一种岩溶强发育区明挖地铁车站的溶洞预处理方法

技术领域

本发明属于岩溶整治技术领域，具体涉及一种岩溶强发育区明挖地铁车站的溶洞预处理方法。

背景技术

随着城市建设的蓬勃发展，在岩溶地区修建地铁也越来越普遍，岩体破碎或存在溶沟、溶蚀裂隙、溶洞，溶隙和溶洞填充物性质软弱，随着时间的推移，并受周边环境的变化、溶蚀作用以及地下水活动的影响，很可能出现岩溶塌陷现象。

在岩溶区地铁施工注浆处理不当可能造成周边水源及环境污染的风险；围护结构及立柱桩施工可能诱发岩溶区地面塌陷，围护结构及立柱桩底可能下沉可能引起基坑开挖的纵、横向失稳；出现基底冒顶或塌陷、片帮，底板下沉或脱空的风险；引起溶洞周边地层的岩溶水剧烈变化将岩溶水排干并带走充填物，地层应力重分布造成地表开裂下沉、围护结构失稳；围护结构存在歪斜、卡锤、掉锤、漏浆等问题，围护结构及立柱桩如需入岩，施工难度较大、工期较长；而且在车站采用明（盖）挖法施工时，岩溶水多属承压水，且岩溶裂隙水受地下岩溶管道连通影响，在车站基坑施工过程中，可能减小承压水顶板的岩土层厚度或揭露管道岩溶水，导致基坑坑壁或底板产生突泥、突水问题，形成施工隐患。

在运营过程中列车运行的振动、各种因素导致地下水的异常活动可能产生溶（土）洞的坍塌、差异沉降等影响地铁运营安全的风险；结构下沉、托空造成开裂可能引起渗漏水，影响地铁正常使用的风险；岩溶区地下水中可溶性物质地下结构的腐蚀损伤，影响地铁的使用寿命。

岩溶处理后可降低上述施工期间事故发生的机率，提高运营阶段的安全性，但是如今地铁车站的岩溶处理范围、岩溶处理措施、岩溶处理效果检测方法尚不成熟，地铁为重大交通设施，不仅应保证施工本身的安全，而且还应考虑施工中可能发生的地面过大隆起、沉降或塌陷等风险对城市运行、周边居民生活的影响。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种岩溶强发育区明挖地铁车站的溶洞预处理方法。

本发明的技术方案是：一种岩溶强发育区明挖地铁车站的溶洞预处理方法，包括以下步骤：

A.在地铁车站范围内采用钻探方法进行勘察；

B.在相邻钻孔之间进行综合勘察，得到勘察成果；

C.结合勘察成果布置钻孔，摸探溶洞边界；

D.根据溶洞边界，确定岩溶处理范围，并划分一般影响区、显著影响区；

E.根据岩溶的生长发育情况，对溶洞进行填充分类；

F.基于溶洞的分类，确定溶洞的填充方式；

G.采用钻机钻孔进行岩溶施工处理；

H.施工完成后，对填充区域进行判断处理；

I.对补充注浆后的填充不充分区域，进行再次检测；

J.进行围护结构、立柱桩、抗拔桩、基坑开挖、主体结构施工。

更进一步的，步骤A在地铁车站范围内采用钻探方法进行勘察，具体过程如下：

首先，将钻探中钻孔间距布设为15～20m，其局部加密为10m；

然后，使钻孔呈矩形布置，进行针对于布设方案的钻探勘察。

更进一步的，步骤B在相邻钻孔之间进行综合勘察，具体过程如下：

首先，得到步骤A中的钻孔布设方案；

然后，取任意相邻钻孔作为综合勘察的基础；

最后，采用弹性波跨孔CT，进行相邻钻孔的综合勘察。

更进一步的，步骤C结合勘察成果布置钻孔，摸探溶洞边界，具体过程如下：

首先，对于岩溶专项勘察中确定的溶洞范围，如果溶洞需要预处理，则先布置钻孔摸探溶洞边界；

然后，探边孔以钻探揭露溶洞为中心，围绕勘探孔呈梅花形布置钻孔；

最后，探边孔由中心依次向外围钻探。

更进一步的，步骤C结合勘察成果布置钻孔，摸探溶洞边界，还包括摸探溶洞边界的停止条件，具体过程如下：

当摸探过程中，探边孔超过地铁车站围护结构外侧3m外时，终止探边。

更进一步的，步骤E根据岩溶的生长发育情况，对溶洞进行填充分类，具体过程如下：

首先，通过钻探方法进行溶洞生长发育情况勘察；

然后，在相邻钻孔之间通过物探CT方法进行溶洞生长发育情况推测；

再后，通过钻探和物探相结合的方法得到岩溶全部生长发育情况；

最后，将溶洞根据填充要求分为全填充溶洞、半填充溶洞、无填充溶洞。

更进一步的，步骤F基于溶洞的分类，确定溶洞的填充方式，具体过程如下：

首先，针对全填充溶洞采用注水泥浆的方式进行填充；

然后，针对半填充溶洞、无填充溶洞采用充填法与注浆法相结合的方式进行填充。

更进一步的，步骤H施工完成后，对填充区域进行判断处理，具体过程如下：

首先，得到外围探边孔，通过外围探边孔采用CT法扫描判断处理效果；

然后，填充充分区域认为已经完成填充；

最后，填充不充分区域，再次进行补充注浆。

更进一步的，步骤I对补充注浆后的填充不充分区域，进行再次检测，具体过程如下：

填充不充分区域经过补充注浆后，采用取芯孔法进行再次检测，直至满足填充要求。

更进一步的，步骤D根据溶洞边界，确定岩溶处理范围，并划分一般影响区、显著影响区，具体过程如下：

首先，确定岩溶处理范围，划分针对基坑处理范围的显著影响区；

然后，确定岩溶处理范围，划分针对基坑处理范围的一般影响区；

再后，确定岩溶处理范围，划分针对主体结构处理范围的显著影响区；

最后，确定岩溶处理范围，划分针对主体结构处理范围的一般影响区。

本发明的有益效果如下：

本发明提供一种岩溶强发育区明挖地铁车站的溶洞预处理方法，对基坑范围不同填充物的溶洞进行充分处理，处理完成后，在后续施工过程中，围护变形可控，基坑坑底隆起沉降在规范范围内，避免岩溶地区导致的地基承载力不够导致的影响结构及行车安全，达到了岩溶处理的目的。

附图说明

图1是本发明的处理方法流程图；

图2是本发明中围护结构岩溶处理范围图；

图3是本发明中主体结构岩溶处理范围图；

图4是本发明中岩溶处理措施流程图；

图5是本发明中岩溶处理效果检测方法图。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1至图5所示，一种岩溶强发育区明挖地铁车站的溶洞预处理方法，包括以下步骤：

A.在地铁车站范围内采用钻探方法进行勘察；

B.在相邻钻孔之间进行综合勘察，得到勘察成果；

C.结合勘察成果布置钻孔，摸探溶洞边界；

D.根据溶洞边界，确定岩溶处理范围，并划分一般影响区、显著影响区；

E.根据岩溶的生长发育情况，对溶洞进行填充分类；

F.基于溶洞的分类，确定溶洞的填充方式；

G.采用钻机钻孔进行岩溶施工处理；

H.施工完成后，对填充区域进行判断处理；

I.对补充注浆后的填充不充分区域，进行再次检测；

J.进行围护结构、立柱桩、抗拔桩、基坑开挖、主体结构施工。

步骤A在地铁车站范围内采用钻探方法进行勘察，具体过程如下：

首先，将钻探中钻孔间距布设为15～20m，其局部加密为10m；

然后，使钻孔呈矩形布置，进行针对于布设方案的钻探勘察。

步骤B在相邻钻孔之间进行综合勘察，具体过程如下：

首先，得到步骤A中的钻孔布设方案；

然后，取任意相邻钻孔作为综合勘察的基础；

最后，采用弹性波跨孔CT，进行相邻钻孔的综合勘察。

步骤C结合勘察成果布置钻孔，摸探溶洞边界，具体过程如下：

首先，对于岩溶专项勘察中确定的溶洞范围，如果溶洞需要预处理，则先布置钻孔摸探溶洞边界；

然后，探边孔以钻探揭露溶洞为中心，围绕勘探孔呈梅花形布置钻孔；

最后，探边孔由中心依次向外围钻探。

步骤C结合勘察成果布置钻孔，摸探溶洞边界，还包括摸探溶洞边界的停止条件，具体过程如下：

当摸探过程中，探边孔超过地铁车站围护结构外侧3m外时，终止探边。

步骤E根据岩溶的生长发育情况，对溶洞进行填充分类，具体过程如下：

首先，通过钻探方法进行溶洞生长发育情况勘察；

然后，在相邻钻孔之间通过物探CT方法进行溶洞生长发育情况推测；

再后，通过钻探和物探相结合的方法得到岩溶全部生长发育情况；

最后，将溶洞根据填充要求分为全填充溶洞、半填充溶洞、无填充溶洞。

步骤F基于溶洞的分类，确定溶洞的填充方式，具体过程如下：

首先，针对全填充溶洞采用注水泥浆的方式进行填充；

然后，针对半填充溶洞、无填充溶洞采用充填法与注浆法相结合的方式进行填充。

步骤H施工完成后，对填充区域进行判断处理，具体过程如下：

首先，得到外围探边孔，通过外围探边孔采用CT法扫描判断处理效果；

然后，填充充分区域认为已经完成填充；

最后，填充不充分区域，再次进行补充注浆。

步骤I对补充注浆后的填充不充分区域，进行再次检测，具体过程如下：

填充不充分区域经过补充注浆后，采用取芯孔法进行再次检测，直至满足填充要求。

步骤D根据溶洞边界，确定岩溶处理范围，并划分一般影响区、显著影响区，具体过程如下：

首先，确定岩溶处理范围，划分针对基坑处理范围的显著影响区；

然后，确定岩溶处理范围，划分针对基坑处理范围的一般影响区；

再后，确定岩溶处理范围，划分针对主体结构处理范围的显著影响区；

最后，确定岩溶处理范围，划分针对主体结构处理范围的一般影响区。

具体的，步骤D根据溶洞边界，确定岩溶处理范围，并划分一般影响区、显著影响区，具体如下：

首先，显著影响区内的溶洞对地铁设施危害较大，为重点处理对象，一般需处理；

然后，一般影响区内的溶洞对地铁设施危害较小，一般不需处理。

更为具体的，基坑处理范围的显著影响区，划分过程如下：

首先，围护结构施工前，围护结构两侧 3m 范围及围护结构深度范围的溶洞划分为显著影响区；

然后，当围护结构不嵌岩时，围护结构底部以下5m范围的溶洞划分为显著影响区；

再后，当围护结构嵌岩时，围护结构底部以下稳定完整溶洞顶板厚度小于3m时，其围护结构底部3m相关联的溶洞范围划分为显著影响区；

最后，基坑开挖范围内的溶洞，且溶洞顶板较完整，且充填情况较差，经分析有塌陷可能或判定施工过程中会诱发开挖面塌陷的范围划分为显著影响区。

更为具体的，基坑处理范围的一般影响区，划分过程如下：

首先，围护结构施工前，围护结构两侧3m范围外、基坑开挖范围内的溶洞且溶洞顶板较完整且充填情况较好，经分析无塌陷可能，且判定施工过程中不会诱发开挖面塌陷的范围划分为一般影响区；

然后，当围护结构不嵌岩时，围护结构底部以下5m范围外的溶洞划分为一般影响区；

最后，当围护结构嵌岩时，明挖法围护结构底部以下稳定完整溶洞顶板厚度大于3m时，其围护结构底部范围的溶洞划分为一般影响区。

更为具体的，主体结构处理范围显著影响区，划分过程如下：

首先，主体结构底板以下5m范围内的溶洞划分为显著影响区；

然后，主体结构底板以下5~10m范围内的溶洞，且溶洞稳定，岩面顶板高度小于3m或覆跨比小于1划分为显著影响区；

再后，对于“串珠状”溶洞与其下伏溶洞之间完整基岩层厚度小于0.5m 时划分为显著影响区；

最后，鉴于溶（土）洞发育的不确定性，基底以下存在上述处理范围之外的土洞或特大型溶洞（≥5m）时，应具体分析处理。

其中，主体结构处理范围显著影响区，还包括对岩溶地区桩端下溶洞范围的划分，具体划分过程如下：

首先，端承桩桩端下的溶洞顶板厚度小于5d且小于5m时，其端承桩桩端底部5d与5m较大范围划分为显著影响区；

然后，摩擦端承桩桩端下的溶洞顶板厚度小于5m时；其摩擦端承桩桩端底部5m相关联的溶洞范围划分为显著影响区。

更为具体的，主体结构处理范围的一般影响区，划分过程如下：

首先，主体结构底板以下5~10m范围内的溶洞，且溶洞稳定岩面顶板高度大于3m或覆跨比大于1，划分为一般影响区；

然后，对于“串珠状”溶洞与其下伏溶洞之间完整基岩层厚度大于0.5m 时，划分为一般影响区；

最后，鉴于溶（土）洞发育的不确定性，基底以下存在上述处理范围之外的土洞或特大型溶洞（≥5m）时，应具体分析处理。

其中，主体结构处理范围的一般影响区，还包括对岩溶地区桩端下溶洞范围的划分，具体划分过程如下：

首先，端承桩桩端下的溶洞顶板厚度大于5d或大于5m时，其端承桩桩端底部的溶洞，划分为一般影响区；

然后，摩擦端承桩桩端下的溶洞顶板厚度大于5m时；其摩擦端承桩桩端底部的溶洞，划分为一般影响区。

具体的，步骤F基于溶洞的分类，确定溶洞的填充方式，具体如下：

岩溶地区采用充填法与注浆法相结合综合处理，充填法与注浆法相结合适用于无填充、半填充溶（土）洞、出露地表的溶洞（槽）、溶蚀（裂缝、漏洞）、落水洞的填充及隐伏溶（土）洞、深埋溶洞等岩溶地基处理和岩溶水治理。

更为具体的，充填法中填充材料采用素土、灰土、砂砾、碎石、水泥砂浆、混凝土等充填材料，注浆材料分为单液浆、双液浆。

其中，单液浆的材料可选用普通水泥浆、超细水泥浆、TGRM水泥基注浆材料，材料质量配比水灰比为1:1~1：1.5。

其中，双液浆在单液浆基础上增加用于缩短凝固时间（如水玻璃）的材料，材料质量配比水:水泥:水玻璃为（0.8～1）:1:（0.12～0.30），水泥砂浆质量比水泥：砂为1:2.5。

具体的，步骤G采用钻机钻孔进行岩溶施工处理，具体过程如下：

首先，土层采用各式适宜的钻机钻孔；岩体内采用回转钻或冲击钻造孔；

然后，注浆法钻孔直径不小于Φ76mm，注浆采用静压水泥灌浆，注浆孔伸入溶洞底板以下不小于0.5m；

最后，填充法钻孔直径宜为Φ200mm，内套PVC管进行吹砂并兼做排气孔，填充孔应伸入溶洞顶板以下空洞内不小于1.0m。

作为一种处理情况，当终孔段遇性状较差、规模较大的岩溶或裂隙密集发育带等地质缺陷时，应加深钻孔，伸入其下部完整岩体内2m。

如图2所示，作为一种描述，步骤D根据溶洞边界，确定岩溶处理范围，并划分一般影响区、显著影响区，针对基坑岩溶处理，具体过程如下：

首先，从围护结构深度范围岩溶处理、围护结构底范围岩溶处理判断选择其一；

然后，如果为围护结构深度范围岩溶处理，判断溶洞是否在围护结构两侧3m内，如果在两侧3m内则为显著影响区；如果在两侧3m外，则为一般影响区；

再后，如果为围护结构底范围岩溶处理，判断围护结构是否嵌岩；

再后，如果嵌岩，继续判断溶洞是否在围护结构底下3m内，如果在底下3m内，则为显著影响区；如果不在底下3m内，则为一般影响区；

再后，如果不嵌岩，继续判断溶洞是否在围护结构底下5m内，如果在底下5m内则为显著影响区；如果不在底下5m内，则为一般影响区。

如图3所示，作为一种描述，步骤D根据溶洞边界，确定岩溶处理范围，并划分一般影响区、显著影响区，针对主体结构处理，具体过程如下：

首先，从桩端下溶洞范围、主体结构底板下溶洞范围判断选择其一；

然后，在桩端下溶洞范围中，进行摩擦端承桩和端承桩分类；

再后，在摩擦端承桩的前提下，判断溶洞顶距离桩底最小距离是否小于等于5m，如果小于等于5m，则为显著影响区，如果不小于等于5m，则为一般影响区；

再后，在端承桩的前提下，判断溶洞顶距离桩底最小距离是否小于等于（5m与5d较大值），如果是则为显著影响区，如果不是则为一般影响区；

再后，在主体结构底板下溶洞范围中，判断溶洞顶距离结构底板最小距离是否小于等于5m，如果小于等于5m，则为显著影响区，如果不小于等于5m，继续进行下一步；

再后，判断溶洞顶距离结构底板是否小于等于10m，如果是小于等于10m，判断溶洞上覆基岩厚度是否小于等于3m，如果小于等于3m，则为显著影响区；如果不小于等于3m，则继续判断溶洞覆跨比是否小于1，如果小于1，则为显著影响区，如果不是小于1，则为一般影响区；

再后，判断溶洞顶距离结构底板是否小于等于10m，如果不是小于等于10m，判断溶洞是否为串珠状溶洞，如果不是，则为一般影响区，如果是串珠状溶洞，继续判断溶洞内洞体之间的完整基岩层厚度是否小于0.5m，如果小于0.5m，则为显著影响区，如果不小于0.5m，则为一般影响区。

具体的，步骤F基于溶洞的分类，确定溶洞的填充方式，还包括工程量预测计算，具体过程如下：

首先，针对全填充溶洞处理方式，其注水泥浆工程数量，具体表达如下：

V

然后，针对半填充溶洞处理方式，其填充砂+注浆（溶洞＜1m）工程量，具体表达如下：

V

针对半填充溶洞处理方式，其填充素混凝土（1m≤溶洞＜3m）工程量，具体表达如下：

V

针对半填充溶洞处理方式，其填充碎石（3m≤溶洞＜5m）工程量，具体表达如下：

V

最后，针对无填充溶洞处理方式，其填充砂+注浆（溶洞＜1m）工程量，具体表达如下：

V

针对无填充溶洞处理方式，其填充素混凝土（1m≤溶洞＜3m）工程量，具体表达如下：

V

针对无填充溶洞处理方式，其填充碎石（3m≤溶洞＜5m）工程量，具体表达如下：

V

具体的，步骤I采用取芯孔法进行再次检测，具体过程如下：

首先，溶洞填充注浆结石体采用随机钻孔抽芯法；

然后，观察取芯是否连续，并做抗压试验，要求28d无侧限抗压强度≥0.2MPa。

具体的，步骤I基于岩溶溶洞补充注浆后，再次检测，具体检测方法如下：

如图5，以填充为目的的效果检查：检查填充率及采用标贯法测定密实程度，标贯击数N≥10。

有地基承载力及止水要求的检测：加固目的的注浆效果检测以取芯孔法为主、止水目的的注浆效果检测以渗透系数测试法为主。

P-q-t 曲线法：根据所记录的注浆压力（P）、注浆速度（q）、注浆时间（t）三者之间的关系绘制P-q-t 曲线图进行绘制。满足合格标准的注浆孔数量宜大于80%。

涌水量对比法：加固目的注浆工程堵水率宜大于 80%，或止水目的注浆工程宜大于 90%。

填充率反算法：加固目的注浆工程浆液填充率宜大于80%，或止水目的注浆工程宜大于 90%。

取芯孔法：溶洞填充注浆结石体采用随机钻孔抽芯法，观察取芯是否连续，并做抗压试验，要求28d无侧限抗压强度≥0.2MPa。

检查孔法：检查孔应成孔完整、无涌砂、涌泥现象，出水量小于注浆专项设计要求，且能保持1h 以上。

渗透系数测试法：注浆后地层的渗透系数应降低一个数量级，且止水目的注浆渗透系数宜小于5×10-5cm/s。

直接观察法：无水或少水，或填充注浆后渗漏水明显减小变形得到有效控制。

监测数据判定法：通过检测反馈的结果判断注浆加固效果是否达到工程要求。

处理效果检测的检测原则和数量：

检验性钻孔不应小于注浆孔总数的 5％，孔数抽查且不小于 3 点；

充填加固要求每个溶洞均要检测1次，钻孔布置宜位于距离充填注浆孔50~100cm，

注浆效果渗透性评定应采用钻孔进行注水、抽水、压水试验，或开挖检查井渗水试验等方法，检查工作应在单位工程注浆结束28d进行，试验点数量不少于注浆孔数的 2%，单体工程不少于3个点且满足设计要求。

本发明提供一种岩溶强发育区明挖地铁车站的溶洞预处理方法，对基坑范围不同填充物的溶洞进行充分处理，处理完成后，在后续施工过程中，围护变形可控，基坑坑底隆起沉降在规范范围内，避免岩溶地区导致的地基承载力不够导致的影响结构及行车安全，达到了岩溶处理的目的。