喀斯特巖溶發(fā)育地區(qū)地鐵車站設(shè)計(jì)重難點(diǎn)分析

朱 培

(中鐵二院工程集團(tuán)責(zé)任有限公司，四川 成都 610031)

0 前 言

1863年英國建成了世界上第一條地下鐵道，隨后相繼在紐約、維也納、巴黎、柏林、東京等城市修建了地下鐵道。在第二次世界大戰(zhàn)以后，人們開始發(fā)展私人轎車，導(dǎo)致了城市交通的癱瘓，從而慢慢認(rèn)識到只有發(fā)展地下鐵道作為骨干大運(yùn)量快速公共交通系統(tǒng)才能解決城市客運(yùn)交通的諸多問題。從20世紀(jì)50年代以來，尤其是20世紀(jì)70年代以后，建成地下鐵道的城市迅速增多。1965年7月1日，北京地鐵一期工程正式開工，這是我國第一條地鐵線路，1971年建成運(yùn)營，此后在上海、廣州等地也相繼開始地鐵興建。

貴陽地處云貴高原的東斜坡，是國內(nèi)“喀斯特”地貌最為集中的省會城市，全市地形起伏較大，最高海拔1 762 m，最低海拔506 m，地質(zhì)條件相對復(fù)雜。在這樣的城市修建城市軌道交通在國內(nèi)尚屬首次?？λ固氐刭|(zhì)條件下城市軌道交通建設(shè)的地下工程修建，由于其特殊的地質(zhì)條件，與其他興建城市軌道交通的城市相比，又有其獨(dú)特性。

1 地質(zhì)情況

貴陽市軌道交通1號線沿線巖溶發(fā)育特征：場地范圍為可溶巖分布地段，巖溶形態(tài)主要為巖溶洼地、落水洞、巖溶管道、地下暗河、溶溝(槽)、溶洞以及石芽等為主，溶溝(槽)主要發(fā)育在基巖面以下1.0～6.0 m的深度，溶洞、溶蝕裂隙主要沿層面發(fā)育；溶溝(槽)常與側(cè)壁巖體中的溶洞和溶蝕裂隙共同存在，于溶蝕溝槽的旁側(cè)出現(xiàn)懸臂狀巖體；所在場地淺部洞隙數(shù)量較多，但是規(guī)模均小，深部洞隙反之，數(shù)量多但規(guī)模較大；場地中的巖溶現(xiàn)象除溶洞和裂隙以外，還有針狀和蜂窩狀溶孔，由于溶孔的發(fā)育，導(dǎo)致地下水連通及巖體整體強(qiáng)度降低。

巖溶發(fā)育程度：線路范圍內(nèi)揭露基巖大部為石灰?guī)r、泥質(zhì)石灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)白云巖等可溶性巖石，巖溶發(fā)育。在勘察鉆孔中為遇見巖溶洞隙，經(jīng)線路兩側(cè)1 km范圍內(nèi)的地面調(diào)查，地下巖溶發(fā)育形態(tài)主要為隱伏型溶蝕洞隙，以巖體內(nèi)發(fā)育溶洞(隙)，軟塑黏土充填，少量空洞無充填。溶洞發(fā)育以垂向發(fā)育為較顯著特征，順巖層產(chǎn)狀發(fā)育亦為巖溶發(fā)育的一個特征。綜合分析可溶巖分布區(qū)約占線路全長75%，巖溶形態(tài)主要為溶洞、溶溝(槽)、串珠狀發(fā)育為主，少數(shù)為半充填或無充填溶洞，如圖1所示。

圖1 貴陽市軌道交通1號線施工現(xiàn)場溶洞照片

2 車站施工工法比選

常用的地鐵地下車站施工方法一般有明挖法、蓋挖法、暗挖法等[1]。暗挖法施工地下車站對地面交通和周邊環(huán)境影響小，但車站埋置深、工程造價高、施工工期長、富水地層條件下防水難處理，使用功能較差；蓋挖法和明挖法車站埋置淺，結(jié)構(gòu)的整體性、結(jié)構(gòu)自防水以及附加防水層的防水效果可以得到有效保證，并且相較暗挖法施工更加方便，工期更加容易受到控制，工程的造價更低，工期也更短，但需進(jìn)行合理的地面交通疏解及處理好對周邊環(huán)境的影響問題。車站采用不同施工方法優(yōu)缺點(diǎn)比較如表1所示。

表1 三種施工方法比較表

從表1的各項(xiàng)對比可得出以下結(jié)論：地鐵地下車站的施工，原則上首選明挖法，其次是蓋挖法，最后是暗挖法，暗挖法適用于交通要道、管線較多的繁華地區(qū)。

3 明挖基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較

3.1 基坑支護(hù)型式選擇原則

基坑支護(hù)的型式選擇時，應(yīng)依據(jù)場地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、環(huán)境情況、開挖深度、施工方法、工期、工程造價、地區(qū)常用的基坑支護(hù)型式作綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較[2]。

3.2 常用支護(hù)結(jié)構(gòu)型式優(yōu)缺點(diǎn)比較

常用的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)一般有地下連續(xù)墻、人工挖孔樁、鉆孔灌注樁、套管咬合樁等[3]。

1)地下連續(xù)墻。

(1)優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)較成熟；適用于各種地層，復(fù)雜周邊環(huán)境工程；特別是止水要求嚴(yán)格的基坑支護(hù)；適用于基坑保護(hù)等級特級、一級、二級；適用于明挖法、蓋挖法、礦山法。

(2)缺點(diǎn)：施工機(jī)具要求較高，施工工藝較復(fù)雜；施工技術(shù)要求較高。

2)人工挖孔樁。

(1)優(yōu)點(diǎn)：成孔單價低；施工設(shè)備簡單；成樁直徑大；成樁質(zhì)量容易保證；適用于基坑保護(hù)等級特級、一級、二級；適用于明挖法、蓋挖法、礦山法。

(2)缺點(diǎn)：工人勞動強(qiáng)度大，危險性高；受地質(zhì)條件的限制較大，一般不宜用于淤泥及含水砂層；樁徑大，需混凝土護(hù)壁，綜合造價較高；采用人工挖孔樁尚須執(zhí)行北京市頒布的有關(guān)規(guī)定。

3)鉆孔灌注樁。

(1)優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)相對成熟，工藝相對簡單；適用于各種地層，受地質(zhì)條件的限制較??；單樁成孔時間短，施工進(jìn)度快；適用于基坑保護(hù)等級特級、一級、二級；適用于明挖法、蓋挖法、礦山法。

(2)缺點(diǎn)：施工精度控制較困難，技術(shù)要求較高；工程投資較高；對環(huán)境有一定影響；樁間需另設(shè)止水結(jié)構(gòu)，或者開挖基坑時降水。

4)套管咬合樁。

(1)優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)比較成熟，綜合造價低；對環(huán)境影響小；樁間止水效果好；成樁精度高，混凝土澆筑質(zhì)量好；成樁時間短，施工進(jìn)度快；適用于基坑保護(hù)等級特級、一級、二級；適用于明挖法、蓋挖法、礦山法。

(2)缺點(diǎn)：施工機(jī)具要求較高，施工工藝較復(fù)雜，對混凝土配合比要求較高；對中風(fēng)化巖層及以下的地層施工成樁困難。

5)土釘墻。

(1)優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)比較成熟，造價低；施工進(jìn)度快，施工簡單；一般適用于基坑等級二級、三級。

(2)缺點(diǎn)：施工場地大，對環(huán)境影響大；需降水作業(yè)；基坑深度應(yīng)<12 m；當(dāng)?shù)叵滤桓哂谄陆菚r，應(yīng)采取降水措施。

6)放坡。

(1)優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)比較成熟，綜合造價低；基坑保護(hù)等級為三級。

(2)缺點(diǎn)：當(dāng)有條件時，應(yīng)優(yōu)先采用局部或全部放坡方案，施工場地應(yīng)滿足放坡條件；當(dāng)?shù)叵滤桓哂谄陆菚r，應(yīng)采取降水措施。

根據(jù)貴陽地區(qū)水文地質(zhì)情況，以及調(diào)查貴州地區(qū)大量深基坑支護(hù)工程及貴陽市地下空間項(xiàng)目采用土釘墻和間隔圍護(hù)樁的成功使用經(jīng)驗(yàn)，貴陽市軌道交通1號線明挖基坑根據(jù)周邊環(huán)境選用該兩種支護(hù)結(jié)構(gòu)型式中的一種。

4 溶土洞處理措施

4.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)、樁周邊溶土洞處理措施

圍護(hù)結(jié)構(gòu)、樁周邊3 m范圍內(nèi)以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)、樁底下5 m以上范圍內(nèi)的溶土洞應(yīng)在施工前進(jìn)行處理。如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)、樁周邊以及底部為砂層或者其他的中等～強(qiáng)透水層的時候，溶土洞的處理應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)募哟蠓秶?/p>

4.2 基坑基底溶土洞處理

1)對于已揭示的溶土洞全部進(jìn)行處理。

2)當(dāng)基底為灰?guī)r地層的時候，對于基底下不小于5 m的中等～微風(fēng)化灰?guī)r、穩(wěn)定隔水層5 m范圍內(nèi)所揭示的溶土洞，全部從地面進(jìn)行注漿加固處理[4]。余下灰?guī)r所發(fā)現(xiàn)的巖溶原則上不需要處理，具體結(jié)合溶洞的厚跨比(厚跨比<1的處理)和對車站主體結(jié)構(gòu)及連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響分析確定。

3)對底板下遇串珠狀溶洞、溶蝕凹槽、破碎帶等特殊地質(zhì)，應(yīng)根據(jù)其埋深、地下水性質(zhì)綜合判斷后由設(shè)計(jì)確定處理深度及范圍經(jīng)業(yè)主審查同意后實(shí)施。

4)工程范圍揭示有大口徑溶土洞時(>3 m)，尚應(yīng)根據(jù)厚跨比(基底穩(wěn)定層頂至溶洞頂距離與溶洞直徑的比值)、地層情況等具體分析其影響，采取合適的處理措施。

4.3 明挖結(jié)構(gòu)溶土洞處理措施

1)土建施工單位可利用巖溶加密勘察、溶洞探邊勘探的方式進(jìn)行巖溶的處理。對于巖面上覆砂層或者是溶洞的洞徑較大，探邊施工易引起地面塌陷風(fēng)險的時候，應(yīng)采用邊探邊注漿的處理方式。

2)未填充溶土洞應(yīng)采用水泥砂漿、水泥漿來進(jìn)行注漿充填；對于高度≥3 m的較大溶洞，可先用水泥砂漿或低標(biāo)號的細(xì)石混凝土來進(jìn)行充填，然后再進(jìn)行水泥漿壓密注漿。統(tǒng)一采用PVC花管注漿。注漿壓力需要根據(jù)溶土洞的充填情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3)對于規(guī)模較大的溶洞(范圍已超出地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)定的安全限界)時，可先在安全限界的范圍內(nèi)鉆孔，然后采用速凝漿控制邊界，以致減少注漿的范圍以及注漿量。

4)溶土洞的注漿處理需先成孔，接著埋入注漿管，在埋入注漿管的時候注意封閉溶土洞的頂板，以及注漿管與孔壁之間的間隙后才能注漿。

6)注漿材料可采用雙液漿及水泥漿，溶土洞的外圍可采用雙液漿來進(jìn)行封閉，內(nèi)部則采用水泥漿。注漿管底應(yīng)位于溶土洞底部以下不小于0.5 m。

4.4 防止溶土洞對地鐵結(jié)構(gòu)安全影響的措施

1)水泥土加固。對于基底持力層承載力無法滿足設(shè)計(jì)要求時，需對基底軟弱地層進(jìn)行加固處理，采用攪拌樁或旋噴樁。當(dāng)基底至巖面距離<0.5～1 m時，應(yīng)優(yōu)先考慮換填。

2)固結(jié)注漿法。對基底下、巖面上的砂土層實(shí)施固結(jié)注漿，使其具有一定強(qiáng)度及抗?jié)B性能的固結(jié)體。

3)設(shè)置地下橋。按地鐵結(jié)構(gòu)的跨距布置一定的跨徑施工鉆(沖、旋挖)孔樁，樁上做帽梁，形成支托地鐵結(jié)構(gòu)的支承體系。

5 結(jié)束語

綜上所述，相關(guān)施工人員應(yīng)該認(rèn)真分析工程的水文地質(zhì)狀況，綜合比較各施工工法的優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上選擇適合工程實(shí)際情況的工法，從而保證工程的整體質(zhì)量，推動地鐵工程行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

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