摘 要：貴陽城市軌道交通工程以地下線為主, 少量高架線及地面線, 施工中存在的主要巖土工程問題有:圍巖穩(wěn)定問題, 涌水突泥問題, 隱伏巖溶問題, 地面塌陷問題, 明挖基坑的邊坡穩(wěn)定、基坑涌水及巖溶地基穩(wěn)定問題, 樁基及高回填地基穩(wěn)定問題等。結(jié)合工程實踐, 從暗挖隧道、明挖基坑、樁基及高回填地基這3種形式入手, 對貴陽城市軌道交通建設(shè)施工中的存在的主要巖土工程問題進行了探討, 并提出了針對性的處理措施。關(guān)鍵詞：城市軌道交通工程; 巖溶; 巖土工程問題; 處理措施;作者簡介：陳再謙 (1981—) , 男, 貴州天柱人, 高級工程師, 主要從事巖土工程勘察設(shè)計及研究工作;

　　0 引言

　　城市軌道交通工程各建 (構(gòu)) 筑物施工方法不盡相同。其中, 車站主要為明挖法、暗挖法以及蓋挖法;區(qū)間主要為暗挖法、明挖法以及盾構(gòu)法;附屬建筑物 (出入口、風(fēng)井等) 主要為明挖法、蓋挖法等。各建 (構(gòu)) 筑物施工方法的選擇, 主要根據(jù)各建 (構(gòu)) 筑物結(jié)構(gòu)特征、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、工程周邊環(huán)境等因素綜合考慮。與傳統(tǒng)的市政工民建巖土工程相比, 城市軌道交通工程建設(shè)有明顯不同的特點: (1) 場地周邊環(huán)境條件復(fù)雜, 一般穿行于城市人口密度大、高層或超高層建筑集中、交通繁忙的城區(qū);市政設(shè)施和地下管線密集, 場地可選擇性、調(diào)整性小;社會因素復(fù)雜。 (2) 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件復(fù)雜, 填土、粘土較多, 地基均勻性差, 貴州地區(qū)可溶巖發(fā)育, 巖溶及水文地質(zhì)條件復(fù)雜, 紅粘土廣布, 其工程性質(zhì)受含水率影響較大。 (3) 工程安全風(fēng)險因素較多, 且施工周期較長, 工程降水、周邊工程施工、車輛荷載及地下水抽排對工程影響較大。目前, 針對地鐵巖土工程問題已經(jīng)有了較為全面的研究[1-4], 但西南地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜, 巖溶發(fā)育, 紅粘土廣布, 有其自身的特殊性, 各類巖土工程問題突出, 需提出新的針對性處理措施[5-7]。貴陽城市軌道交通工程以地下線為主, 少量高架線及地面線, 施工中存在的主要巖土工程問題有:圍巖穩(wěn)定問題, 涌水突泥問題, 隱伏巖溶問題, 地面塌陷問題, 明挖基坑的邊坡穩(wěn)定、基坑涌水及巖溶地基穩(wěn)定問題, 樁基及高回填地基穩(wěn)定問題等。本文結(jié)合工程實踐, 從暗挖隧道、明挖基坑、樁基及高回填地基這3種形式入手, 對貴陽城市軌道交通建設(shè)施工中存在的主要巖土工程問題進行探討。

　　1.1 圍巖穩(wěn)定問題及處理措施

　　1.1.1 圍巖穩(wěn)定性

　　地鐵隧道拱頂多位于強風(fēng)化基巖或覆蓋層內(nèi), 有些甚至全斷面位于覆蓋層內(nèi), 隧道圍巖穩(wěn)定性差, 一旦隧道圍巖失穩(wěn)坍塌, 可能導(dǎo)致路面沉降、塌陷、房屋開裂、地下管線破損等問題, 影響較大。隧道開挖引起的圍巖應(yīng)力狀態(tài)的重大變化一般在隧道周邊一定范圍之內(nèi), 一般為地下洞室橫剖面最大尺寸的3~5倍, 隧道開挖使圍巖的性狀發(fā)生很大變化。促使圍巖力學(xué)狀態(tài)發(fā)生變化的因素除卸荷回彈及應(yīng)力重分布外, 還有場區(qū)地下水的重分布。一般說來, 洞室開挖后, 如果圍巖巖體承受不了卸荷回彈應(yīng)力或重分布應(yīng)力的作用, 圍巖將發(fā)生變形甚至破壞, 這種變形或破壞通常是從洞室周邊, 特別是從壓力或拉應(yīng)力集中的部位開始, 而后逐步向圍巖內(nèi)部發(fā)展的。隧道圍巖失穩(wěn)的主要處理措施有噴錨法、支護法、對頂支撐法、灌漿法等。

　　1.1.2 工程實例分析及處理措施

　　貴陽市地鐵某隧道覆蓋層為8~17 m, 下伏基巖為三疊系下統(tǒng)大冶組 (T1d) 灰色、深灰色薄至中厚層狀灰?guī)r, 隧道拱頂埋深8~10 m, 地下水位埋深3.2~9.0 m, 基覆界面處溶槽溶溝發(fā)育, 隧道拱頂多位于軟塑~可塑狀紅粘土層, 日涌水量約4 000 m3, 拱頂多處出現(xiàn)塌方。隧道地質(zhì)剖面示意見圖1。隧道拱頂坍塌情況見圖2。復(fù)核處理措施:采取“地表+洞內(nèi)”固結(jié)灌漿。注漿結(jié)束后, 取芯驗證注漿效果, 若檢查孔不坍孔, 不涌泥, 涌水量小于0.2 L/min, 漿液填充率達80%, 則判定注漿效果達標(biāo);若達不到, 應(yīng)進行補孔注漿。處理后取芯結(jié)果顯示, 掌子面紅粘土強度明顯改善, 效果較好 (見圖3) , 顛覆了“紅粘土不宜采用注漿方式進行加固”的認(rèn)識。

　　1.2.1 涌水量預(yù)測

　　隧道涌水突泥是由于隧道掘進破壞了含水層結(jié)構(gòu), 使水動力條件和圍巖力學(xué)平衡狀態(tài)發(fā)生急劇改變, 造成地下水體所儲存能量以泥水流體高速運移形式瞬間釋放, 而產(chǎn)生一種動力破壞現(xiàn)象。巖溶地區(qū)隧道涌水往往具有突發(fā)性、破壞性、難以預(yù)防等特征, 施工單位應(yīng)引起特別重視, 加強預(yù)防、預(yù)報手段及應(yīng)急處理措施。目前, 貴陽地區(qū)巖溶隧道或基坑涌水量預(yù)測主要采取徑流模數(shù)法、降雨入滲法以及水動力學(xué)法等3種。針對巖溶山區(qū)地鐵隧道涌水量計算, 采取徑流模數(shù)法、降雨入滲法較水動力學(xué)法預(yù)測基坑/隧道涌水更為合理。分析其原因, 水動力學(xué)法基本假設(shè)條件是土體為均勻含水介質(zhì), 有穩(wěn)定的地下水位, 為面狀涌水, 與沖積平原地質(zhì)條件較為吻合。而巖溶山區(qū)一般是上部紅粘土、下部碳酸鹽巖的地層結(jié)構(gòu), 上部紅粘土為不透水層, 下部碳酸鹽巖巖體裂隙或巖溶管道是主要的儲水及過水通道, 其含水介質(zhì)具有不均勻性的特點, 出水狀況為股狀或線狀。同一場區(qū)內(nèi)通過抽水試驗確定滲透系數(shù)k值時, 隨著局部巖體孔隙、孔洞發(fā)育情況而差別很大, 即巖體完整性較好的抽水孔滲透率測試值極小, 而巖體裂隙發(fā)育處, 滲透率則較高, 如抽水孔恰好位于充水型巖溶管道處, 則滲透率極大。由于同一場區(qū)滲透率k值測試結(jié)果離散性大, 代表性差, 水動力學(xué)法預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確性自然較差。根據(jù)隧道涌水段所處的位置不同, 施工中按不同區(qū)段分別采用不同的處理方案: (1) 完整巖體區(qū)段。結(jié)構(gòu)性能可保證施工安全, 但大面淌水且流量小于控制排水量時, 采取直接通過。 (2) 較完整巖體區(qū)段。結(jié)構(gòu)性能可保證施工安全, 但大面淌水且流量大于控制排水量時, 采取先通過后注漿堵水。 (3) 小段落的巖層破碎帶、次斷層構(gòu)造帶區(qū)段。大面淌水且流量大于控制排水量時, 采取超前管棚支護先通過后注漿堵水。 (4) 大段落的巖層破碎帶、斷層構(gòu)造帶區(qū)段。極易產(chǎn)生集中涌水地段, 根據(jù)對施工的影響程度不同, 分別采取不同的超前注漿措施。

　　1.2.2 工程實例分析及處理措施

　　工程實例1。貴陽市某地鐵暗挖隧道埋深約20 m, 開挖到一定里程后出現(xiàn)隧道涌水 (見圖4) 。場區(qū)位于黔靈湖向斜核部以西, 匯水面積達約30km2, 自西向東穿越三疊系中統(tǒng)楊柳井組 (T2yl) 、改茶組 (T2gc) 、上統(tǒng)三橋組 (T3sq) 、二橋組 (T3e) 、侏羅系下統(tǒng)自流井群 (J1zl) 地層, 地處富水、透水地層與隔水地層分界部位。事故發(fā)生后, 采取洞內(nèi)全斷面帷幕注漿, 效果較好。

　　圖4 隧道涌水 下載原圖工程實例2。貴陽市某地鐵暗挖隧道發(fā)生涌水突泥導(dǎo)致上部路面塌陷, 房屋出現(xiàn)裂縫 (見圖5) , 交通、供水中斷。該隧道拱頂埋深約15 m, 地下水埋深約10 m, 覆蓋層 (紅粘土) 厚約10 m, 下伏基巖為三疊系下統(tǒng)大冶組 (T1d) 灰?guī)r, 拱頂上方基巖厚約5 m, 為強溶蝕帶, 豎向裂隙強發(fā)育。事故發(fā)生后, 及時進行原因調(diào)查, 采取物探、試驗及水文地質(zhì)測繪等手段, 對場區(qū)巖溶、周邊水源、水質(zhì)進行分析, 得到事故發(fā)生的原因。原因分析: (1) 地表自來水、雨污水管損壞漏水, 對土體長期浸泡, 惡化土體性狀; (2) 淺表層土體豎向溶蝕裂隙發(fā)育, 地下水埋深淺, 軟塑、流塑狀的紅粘土沿陡傾裂隙、溶洞涌入隧道, 引起地面塌陷。處理措施: (1) 修復(fù)沿線破損的管線; (2) 回填坍坑; (3) 加強超前地質(zhì)預(yù)報, 加強掌子面前方灌漿, 采用冷開方式掘進。

　　實際工程中, 由于勘探揭示的有限性和巖溶發(fā)育的不確定性, 很多巖溶只有在施工開挖時才能確定其具體位置、規(guī)模及充填情況。巖溶區(qū)隧道開挖后地基往往會遇到溶洞, 出現(xiàn)地基不均勻問題, 需對溶洞進行處理, 以滿足承載力及地基不均勻變形要求。隧道地基巖溶處理方式一般為換填、注漿及跨越。當(dāng)隧道開挖遇到底板溶洞時, 應(yīng)采用洞內(nèi)鉆探結(jié)合跨孔CT的方式進行補勘, 查明底板隱伏巖溶發(fā)育的深度、規(guī)模及充填特征, 以便針對性進行處理。隱伏巖溶處理方案:鑿開部分仰拱混凝土→施工穿越隱伏巖溶區(qū)的300鋼筋混凝土灌注樁→地基系統(tǒng)灌漿堵水→樁頂設(shè)置鋼筋混凝土板。

　　2 明挖基坑

　　2.1 邊坡問題及處理措施

　　2.1.1 邊坡主要問題

　　主要問題有:紅粘土邊坡、填土邊坡、基巖順層及不利結(jié)構(gòu)面組合邊坡;地下水對邊坡的穩(wěn)定性影響。紅粘土遇水軟化, 孔隙比較高, 受水的影響力學(xué)性質(zhì)變化較大, 往往呈上硬下軟的分布特征, 基覆界面往往為軟~流塑狀。基坑邊坡開挖后, 需分層及時支護, 同時注意排水。貴州地區(qū)廣布紅粘土, 紅粘土基坑邊坡支護不當(dāng), 很容易引發(fā)圓弧滑動等邊坡失穩(wěn)問題。巖質(zhì)邊坡主要破壞模式為順層面滑動、楔形體滑動及傾倒破壞。順層面滑動破壞易發(fā)生在不連續(xù)面的主節(jié)理沿相同方向發(fā)育的巖石;楔形破壞是沿2個不連續(xù)面發(fā)生的巖塊的滑動破壞形式;傾倒破壞的發(fā)生條件是劈裂面與節(jié)理面的傾斜方向相反或節(jié)理面的主向與劈裂面的主向基本相同時。

　　2.1.2 工程實例及處理措施

　　貴陽市地鐵某明挖區(qū)間底板埋深約10 m, 位于基覆分界線及地下水位線附近, 施工采用“土釘+噴混凝土”支護, 邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)破壞 (見圖6) ;貴陽市地鐵某車站基坑邊坡為順向巖石邊坡 (巖層傾角13°) , 受2組裂隙切割及地表水入滲, 施工采用“1∶1放坡+錨桿”支護, 產(chǎn)生楔形體破壞 (見圖7) 。

　　某明挖區(qū)間覆蓋層邊坡失穩(wěn) 下載原圖由于地質(zhì)條件、環(huán)境條件的復(fù)雜性, 以及變形控制的嚴(yán)格性, 明挖基坑邊坡一般采取“圍護樁+內(nèi)支撐”的支護體系 (見圖8) , 實施效果較好。

　　紅粘土邊坡及巖石楔形體邊坡失穩(wěn) 下載原圖

　　“圍護樁+內(nèi)支撐”的支護體系 下載原圖2.2 涌水問題及處理措施

　　2.2.1 涌水問題

　　明挖基坑涌水量計算一般分為均質(zhì)穩(wěn)定流地層和非均質(zhì)非穩(wěn)定流地層2種計算方法, 可參照相關(guān)規(guī)范計算。

　　2.2.2 工程實例及處理措施

　　工程實例1。貴陽市地鐵某車站出現(xiàn)基坑涌水 (見圖9) , 最大涌水量達9 L/s。通過對場區(qū)周邊水文地質(zhì)測繪及水質(zhì)分析得到分析剖面 (見圖10) 。分析表明, 施工期降水對地下水環(huán)境可能造成一定影響, 主體結(jié)構(gòu)施工完成后, 由于地下水徑流總體方向未變, 通過采取相應(yīng)工程措施 (對隧道或車站結(jié)構(gòu)底板及頂板鋪設(shè)透水材料) , 地下水位將逐漸恢復(fù), 對周邊水環(huán)境不會構(gòu)成影響。工程實例2。貴陽市地鐵某車站基底出現(xiàn)巖溶泉眼, 2016年7月14日基坑開挖至5 m (1 273.5 m高程) 出現(xiàn)泉水, 水量約20 L/s, 一直到基坑底板 (1 253.9 m高程) , 泉眼的出水量較穩(wěn)定, 底部出水口長約1.1 m, 寬約0.4 m, 水量約30 L/s。泉眼涌水造成車站基坑被淹, 對工程影響較大。原因分析:巖溶發(fā)育的復(fù)雜性以及勘察手段的局限性, 勘察期間對巖溶場地地下水判定容易出現(xiàn)誤差或錯誤, 進而導(dǎo)致地下水位及其承壓性判斷不準(zhǔn), 引發(fā)施工問題或事故, 這種問題很難應(yīng)對但卻又十分重要, 這就要求在正確判定場區(qū)地下水的同時, 要分析周圍地表水及巖溶管道的影響, 對場區(qū)鉆孔地下水位的判定要認(rèn)真結(jié)合鉆孔巖溶、巖芯完整性、裂隙發(fā)育程度分析進行取值, 選取巖溶發(fā)育、巖體較破碎的具有代表性的鉆孔穩(wěn)定水位作為場區(qū)的地下水位。

　　某車站基坑涌水 下載原圖處理措施:泉水流量較大且有一定的承壓性。泉眼水流壓力如能將水流引排至基坑上方市政雨污水管道中, 則采用50鋼管對泉眼水流進行引排;如不滿足, 則對泉眼進行注漿堵水。經(jīng)引排處理后, 情況得到一定的緩解。

　　2.3 巖溶地基穩(wěn)定問題及處理措施

　　地鐵建設(shè)場區(qū)往往屬于二次開發(fā)場地, 回填土層及地下設(shè)施分布較多, 可溶巖地區(qū)巖溶發(fā)育具有不確定性, 這些都導(dǎo)致場區(qū)地基均勻性差, 出現(xiàn)不均勻沉降等問題, 工程建設(shè)需要進行地基處理或采取適宜的基礎(chǔ)形式。某明挖埋深約10 m, 多位于基覆交界部位, 為巖土混合地基, 基底處溶縫、溶溝發(fā)育, 局部地段出現(xiàn)溶洞, 地基均勻性較差, 地基承載力要求不高, 主要是變形協(xié)調(diào)問題。溶溝溶槽采用換填法處理, 巖土交界部位采取褥墊層法處理;小型溶洞可采用跨越或回填素混凝土處理;遇大型溶洞, 應(yīng)采取物探、鉆探或釬探手段查明溶洞發(fā)育規(guī)模及范圍后進行處理, 一般對上部采取清除軟塑粘土后用級配碎石換填處理, 對隱伏溶洞采取鉆孔注漿處理措施, 對上部結(jié)構(gòu)采取加強結(jié)構(gòu)底板配筋, 以增強其整體性及剛度的處理方式。

　　3 樁基及高回填地基

　　樁基勘察應(yīng)滿足相關(guān)建筑物勘察技術(shù)要求。存在的問題主要有:機械成孔樁往往無法驗基, 故勘探深度應(yīng)滿足下臥層穩(wěn)定分析要求;樁基穿越溶洞及軟~流塑狀紅粘土層難以成孔, 可采取下鋼護筒或采用回填塊碎石 (混凝土) 處理。回填地基未按相關(guān)技術(shù)要求進行回填, 導(dǎo)致工后沉降及差異沉降超標(biāo), 進而需對其進行地基處理。應(yīng)加強過程控制。

　　4 結(jié)論及建議

　　城市軌道交通工程穿行于不同的地質(zhì)、水文單元, 沿線面臨的巖土工程問題復(fù)雜且不盡相同, 應(yīng)重視地質(zhì)調(diào)繪, 加強宏觀分析判斷, 采取綜合勘察手段開展巖土工程勘察工作。鑒于貴陽市地鐵建設(shè)工程的特點及巖土工程問題, 應(yīng)對工程風(fēng)險采取全過程控制, 施工過程中應(yīng)加強超前地質(zhì)預(yù)報如紅外探測、地質(zhì)雷達、超前鉆孔等, 變形監(jiān)測與檢測工作, 加強工程施工風(fēng)險的管控、預(yù)測及預(yù)報工作, 最大限度降低施工風(fēng)險。暗挖法主要有淺埋隧道穩(wěn)定問題、隧道涌水突泥及其對周邊環(huán)境的影響問題、地基隱伏巖溶問題等。處理建議:加強初期支護, 必要時可對掌子面前方地層進行固結(jié)或帷幕注漿, 仰拱填充前進行地基檢測及系統(tǒng)堵排水。明挖法主要有邊坡穩(wěn)定問題、基坑涌水涌泥及其對周邊環(huán)境的影響問題、地基穩(wěn)定問題等。處理建議:采用“圍護樁 (必要時咬合) +內(nèi)支撐”結(jié)合適當(dāng)?shù)亩屡潘胧痘鶓?yīng)保證基底以下足夠的勘察深度, 回填地基施工應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求進行。

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