布于场区内泥灰岩中。勘察 中揭露溶洞 层号为⑩1 ， 揭露洞高 0 ． 3 0～1 3 ． 5 0 1T I ， 揭露洞 顶标高 1 ． 9 5～ 2 7 ． 7 0 I T I ， 揭露洞底标高 1 2 ． 2 2～ 2 3 ． 7 0 m， 揭露洞顶埋深 1 1 ． 2 0～3 7 ． 0 0 i n 。大部分溶洞侵入 隧道结构范围内， 部分位于结构底板下方及结构顶板上方 ， 溶洞充填物为粘土、 红粘土及灰岩碎屑， 溶洞 上部与含卵石碎石土 、 粘土接触 ， 施工过程中极有可能发生涌水 、 突泥 、 塌方及地表塌陷等情况 ， 对暗挖施 工影 响很大 2 溶洞位置超前探测 2 ． 1 高密度 电法 地质雷达法 高密度电法和地质雷达法均可用于探测断层 、 溶洞和空洞、 富水带等不 良地质体 ， 蓝色区域代表低 电 阻介质 ， 红色区域代表高阻介质 ， 其他区域为介于高阻与低阻之 间介质 。受接受线体影响 ， 高密度 电法适 用于人行道处 ， 在跨路段一般采用地质雷达法。主要优点是时间短 、 速度快。 高密度电法是指通过电极阵列排列方式来观测人工建立的地下稳定电流场的分布规律 ， 进而可以实 现 目标体探测的一种电阻率法。主要采用国产 WD A一 1直流电法仪， 布点距离 4 m， 高密度电法探测成果 图为视电阻率等值线断面图。 地质雷达法是利用高频 电磁波束的反射来探测地质 目标的一种 电磁类地球物理方 法。地质雷达 S I R ． 3 0 0 0利用超高频电磁波探测地下介质分布 ， 根据介质电性差异 的反射影像特征 即可再现地下介质的 分布形态。 高密度电法和地质雷达法形成 的成果分别见图 1和图 2 。 收稿 日期 2 0 1 2 0 2 1 4 作者简介 刘瑞琪男 1 9 7 4年 出生工程师 石家庄铁道大学学报自然科学版 第 2 5卷 工机具设备 Y T 一 2 8风枪在洞内进行超前探孔 ， 在掌子面沿掘进方向打设 5个探孔 ， 探孔深 6 m， 可跨越地 质补勘钻孔间距 。探孔打设过程中详细记录钻进过程 中钻杆进度 、 回浆颜色 、 突进或卡钻 、 有无突水等其 它情况， 以此来判定开挖面前方 6 m范围内围岩详细地质情况 ， 更好 的来指导爆破施工 。 3 溶洞的处治技术 依据地质补勘、 高密度 电法 、 洞内超前探孔所取得的成果 ，以岩溶的状况和性质将其分为溶沟 、 溶槽 、 溶管和溶洞。根据岩溶不 同的发育形态 ， 充填物的形式 ， 富水量的大小 ， 现场施工中分为洞 内与洞外两种 处治技术 。 3 ． 1 洞内处治技术 3 ． 1 ． 1 拱部超前注浆 根据超前探孔资料 ， 洞内可处理发育体积较小 ， 发育部位在隧道开挖范围内的半充填和充填型溶洞。 富水岩溶区爆破开挖时严格遵循 “ 管超前 、 严注浆 、 短开挖 、 强支护、 勤量测 、 快封闭” 的方针 ， 在爆破开挖 前先行打设超前小导管进行预注浆处理措施 ， 根据超前探孔探测到的前方围岩渗水量情况 ， 现场 采取压 注水泥浆液与水泥- 水玻璃双液浆两种注浆方式 ， 注浆 压力 0 ． 3～0 ． 6 MP a 。注浆导管沿开挖断面拱部 1 2 0 。 范围内打设 ， 导管采用 I 4 2热轧无缝钢管， 壁厚 3 ． 2 5 mm， 单根长度 3 m， 纵向每 1 m打设一循环并及 时进行注浆施工 ， 注浆施工时喷射混凝土封闭拱部掌子面。利用洞内超前小导管注浆可加 固隧道开挖范 围内软弱破碎带 ， 充填溶沟 、 溶槽 ， 封堵基岩裂隙水 ， 避免开挖过程 中突水现象发生。 3 ． 1 ． 2 全断面帷幕注浆 根据地质详勘成果 ， 结合超前探孔探明的软岩地段 、 断层破碎带等岩溶发育区 ， 会发生突水 、 涌水的 地段 ， 采用全断面 帷幕 超前预注浆处理措施进行加固处理 。全断面 帷幕 超前预注浆设计参数如下 1 1 循环超前预注浆设置 1 4个注浆孔 ， 孔深 6 m； 2 循环注浆设置 1 0个注浆孔 ， 孔深 1 0 1T I ； 3 循环 注浆设置 5个注浆孔 ， 孔深 1 5 m。 2 注浆管采用 23 ． 2 5 mm小导管 ， 小导管间隔 1 5 c m梅花形烧孔 ， 尾部 1 i n不烧孔 ， 孔 口外露 2 0 0～ 3 0 0 m m焊接注浆头 。 3 注浆孑 L 掌子面以隧道中轴伞状布置 ， 注浆范围为隧道开挖线以外 5 m， 浆液扩散半径为 2 m。 4 注浆液采用水泥一 水玻璃浆液 ， 浆液配合 比应在实际施工 中根据注浆效果调整。注浆压力 0 ． 5～ 1． 5 MP a。 全断面 帷幕 超前预注浆施工 1 每循环超前预注浆前设置 3 0 0 m m厚导 向墙 止浆墙 。 2 采取反复注入 、 稀浆与浓浆交替 、 压力控制与注入浆量控制相结合的措施 ， 注浆压力 由低到高逐 渐加压。初始注浆压力采用 1 ． 2倍静水压力 ， 注浆时间根据浆量的注入速率进行灵活调整。 3 每循环注浆完毕开挖施工后 ， 预留3 m左右作为下阶段注浆止浆段。 3 ． 1 ． 3 穿越充填型溶洞施工方法 针对开挖过程中揭示出的拱腰 以上存在的充填型溶洞 ， 拱部 1 8 0 。 先施作 , ／ 4 2 3 ． 2 5 1T I m超前小导管 预支护 ， 间距 3 0 0 m m， 压注水泥- 水玻璃双液浆 ； 溶洞范 围内加密施作格栅 ， 间距 5 0 0 m m， 铺设双层钢筋 网， 打设径向注浆锚管用以后期注浆加 固。拱部溶洞处治支护参数示意图见 图4 。 3 ． 2 溶 洞洞 外处治 技 术 针对地质补勘 、 高密度电法 C T探测已探测 出的较大发育溶洞 ， 应根据其发育部位 、 形态 、 大小等采取 地面处理的方式以消除溶洞对暗挖施工风险。 溶洞洞外处治技术施工步骤为 溶洞处理与否判定一划定高、 低风险 区域一溶洞处理一 溶洞处理效 果检查。溶洞处理施工工序可分为两步 先充填 、 后灌浆压密。 洞外处治主要针对容积大于 1 m 或直径大于 1 I T I 的溶洞 ， 处治方式采用地表竖 向深孔注浆 、 深孔袖 阀管压密注浆 、 吹砂 固结充填法 、 高压混凝土换填等方式 。 第 2期 刘瑞琪 城市岩溶区地铁隧道的溶洞超前探测及处治技术 4 5 6 图 4拱部溶洞处治支护参数示意 图 单位 mm 溶洞灌浆采用袖阀管 P V C花管 注浆加固法 ， 袖阀管采用 8 i lq m P V C管 管壁厚 4 mm， 耐压值 ≥ 7 ． 5 M P a ， 袖 阀管下到溶洞底面 ， 在溶洞段 的管壁上钻花眼 q b 6 3 0 0作为 出浆孑 L ， 外包橡皮箍作为单 向 阀。对于高度 0～ 2 m的溶洞 ， 把送浆管直接连通袖 阀管 ， 对溶洞内的充填物进行压力注浆 ； 对于高度 2 m 以上的溶洞， 在袖阀管 内下入双塞芯管， 对溶洞内的充填 物分层进行压力注浆 ， 分层厚度为 0 ． 5～1 ． 0 m。 钻孔平面及立面布置详图分别见图 5和图 6 。 浆孔 勘察孔 填充物 图 5 钻子 L 平面布置示意 图 单位 mm 图 6 钻子 L 立面布置示意 图 4 现场岩 溶处治效果分析 通过地质补勘钻孔 、 超高密度电法跨孔电阻率 C T探测 、 洞内超前探孔等技术措施探明了施工区域 内 较大发育的溶洞 ， 并采取相应的洞内及地表处理措施进行了处理 ， 消除了施工风险， 确保 了已施工段 的施 工安全。实践证明 ， 地质预报是暗挖隧道施工中不可缺少的重要工作 ， 通过地质预报可将溶洞 的发育规 模 、 与洞室的位置关系， 溶洞的充填物与富水量等弄清楚 ， 最后在施工中采取相应措施 。该工作必须作为 一 道工序 ， 纳入施工管理和控制中。通过以上处理措施的实施 ， 安全通过了此处溶洞 ， 经长时间不问断量 测表明， 该段围岩变形 已稳定 ， 支护结构表面无明显渗漏水现象 。 石家庄铁道大学学报自然科学版 第 2 5卷 5 结语 目前所用的各种地质预报手段都有其局 限性 ，为此 ，不但需要在设计 阶段加强地质调查和勘察工 作 ， 在施工前要有针对性的详细补充勘察和细致物探 ， 以求地质预报资料的准确。若施工环境条件允许 ， 应尽量提前进行地表预处理 ， 以提高施工功效 。施工时必须严格管理溶洞段超前探测 、 深孔充填注浆等 施工工艺。在溶洞地段 ， 还应加强环境监测 ， 地表沉降监测 ， 隧道涌水量和地表环境变化等情况 ， 以确保 施工安全。 参 考 文 献 [ 1 ] 山东大学岩土与结构工程研究中心．大连地铁跨孔电阻率 c T物探报告[ R] ． 济南 山东大学， 2 0 1 1 ． [ 2 ] 李波．岳家岭隧道地质灾害超前探测技术探讨与实践[ J ] ． 公路交通技术 ， 2 0 1 1 5 1 1 7 1 2 0 ． [ 3 ] 任翔．岩溶发育石灰石矿山爆破存在的问题及处理方法[ J ] ． 中国矿业， 2 0 0 8 6 7 7 7 9 ． [ 4 ] 罗琼．岩溶隧道施工技术[ J ] ． 隧道建设 ， 2 0 0 4 5 5 7 - 6 0 ． [ 5 ] 李海峰． 浅埋暗挖地铁隧道岩溶地层注浆加固止水施工[ J ] ． 石家庄铁道学院学报 ， 2 0 0 6， 1 9 z 1 3 7 40 [ 6 ] 吕延豪．地铁盾构区间穿越溶、 土洞区域加固处理设计[ J ] ． 铁道勘测与设计， 2 0 0 7 4 1 8 2 0 ． Co n s t r uc t i o n Tr e a t me nt Te c hno l o g y f o r Ci t y M e t r o i n Ka r s t Ar e a Li u Ru i qi f T u n n e l E n g i n e e r i n g C o m p a n y o f C h i n a R a i l w a y 1 4 t h E n g i n e e r i n g B u r e a u G r o u p C o r p o r a t i o n ， J i ’ n a n 2 5 0 0 0 2 ， C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e p r o p o s e d u n d e r g r o u n d c u t t u n n e l s e c t i o n b e t w e e n S o n g j i a n g R o a d S t a t i o n a n d D o n g we i Ro a d S t a t i o n o f Da Li a n me t r o l i ne 2，t h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e c o n s t r u c t i o n p r o c e s s a n d me t h o d o f g e o l o g y f o r e c a s t o f un d e r g r o un d t u n n e l i n g me t h o d，wh i c h wa s a d o p t e d i n me t r o c o n s t ruc t i o n i n wa t e r - e n r i c h e d ka r s t a r e a ． Th e l o c a t i o n o f d e v e l o p me n t a n d mo r p ho g e ne s i s o f ka r s t we r e d e t e c t e d c l e a r l y b y me a n s o f t he t e c h no l o g i e s o f a d d i t i o n a l g e o l o g i c a l e x p l o r a t i o n，h i g h d e n s i t y r e s i s t i v i t y me t h o d a n d a d v a n c e d e t e c t i o n．Th e i mp a c t o f k a r s t wa s e l i mi n a t e d o r r e d uc e d b y t h e c o mb i n a t i o n t r e a t me nt me t ho d b e t we e n t u n n e l a n d g r o u nd s u r f a c e ． Th e s u c c e s s f u l a pp l i c a t i o n o f t he me t h o d o f g e o l o g y f o r e c a s t p r o v i d e s a g o o d r e f e r e n c e f o r t h e c i t y t u n n e l c o ns t r u c t i o n． Ke y wo r ds u n de r g r o u n d t un n e l i n g me t ho d； wa t e r e n r i c he d k a r s t a r e a； a dd i t i o n a l g e o l o g i c a l e x p l o r a t i o n； h i g h d e n s i t y r e s i s t i v i t y me t h o d； a d v a n c e d e t e c t i o n 责任编辑车轩玉 ＼． ／ 、 ／； ＼． ／l-、 ＼ ／． ＼蛉0 、 ／lI、 ＼ ＼／ ＼ ／ ＼ ／_-、 ＼ ／． ／ ， ；＼- l／ l-、 ／． 、5 ＼ ． ． ／ 0 ＼ - 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