轨道交通工程盾构法隧道应对岩溶的措施

轨道交通工程盾构法隧道应对岩溶的措施

作者：魏兵

来源：《世界家苑·学术》2018年第06期

摘 要：近10年来全国各主要省会城市、地级市掀起了轨道交通建设的高潮，轨道交通在全国各地遍地开花。由于南北方地质情况的差别，盾构法施工时遇到的不良地质也天差万别，尤其在西南地区，出现了在轨道交通施工中不可避免的问题：对不良地质岩溶的处理。 关键词：轨道交通；盾构法；岩溶 一、引言

本条线是西南某市建设的第四条轨道交通线，前3条轨道交通区间主要采用的是矿山法施工，由于矿山法施工存在较大的问题：

1）安全风险高，由于轨道交通基本沿现有道路敷设，埋深浅。采用矿山法施工，易产生地面坍塌，对施工人员及沿线的建（构）筑物安全造成巨大的威胁。

2）场地环境，矿山法施工会产生大量的风尘与有害气球，对施工人员及周边的居民健康造成极大的影响。

3）施工场地，尽管采用矿山法施工，但是地面依然需要占用一定的施工场地（竖井、斜井），涉及到周边地块的占用与房屋的拆迁。

4）噪声污染，矿山法施工容易产生噪声和震动，对周边的居民的生活、工作带来一定的影响。

5）开挖进度，由于矿山法施工每一次循环需要经过打眼、装药、爆破、通风、排险、出渣、初期支护等，再进入下一个循环，每次进尺5米左右，开挖进度较慢。 二、处理原则

1）岩溶探查，分为岩溶勘察与超前地质预报。

详勘阶段需针对岩溶发育区对勘察提出具体的要求。施工阶段需要进行超前地质预报。 《城市轨道交通岩土工程勘察规范》规定，中等复杂场地钻孔间距为：30～50m，岩溶发育区勘察钻孔的布设按规范规定执行。

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超前地质预报，目前国内外隧道地质超前探测的方法主要有：地质调查法、超前导坑法、超前水平钻孔法、声波法、HSP法、TSP法、地质雷达法、地震法等。地面超前地质预报主要有CT法、地质雷达法、地震影响法等。

盾构法隧道洞内超前地质预报主要采用洞内超前钻机探测。在管片拼装机后部的连接桥架位置安装正面超前钻机、周边环向超前钻机。后配套台车上配置超前钻液压泵站、储浆罐、砂浆泵、高压水泵、钻探控制记录仪器等，一般按2倍洞径宽度、1倍洞径深度钻探要求处理。洞内超前钻探的钻杆角度，上方与侧边按10度外插角设置，底部按13度外插角设置，钻探深度约30m，隔4环～6环循环打设，在后配套 台车上配置超前钻注浆系统。 2）岩溶处理，分为地面处理与洞内处理。 （1）溶洞处理原则

结合广州、长沙、深圳等地岩溶处理的经验，本工程溶洞处理的原则：优先采用地面处理；隧道底5m范围内，侧边5m范围内溶洞需要处理；盾构掘进范围以及隧道顶部范围内溶洞需处理。

（2）地面处理措施

对付岩溶水的方法，无外乎排、堵两种方案或组合。对于水压力较大的溶洞区域，直接封堵会十分困难，应采取“先引后堵、排堵结合”的施工原则。水压力较小的溶洞区域，采取“封堵加固、综合治理”的施工原则，采用超前帷幕注浆直接封堵突水通道。 （3）洞内处理措施

当地面不具备处理条件时，可采用洞内处理来实现。通过盾构机盾体上预留的超前钻探通道，可对前方发现的溶洞进行注浆处理，能够克服地面注浆加固场地条件的限制。 3）盾构穿越岩溶地层，进行后评估。 三、盾构掘进措施 1）刀具的合理配置

盾构机掘进到岩溶发育段前，根据地质预报成果，按计划开仓检查刀具和更换新刀，刀具配备以滚刀破岩为主。 2）合理选择掘进参数

本条线采用土压平衡盾构机掘进，应根据围岩的实际情况，选择相应的施工掘进参数。

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3）盾构姿态的调整

应根据实际的岩层情况，通过控制油压调整盾构机的姿态，减少盾构机的仰俯现象。 4）土体改良与管理

溶洞地段地层自稳性较差，要严格控制出渣量，保持掘进速度与出渣量的相对平衡。加强渣土成分和含水量的观察，发现异常，立即停机。 5）加强盾尾密封防水效果

盾构机掘进到岩溶发育段前，对盾尾密封进行认真的检查、维护和调整。加强对盾尾刷密封油脂的注入检查，确保其密封的防渗漏效果。 6）管片背衬注浆

采用同步注浆与二次补充注浆相结合的方式。同步注浆采用水泥浆，二次补注浆采用水泥-水玻璃双液浆。根据监测情况，及时进行必要的二次补充注浆，防止管片外形成纵向水路通道。

7）应急预案

根据初勘报告，本线路沿线含水量较多，岩溶发育，注浆未必能阻止岩溶地下水的渗漏，很容易发生涌水突泥、地表坍塌。因此在施工前需做好应急预案。 8）运营阶段岩溶处理措施

从其他城市岩溶塌陷现象来看，可分为自然因素与人为因素，前者是岩溶地貌自然演化的结构，其发生的概率远低于人为因素干扰情况下的岩溶塌陷。人为因素干扰根据出现的频率依次为：地下水受迫振动、列车振动、其他工程振动。

列车本身的冲击振动在岩溶发育区，会导致水文地质条件的变化，从而使岩溶继续发育，对线路本身产生威胁，对周边环境也可能引起地面塌陷、地面下沉、地面裂缝等环境地质问题。

在运营阶段主要采取以下处理措施：

①对运营地铁沿线的邻近工程作适当的监控，对邻近基坑开挖方案、邻近桩基型式及施工方法等进行论证，避免因邻近工程施工引起岩溶发育段的二次危害。

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②为防止地下水位大幅度下降出现的环境地质问题，造成对运营地铁的危害，对岩溶发育段的地下水进行长期观测。 9）其它情况处理

当隧道上方存在建（构）筑物，无法采用常规地面地质预报手段进行探测时，主要依靠洞内超前钻探的方式。主要措施：

①适当加长超前钻的长度，由原来30m增加到35m。

②适当减少超前钻打设的间隔距离，由原来7m～9m较少到5m～6m。 参考文献

[1]《地铁设计规范》（GB 50157-2013）

[2]《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB 50307-2012） [3]《铁路工程不良地质勘察规范》（TB 10027-2012） （作者单位：西安铁一院工程咨询监理有限责任公司）