武汉地区岩溶发育地区地铁车站的岩溶处理的原则

王俊

摘要：武汉地区石灰岩分布面积1100 余平方千米，约占该市面积的13%。岩溶塌陷不仅给程建设带来重大的影响，而且造成了巨大的经济损失。本文以武汉地铁建设为依托，总结武汉地区岩溶分布、发育特征及地铁工程中的岩溶处理措施，以期能对后期地铁工程建设提供参考。

溶洞是可溶性岩石中因喀斯特作用所形成的地下空间,是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。由于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、列车运行振动、基坑开挖施工以及地下水活动的影响，很可能出现岩溶塌陷，基坑坑壁或底板产生突泥、突水现象，形成隐患。

1.岩溶处理原则

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1.1溶洞洞顶稳定性

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011），对于完整、较完整的坚硬岩、较硬岩地基，①当洞体较小，基础尺寸大于洞的平面尺寸，并有足够的支承长度；②顶板岩石厚度大于或等于洞的跨度时（即厚跨比>1.0），可不考虑岩溶对地基稳定性的影响。

当洞穴顶板较厚但不满足稳定要求时，对无充填空洞采用灌混凝土、灌水泥砂浆或砂砾石、碎石等处理，对充填型岩溶洞穴，采用注（灌）浆处理。

大型溶洞可进行施工勘察确定跨度，根据施工勘察结果确定具体处理方案。

1.2地下结构岩溶处理范围：

1）当覆盖层为砂层时，地下结构基地范围内查明的溶洞均应进行注浆填充处理；

2）当结构底板下覆盖层为黏土层，且厚度小于溶洞直径的2倍时或者结构底板下3m范围内的溶洞，均进行处理，溶洞处理必须充填密实；当地下结构底板下覆盖层为黏土层，且厚度大于等于溶洞直径的2倍时，溶洞可不处理；当结构底板下覆盖层为黏土层，溶洞洞径小于3m时，溶洞可不处理；当结构底板以下完整基岩厚度小于6m（半土半岩小于10m）时，洞径大于3m的溶洞均应充填密实；当结构底板以下完整基岩厚度大于6m（半土半岩大于10m）时，洞径小于6m的溶洞可不处理；当结构底板底部至可岩溶层的中（微）风化泥岩及泥质粉砂岩厚度超过3m时，下部非大型溶洞可不进行处理，当车站底板底部位于可溶岩层中，溶洞顶距离车站底板底部的距离大于5m时，下部非大型溶洞可不进行处理；围护结构3m以外的非特大型溶洞可不考虑处理；溶洞直径大于6m的特大型溶洞，需根据影响范围、溶洞规模、溶洞填充情况及溶洞与地下结构相对位置关系、覆盖层岩土力学参数、结构承载力综合考虑，确定是否处理以及具体处理方案；对于高风险区内的物探推测岩溶异常区进行钻孔验证，若发现存在溶洞则按照上述原则处理，若没有发现溶洞，自地面进行注浆加固，且一并完成岩面注浆处理。

2.岩溶处理的设计要点

2.1工程桩岩溶处理的设计要点

工程桩包括车站范围内的临时立柱桩、抗拔桩、竖向承重桩等构件。岩溶地区内的工程桩施工前需逐桩布置超前钻孔，每桩一孔。

钻孔深度至基岩面以下10m。对于小型溶洞、溶隙，在满足施工要求的前提下，也可以通过适当调整桩位避开溶洞范围，保证桩体受力安全。

工程桩范围内的溶洞需进行处理，处理完毕后方可施工工程桩。桩基需修正长度应满足：

1）当设计桩底位于溶洞范围内或设计桩底与溶洞竖向距离大于3D(D为桩基直径)时，桩基修正长度=设计桩长；

2）当设计桩底位于溶洞范围内时，桩底范围内溶洞需要进行处理，桩基需进行加长处理，桩基修正长度=设计桩长+溶洞高度，且桩基嵌入溶洞底岩层深度不小于1m；

3）当设计桩底位于溶洞范围内或设计桩底与溶洞竖向距离小于3D(D为桩基直径)时，溶洞需要进行处理，桩基修正长度=设计桩长+溶洞高度，且桩基嵌入溶洞底岩层深度不小于1m。

2.2围护结构岩溶处理的设计要点

岩溶区域内围护结构连续墙应落底布置，并沿连续墙轴线方向施做注浆帷幕钻，钻孔间距为2m（实际可根据现场情况进行加密处理），深度为基岩面以下15m。

岩溶区域内围护结构钻孔灌注桩嵌入溶洞底岩层不小于1m，并沿围护桩轴线方向施做注浆帷幕钻，钻孔间距为6m（实际间距可根据桩间距的大小调整），深度为设计桩底以下5m。

若遇设计桩底位于溶洞内，或桩底与溶洞顶竖向距离≤3D(D为桩基直径)时，超前钻需穿过溶洞进入溶洞底板下中风化岩层至少1m。

当可溶岩层顶部为松散的砂性土或软弱土时，蚀裂隙、溶洞漏斗等为其提供运动通道，此时应考虑在基坑范围内进行坑底加固。

2.3基坑开挖溶处理设计要点

基坑开挖前应完成地基处理的全部内容，基坑开挖后每挖一定深度应进行物探。当物探显示地下存在土洞时，应根据土洞埋深、洞径等确定施工方案。当洞径较小时可待基坑开挖时直接挖除或挖开后回填部分土洞；当洞径较大时应探明空洞范围，凿破土洞顶部，待基坑稳定后方可施工。

有些附属埋深较浅，在采用钻探查明土洞位置后，将贯通土洞顶部的钻孔孔径扩大后下套管并沿套管预放注浆导管，然后向洞中灌砂充填，至无法再填砂时由导管注入水泥浆，直到浆液返出地面为止。

3．溶洞、异常区处理方法

1）对于洞，钻孔揭示岩溶洞穴不大于1m且无填充和半填充溶洞，以及全填充溶洞（充填物强度较低的）均直接采用纯水泥浆迸行静式灌浆。

2）对于钻孔揭示岩溶洞穴高度大于1m且无填充溶洞和半填充溶洞，灌浆一般采间歇式静压灌浆。第一次灌浆采用水泥砂浆，灌浆时间控制在20min，间歇6h后再灌第二次，第二次灌浆可采用水泥砂浆或浓浆，若在20min内仍不起压，停止灌浆，间歇6h后再灌第三次，依次类推，直到终孔为止。必要时，可在水泥砂浆或水泥浆中适当添加速凝剂。

3）对于洞径大于6m特大型无填充溶洞，需上报监理工程师，并经设计单位认可后，可考虑先投砂砾石、碎石(5mm~10mm)，后采用注浆加固的方法。投碎石处理时在原钻孔附近（约0.6m）补钻四个投石孔（或根据现场情况调整投石孔数量），投石孔可相互作为出气孔。投石后，注浆加固的方法见前面的全充填处理方法。投石管建议采用钢套管，投石孔的大小也可由施工单位根据现场施工情况进行调整，达到填石目的即可。

4）对通过物探手段发现的异常区进行钻孔验证，若发现存在溶洞则根据溶洞位置、大小采取相应的处理加固方法；若没有发现溶洞，采用压力注浆的方法对钻孔进行填充加固和封孔。

结语：通过对岩溶洞穴或土洞的填充及溶洞充填物的加固处理、或封闭岩土界面形成隔水帷幕等措施，可有效防止溶洞顶板坍塌或溶蚀发育带进一步发育，从而提高永久结构的承载力和稳定性，降低溶洞坍塌而引起的地层塌陷，降低施工期间突水、突泥事件发生的机率。