快速有效的岩溶区应急控制手段

快速有效的岩溶区应急控制手段

（雷鸣 ）

( 中咨工程管理咨询有限公司 ， 广东深圳 518000 )

摘要：岩溶区有着独特的水文特征和地貌特征，在岩溶地区进行城市轨道交通建设会遇到非岩溶地区所没有的问题。基于岩溶发育无规律可循的特点和溶洞的构造结构，在地铁车站深基坑及区间隧道施工中，由于对溶洞结构的改变（充填、挖除、溶腔水抽排等），往往会出现地面塌陷、管线破坏、基坑涌水、周边建筑物变形、开裂等风险，危及周边环境安全和人民群众人身安全。

深圳16号线大范围穿越可溶岩地区，工程地质及水文地质均十分复杂，工程风险和施工难度极大。本文以深圳地铁16号线岩溶强发育区施工案例为背景，全过程、全方位阐述岩溶区深城市轨道交通建设的风险及控制手段。

1.岩溶工况简述

地铁16号线双龙站（不含）～同乐村站（含）段位于深圳市龙岗区，包含三站四区间，线路敷设于岩溶强发育区。经岩溶专项勘察成果显示，三站四区间共揭露岩溶数量1019个，单体工程最大线岩溶率13.39%，最小8.9%。其中无充填溶洞占比58%、半充填溶洞占比27%、全充填溶洞占比15%，溶洞处理工程量约20万m³。

根据设计方案，溶洞处理原则为：(1)围护结构(隧道轮廓线)两侧3米，底板(隧道底部)以下5m范围内的所有溶洞均处理；(2)底板(隧道底部)以下5～10m范围内的溶洞，溶洞稳定岩面顶板高度小于3m或覆跨比小于1的溶洞，需进行充填处理；(3)为了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洞，溶洞高度大于2m的无充填或者半充填溶洞应进行充填处理，溶洞高度小于2m的溶洞应在施工过程中采取工程措施防止风险。综合考虑本工程地质条件、周边环境、基坑支护结构以及施工工艺等因素，本工程主要采用充填法和注浆法。

2.岩溶区应急控制手段

结合其它城市岩溶施工案例，岩溶区车站施工容易出现基坑涌水、突水、地表塌陷、周边建筑物变形、开裂等多种危险事故；盾构施工易出现盾构轴线偏移超限、涌水、卡壳、机头下垂及设备跌落溶洞等多种危险事故。更为重要的是，由于城市地面建筑物密集，很多地方无法利用钻孔及地质雷达等方法对溶洞进行探测和地面处理，形成了工程建设潜在的风险。

地铁16号线双龙站（不含）～同乐村站（含）段于2019/1/1～2021/5/31完成了工程建设，建设过程中也出现了一些基坑涌水、地面塌陷等险性事件。为后续岩溶区工程建设提供一点经验教训，现对岩溶区应急控制手段进行简要总结，以供参考：

2.1.系统全面的补充勘察，规避岩溶盲区风险

根据《岩溶地区建筑地基基础技术规范》(DBJT15-136-2018)相关规定，结合16号线岩溶区工程施工实例，在规范界定的勘探孔间距条件下，并不能完全真实反应的地下岩溶发育情况，特别是岩面的埋深失真度较大；同时过大的勘察孔间距容易导致CT扫描结果出现岩溶盲区，继而导致设计的边界条件发生不利变化，为工程建设遗留潜在的设计风险。因此，施工前应进行细致、详细的补充勘察。补充勘察的要点归纳总结有以下三点：

2.1.1.探准围护结构岩面，保证嵌固深度

微风化灰岩发育极不规律，岩面起伏大，详勘的钻孔间距不能准确反应墙身范围内的岩面线，围护结构的嵌固深度偏差较大。补充勘察阶段，应对车站围护结构位置进行间距≤3m的超前钻探，探明实际的岩面埋深，保证围护结构嵌固深度，规避设计风险。

2.1.2.重点特殊部位，补充勘察到位

工程实施过程中，经开挖和钻探揭露论证，微风化灰岩岩面起伏大，同一断面岩面高差可达到8m。因此，在区间补勘过程中，一定要对联络通道、预设换刀点等特殊部位进行详细的补充钻探，探明真实的岩面线，以便设计进行针对性的设计方案制定，规避因地质资料失真导致的设计方案和施工方案不合理。

2.2.科学合理的涌水处置方案，快速高效的组织机构

基于溶洞形成的机理（CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2 ）,说明岩溶与地表有水力联系通道。同时岩溶裂隙水具有承压性，当工程建设过程中，开挖、充填或挖除溶洞打破原有的水土平衡后，岩溶裂隙水就会通过水力通道涌出，继而发生基坑突水、涌水。

结合本工程实例，当明挖基坑发生涌水后，可按下述方案进行处置：

2.2.1.当30m³/h＜涌水量≤100m³/h

设备选型：WSS后退式注浆机

注浆材料：水泥-水玻璃浆液

处置方案：

2.2.1.1.采用沙袋或吨袋装填黏土进行反压，同时设置导流管；

2.2.1.2.若反压后涌水大范围流淌，可采用素混凝土对反压堆载进行包封加固。

2.2.1.3.导流管一般采用直径200mm左右的PVC管或镀锌钢管；

2.2.1.4.采用矩阵式注浆法进行封堵。即以涌水点为圆心，由远及近注浆封堵裂隙通道，直至涌水点无水或仅有少量水流出，则达到堵水效果。一般按2.5m半径设置两个注浆封堵墙。

2.2.2.当涌水量＞100m³/h

设备选型：WSS后退式注浆机

注浆材料：水泥-水玻璃浆液

处置方案：

2.2.2.1.涌水点应急封堵。应急封堵主要采用棉被、原木对涌水孔位进行堵塞，使用挖掘机配合人工将棉被塞入涌水孔洞内，分多次进行塞入，直至塞满，无法继续塞入为止，最后将原木钉入孔洞顶部，完成初步应急封堵，防止涌水快速扩大，为下一步处置争取时间。

2.2.2.2.沙袋、土袋反压。涌水点封堵完成后，则采用沙袋反压，或采用吨袋装填黏土进行反压，防止基底土层扰动。

2.2.2.3.引流管及混凝土封底。沙袋、土袋反压时，在涌水部位设置一根引流管。引流管采用钢管或PVC管，管径需与涌水量相匹配，采用挖掘设备配合，将引流管插入涌水点土层内，插入深度3-5m，最后在管顶设置阀门。

引水管设置完毕后，在引水管周围采用混凝土对土层表面进行封底、反压。混凝土浇筑厚度2-5m，根据涌水量大小进行确定，混凝土封底范围以涌水点为中心15-20m范围。

2.2.2.4.注浆封堵

a:反压完成后，以出水点为中心，分别在半径2.5m、5.0m设置2层共计10个注浆孔。

b:首先在外层布置注浆机进行注浆，根据返浆情况确定水力通道，同时调整浆液凝结时间，尝试进行封堵。

c:当水流量大、流速快，浆液无法快速凝结是，于内层增加布置注浆机对水力通道周边土体进行挤密。同时于涌水点周边堆码沙袋，分散水流，减缓水流速。

d:注浆设备采用后退式注浆机，水泥浆比例0.6～1.0，水泥水玻璃浆液根据涌水量大小，水流速现场据实调整。

2.2.2.5.钻孔验证

由于岩层中裂隙水向土层开挖面涌出，水量涌出较大时，可能导致土层内粉质黏土跟随地下水流出，导致土层空洞。尤其是会导致围护结构地连墙底部产生孔洞，导致围护结构产生沉降，形成基坑风险。注浆封堵处理完成后，需要验证周边是否产生土层空洞，可采用地质钻机进行钻孔取芯验证，确定土层情况，如发现孔洞，则采用后退式注浆直至注满为止。

2.3.健全地上地下联络机制，信息传递要快要准

鉴于微风化灰岩地层的特殊性、岩溶发育的毫无规律性，在岩溶区进行明挖基坑开挖、盾构隧道掘进过程中，对溶洞原有结构的破坏、溶腔内水的抽排导致地下原有的水土结构平衡被打破，继而导致地面出现沉降过大或塌陷等危险事故。

在盾构掘进、基坑开挖、特别是基坑涌水期间，要建立地面巡查机制和信息实时反馈机制，以便进行应急处置和调整施工方案。

3.结束语

16号线建设初期，在深圳岩溶地区修建地下城市轨道交通尚无经验可借鉴，通过本项目的实施，初步掌握和了解了深圳岩溶地区岩溶的形态、发育程度、岩溶水等工程水文地质勘探方法，解决了一部分在岩溶地区复杂的工程地质及水文地质条件下修建地铁车站、区间盾构隧道掘进的关键设计、施工问题，并为该区域后续大量的地铁工程建设积累了一些技术资料。同时，在面对岩溶区基坑涌水、地面塌陷及建筑物变形开裂等危险事故时，总结了一套行之有效的应急控制手段，为后续岩溶地区工程建设积累了宝贵的经验。