桂林
【摘 要】为解决广州地铁五号线(草暖公园-小北站区间)盾构施工难题,采取以钻探为主,高密度电阻率法进行地面物探,总体探查溶洞分布情况;利用电磁波对部分加密深孔进行CT剖切面勘查,判断溶洞边界;结合溶洞注浆孔布置,进行加密钻孔,直观掌握溶洞及充填物状况,合理确定并实施了溶洞处理方案.采用了分区及跳注方法进行溶洞处理,通过盾构掘进参数优化组合和碴样分析等手段,实现盾构信息化施工.盾构施工方案有效地防治了地面沉陷,确保了盾构顺利通过溶洞,为岩溶地区地铁盾构隧道工程提供借鉴经验. 【期刊名称】《桂林理工大学学报》
【年(卷),期】2008(028)003
【总页数】6页(P324-329)
【关键词】地铁盾构隧道;设计施工;技术研究;岩溶地区
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【作 者】桂林
【作者单位】中山大学,地下工程与信息技术研究中心,广州,510275;广州市地下铁道总公司,广州,510380贵阳花溪旅游景点
【正文语种】中 文
【中图分类】U455.43
0 引 言
广州市濒临南海，地处珠江三角洲北端，地势东北部高西南部低，地形地貌有平原、残丘、谷地、台地等，地层基岩中有大量石灰岩岩溶存在。广州西部及北部在区域地质上属于广花凹陷，沉积了巨厚的石灰岩建造。根据已有工程地质资料，灰岩主要分布在广州西部的大坦沙、北部的嘉禾至新机场一带，有晚古生代泥盆系、石炭系石磴子段(C1dz)、石炭系壶天(C2+3ht)、二叠系栖霞组(P1q)；中生代三叠系大冶组(T1d)、侏罗系金鸡组(J1j)及新生代古近系莘庄村组(E1-2)。岩性为灰岩、白云质灰岩，质纯、层厚且岩性坚硬，特别是石炭系石磴子段、石炭系壶天及古近系莘庄村组岩溶较发育。
至2010年，广州共计划建成城市地铁隧道255 km，地铁五号线、六号线、二号线北延段、三号线北延段通过大面积的岩溶隐伏区。盾构掘进施工时会引起岩溶水和泥沙大量涌入隧道，产生涌水、突水工程事故，并导致产生地面塌陷和盾构机陷落事故。岩溶对工程施工的安全、质量、工期、投资等均造成不利影响。对于该地层中城市地铁隧道工程设计施工技术的研究，具有重大的现实意义。
本文结合广州地铁五号线(草暖公园—小北站区间)，国内首例盾构通过溶岩地区的设计及施工，深入分析研究岩溶地区城市地铁盾构隧道的设计施工技术，以期得出有实际意义的研究成果。
1 工程概况
广州地铁五号线(草暖公园—小北站区间)，盾构隧道工程，西起于草暖公园东端，经过解放北路，沿环市中路，大致呈东偏南方向行进，下穿越秀山，进小北站。
隧道右线起讫里程为YDK7+760.050～YDK9+442.476，总长度1 682.426 m；隧道左线起讫里程为ZDK7+757.962～ZDK9+446.476，总长度1 680.163 m(短链长度8.351 m)。盾构掘进总长度3 362.589 m，左右线间距11.81～34.45 m。
区间线路纵坡为V形节能坡，最大坡度18‰。隧道最大覆土厚度58 m(越秀山位置)， 最小16 m(雅阁花园位置)。
1.1 工程地质及水文地质概况
1.1.1 岩土分层及特征 本区间穿越的地层主要有上古生界石炭系、中生界侏罗系和白垩系、新生界第四系以及燕山期侵入岩。主要为：人工填土层〈1〉、 冲积—洪积粉细砂层〈3-1〉、 冲积—洪积中粗砂层〈3-2〉、 冲积—洪积粘性土层〈4-1〉、 河湖相淤泥质土层〈4-2〉、 坡积土层〈4-3〉、 残积土层〈5-1〉、 〈6〉碎屑岩岩石全风化带、 〈6H〉花岗岩岩石全风化带、 〈7〉碎屑岩岩石强风化带、 〈7H〉花岗岩岩石强风化带、 〈8〉碎屑岩岩石中等风化带、 〈8C-2〉石灰岩岩石中等风化带、 〈8H〉花岗岩岩石中风化带、 〈9〉碎屑岩岩石微风化带、 〈9H〉花岗岩岩石微风化带、 〈9C-2〉石灰岩岩石微风化带。
1.1.2 区间特殊地质构造 本区间穿越二束广从断裂F1、F2。广从断裂总体产状NE20°～50°，倾向NW，倾角40°～70°。与线路近垂直相交，隧道全断面通过。穿越长度约15 m，局部达30 m。
在F1、F2两断裂带间地石炭系灰岩地层149.105 m(YDK7+903.505～YDK8+052.610)范围内，详勘阶段有7个钻孔揭示存在溶洞。其溶蚀空洞和溶洞大部分在盾构隧道之中或隧道洞身上下部，为潜在不良地质。
白天鹅宾馆1.1.3 水文地质 本区间的地下水类型主要分为第四系冲积层孔隙水，层状基岩裂隙水、块状基岩裂隙水，碳酸盐岩裂隙溶洞水。区间大气降水和地表水体(越秀湖)是地下水的主要补给来源，排泄主要表现为大气蒸发，地下水位受季节的影响明显。地下水及地表水对混凝土结构无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
1.2 工程设计施工中难点问题
本区间在广从断裂控制范围的石灰岩分布地段，岩溶较发育，溶洞埋藏较浅(埋深6.90 m)，且溶洞上部与冲积砂层接触。盾构隧道遇溶洞时，会产生突水、突泥现象，并导致产生地面塌陷和盾构机陷落事故。
在岩溶地层中采用盾构法施工在国内外尚属首次。只有作好3个方面工作：溶洞的空间分布、大小及充填情况探明；溶洞处理；盾构机掘进施工，才能确保施工及运营安全。
2 溶洞探明
为确保探明溶洞的分布与填充状况，在工程初勘和详勘工作成果基础上，采用以钻探为主，多种方法联合运用、相互印证的综合探测方案。首先，采用高密度电阻率法进行地面物探，总体探查溶洞分布情况。然后在地面物探工作基础上，利用部分加密钻孔，采用电磁波深孔CT剖切面勘查，判断溶洞边界。最后，结合溶洞注浆孔布置，进行加密钻孔，直观掌握溶洞及充填物状况。
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2.1 高密度电阻率法物探
对YDK7+880～YDK8+035范围内纵向进行探测，共设计物探剖面6条，剖面长均为177 m(详见图1)。每条剖面均有2个基点控制。
勘察的结果表明，本区地下有4处岩溶发育区。据其成果将勘察范围划分为5个区域单元进一步深入勘察。
2.2 电磁波深孔CT物探
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在DK7+982～DK8+041范围内进行了跨孔电磁波法(简称跨孔CT法)探测工作。完成了与隧道交角约为70°的22条CT剖面的探测，另外在异常复杂地段又增加了5条剖面，共计完成27条CT剖面的探测，基本上查明了CT剖面上岩溶等不良地质现象的分布情况(图2)。
CT相邻孔对间距5 m，孔深35 m，各CT钻孔的终孔高程一般应基本一致，若在预定终孔深度处为溶洞时，钻孔深入溶洞底板3 m，孔径不小于75 mm。发射孔与接收孔的间距26.1 m，定点发射点数5个，各探孔内的动点观测间距为1.0 m，出现的异常特征加密定点发射点距与点数，实测探测点11 137个。
图1 高密度电阻率法探测溶洞分布图Fig.1 Distribution chart detected by high density resistivity method
图2 CT孔对布置图Fig.2 Plan layout of inter-hole CT
采用跨孔电磁波透视对隐伏岩溶进行探测，弥补了勘探钻孔网点稀少的不足，通过CT资料分析，即自上而下可分为土层软土CT异常带、浅部岩溶CT异常带和较深部岩溶CT异常带，岩溶发育具有竖向分带差异。较深部岩溶异常带具有异常强、规模大、呈“串珠状”竖向分布等特点。
为尽可能利用钻探孔，在每个区域单元内应先钻外侧两列的孔并进行孔间跨孔CT物探，而后按一般钻孔的顺序进行。
2.3 补充钻孔勘探
在勘察区域内， 分别在距离左右线隧道外侧3 m处、 区间隧道中线上和左右两隧道中间位置布置5列、25排钻孔。每一排钻孔的间距约为5 m，布孔124个(其中技术孔37个)，共计钻孔长度4 109 m(图3)。因隧道底板埋深22.86～24.30 m，位于左右线区间隧道中心线位置的两列钻孔设计深度原则为35 m，另外3列钻孔设计深度原则为30 m，有溶洞的钻孔要钻至溶洞底下2～3 m。
在钻探施工过程中，准确、详细记录异常现象(如缩孔、坍孔、漏水、冒水、掉钻及遇到洞穴等)及其发生的位置和严重程度，描述溶洞空间大小、分布等。
将勘察到有溶洞的钻孔作为技术孔，采取土样37件、岩样22件、水样2件、标贯试验111次、测量地下水位248次，并抽水试验估算溶洞水流量。
编制了详细的勘察报告：纵剖面图5个、横剖面图24个、投影图2个(隧道顶3 m至隧道顶，
隧道底至隧道底5 m)，并作平切面图7个(隧道上3 m，隧道顶、中、底，隧道下1、3、5 m)。
霍尔果斯天气预报图3 补充钻探钻孔布置图Fig.3 Plan layout of complementarity drilling hole
