摘 要：貴陽(yáng)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(wèn)題有:圍巖穩(wěn)定問(wèn)題, 涌水突泥問(wèn)題, 隱伏巖溶問(wèn)題, 地面塌陷問(wèn)題, 明挖基坑的邊坡穩(wěn)定、基坑涌水及巖溶地基穩(wěn)定問(wèn)題, 樁基及高回填地基穩(wěn)定問(wèn)題等。結(jié)合工程實(shí)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(duì)貴陽(yáng)城市軌道交通建設(shè)施工中的存在的主要巖土工程問(wèn)題進(jìn)行了探討, 并提出了針對(duì)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(wèn)題; 處理措施;作者簡(jiǎn)介：陳再謙 (1981—) , 男, 貴州天柱人, 高級(jí)工程師, 主要從事巖土工程勘察設(shè)計(jì)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(chē)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(diǎn): (1) 場(chǎng)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(chǎng)地可選擇性、調(diào)整性小;社會(huì)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(xiǎn)因素較多, 且施工周期較長(zhǎng), 工程降水、周邊工程施工、車(chē)輛荷載及地下水抽排對(duì)工程影響較大。目前, 針對(duì)地鐵巖土工程問(wèn)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(wèn)題突出, 需提出新的針對(duì)性處理措施[5-7]。貴陽(yáng)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(wèn)題有:圍巖穩(wěn)定問(wèn)題, 涌水突泥問(wèn)題, 隱伏巖溶問(wèn)題, 地面塌陷問(wèn)題, 明挖基坑的邊坡穩(wěn)定、基坑涌水及巖溶地基穩(wěn)定問(wèn)題, 樁基及高回填地基穩(wěn)定問(wèn)題等。本文結(jié)合工程實(shí)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(duì)貴陽(yáng)城市軌道交通建設(shè)施工中存在的主要巖土工程問(wèn)題進(jìn)行探討。

　　1.1 圍巖穩(wěn)定問(wèn)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(qiáng)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(kāi)裂、地下管線破損等問(wèn)題, 影響較大。隧道開(kāi)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(kāi)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(chǎng)區(qū)地下水的重分布。一般說(shuō)來(lái), 洞室開(kāi)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(kāi)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(hù)法、對(duì)頂支撐法、灌漿法等。

　　1.1.2 工程實(shí)例分析及處理措施

　　貴陽(yáng)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(jiàn)圖1。隧道拱頂坍塌情況見(jiàn)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(yàn)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(dá)80%, 則判定注漿效果達(dá)標(biāo);若達(dá)不到, 應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)孔注漿。處理后取芯結(jié)果顯示, 掌子面紅粘土強(qiáng)度明顯改善, 效果較好 (見(jiàn)圖3) , 顛覆了“紅粘土不宜采用注漿方式進(jìn)行加固”的認(rèn)識(shí)。

　　1.2.1 涌水量預(yù)測(cè)

　　隧道涌水突泥是由于隧道掘進(jìn)破壞了含水層結(jié)構(gòu), 使水動(dòng)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(chǔ)存能量以泥水流體高速運(yùn)移形式瞬間釋放, 而產(chǎn)生一種動(dòng)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(qiáng)預(yù)防、預(yù)報(bào)手段及應(yīng)急處理措施。目前, 貴陽(yáng)地區(qū)巖溶隧道或基坑涌水量預(yù)測(cè)主要采取徑流模數(shù)法、降雨入滲法以及水動(dòng)力學(xué)法等3種。針對(duì)巖溶山區(qū)地鐵隧道涌水量計(jì)算, 采取徑流模數(shù)法、降雨入滲法較水動(dòng)力學(xué)法預(yù)測(cè)基坑/隧道涌水更為合理。分析其原因, 水動(dòng)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(chǔ)水及過(guò)水通道, 其含水介質(zhì)具有不均勻性的特點(diǎn), 出水狀況為股狀或線狀。同一場(chǎng)區(qū)內(nèi)通過(guò)抽水試驗(yàn)確定滲透系數(shù)k值時(shí), 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(cè)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(chǎng)區(qū)滲透率k值測(cè)試結(jié)果離散性大, 代表性差, 水動(dòng)力學(xué)法預(yù)測(cè)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(shí), 采取直接通過(guò)。 (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(shí), 采取先通過(guò)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(shí), 采取超前管棚支護(hù)先通過(guò)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(duì)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(shí)例分析及處理措施

　　工程實(shí)例1。貴陽(yáng)市某地鐵暗挖隧道埋深約20 m, 開(kāi)挖到一定里程后出現(xiàn)隧道涌水 (見(jiàn)圖4) 。場(chǎng)區(qū)位于黔靈湖向斜核部以西, 匯水面積達(dá)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(shí)例2。貴陽(yáng)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(jiàn)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(qiáng)溶蝕帶, 豎向裂隙強(qiáng)發(fā)育。事故發(fā)生后, 及時(shí)進(jìn)行原因調(diào)查, 采取物探、試驗(yàn)及水文地質(zhì)測(cè)繪等手段, 對(duì)場(chǎng)區(qū)巖溶、周邊水源、水質(zhì)進(jìn)行分析, 得到事故發(fā)生的原因。原因分析: (1) 地表自來(lái)水、雨污水管損壞漏水, 對(duì)土體長(zhǎng)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(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào), 加強(qiáng)掌子面前方灌漿, 采用冷開(kāi)方式掘進(jìn)。

　　實(shí)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(kāi)挖時(shí)才能確定其具體位置、規(guī)模及充填情況。巖溶區(qū)隧道開(kāi)挖后地基往往會(huì)遇到溶洞, 出現(xiàn)地基不均勻問(wèn)題, 需對(duì)溶洞進(jìn)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(kāi)挖遇到底板溶洞時(shí), 應(yīng)采用洞內(nèi)鉆探結(jié)合跨孔CT的方式進(jìn)行補(bǔ)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(duì)性進(jìn)行處理。隱伏巖溶處理方案:鑿開(kāi)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(wèn)題及處理措施

　　2.1.1 邊坡主要問(wèn)題

　　主要問(wèn)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(duì)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(kāi)挖后, 需分層及時(shí)支護(hù), 同時(shí)注意排水。貴州地區(qū)廣布紅粘土, 紅粘土基坑邊坡支護(hù)不當(dāng), 很容易引發(fā)圓弧滑動(dòng)等邊坡失穩(wěn)問(wèn)題。巖質(zhì)邊坡主要破壞模式為順層面滑動(dòng)、楔形體滑動(dòng)及傾倒破壞。順層面滑動(dòng)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(gè)不連續(xù)面發(fā)生的巖塊的滑動(dòng)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(shí)。

　　2.1.2 工程實(shí)例及處理措施

　　貴陽(yáng)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(hù), 邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)破壞 (見(jiàn)圖6) ;貴陽(yáng)市地鐵某車(chē)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(hù), 產(chǎn)生楔形體破壞 (見(jiàn)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(hù)樁+內(nèi)支撐”的支護(hù)體系 (見(jiàn)圖8) , 實(shí)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(hù)樁+內(nèi)支撐”的支護(hù)體系 下載原圖2.2 涌水問(wèn)題及處理措施

　　2.2.1 涌水問(wèn)題

　　明挖基坑涌水量計(jì)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(jì)算方法, 可參照相關(guān)規(guī)范計(jì)算。

　　2.2.2 工程實(shí)例及處理措施

　　工程實(shí)例1。貴陽(yáng)市地鐵某車(chē)站出現(xiàn)基坑涌水 (見(jiàn)圖9) , 最大涌水量達(dá)9 L/s。通過(guò)對(duì)場(chǎng)區(qū)周邊水文地質(zhì)測(cè)繪及水質(zhì)分析得到分析剖面 (見(jiàn)圖10) 。分析表明, 施工期降水對(duì)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(guò)采取相應(yīng)工程措施 (對(duì)隧道或車(chē)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(duì)周邊水環(huán)境不會(huì)構(gòu)成影響。工程實(shí)例2。貴陽(yáng)市地鐵某車(chē)站基底出現(xiàn)巖溶泉眼, 2016年7月14日基坑開(kāi)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(zhǎng)約1.1 m, 寬約0.4 m, 水量約30 L/s。泉眼涌水造成車(chē)站基坑被淹, 對(duì)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(duì)巖溶場(chǎng)地地下水判定容易出現(xiàn)誤差或錯(cuò)誤, 進(jìn)而導(dǎo)致地下水位及其承壓性判斷不準(zhǔn), 引發(fā)施工問(wèn)題或事故, 這種問(wèn)題很難應(yīng)對(duì)但卻又十分重要, 這就要求在正確判定場(chǎng)區(qū)地下水的同時(shí), 要分析周?chē)乇硭皫r溶管道的影響, 對(duì)場(chǎng)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(jìn)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(chǎng)區(qū)的地下水位。

　　某車(chē)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(duì)泉眼水流進(jìn)行引排;如不滿足, 則對(duì)泉眼進(jìn)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(wèn)題及處理措施

　　地鐵建設(shè)場(chǎng)區(qū)往往屬于二次開(kāi)發(fā)場(chǎng)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(chǎng)區(qū)地基均勻性差, 出現(xiàn)不均勻沉降等問(wèn)題, 工程建設(shè)需要進(jìn)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(wèn)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(jìn)行處理, 一般對(duì)上部采取清除軟塑粘土后用級(jí)配碎石換填處理, 對(duì)隱伏溶洞采取鉆孔注漿處理措施, 對(duì)上部結(jié)構(gòu)采取加強(qiáng)結(jié)構(gòu)底板配筋, 以增強(qiáng)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(wèn)題主要有:機(jī)械成孔樁往往無(wú)法驗(yàn)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(hù)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(jìn)行回填, 導(dǎo)致工后沉降及差異沉降超標(biāo), 進(jìn)而需對(duì)其進(jìn)行地基處理。應(yīng)加強(qiáng)過(guò)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(wèn)題復(fù)雜且不盡相同, 應(yīng)重視地質(zhì)調(diào)繪, 加強(qiáng)宏觀分析判斷, 采取綜合勘察手段開(kāi)展巖土工程勘察工作。鑒于貴陽(yáng)市地鐵建設(shè)工程的特點(diǎn)及巖土工程問(wèn)題, 應(yīng)對(duì)工程風(fēng)險(xiǎn)采取全過(guò)程控制, 施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)如紅外探測(cè)、地質(zhì)雷達(dá)、超前鉆孔等, 變形監(jiān)測(cè)與檢測(cè)工作, 加強(qiáng)工程施工風(fēng)險(xiǎn)的管控、預(yù)測(cè)及預(yù)報(bào)工作, 最大限度降低施工風(fēng)險(xiǎn)。暗挖法主要有淺埋隧道穩(wěn)定問(wèn)題、隧道涌水突泥及其對(duì)周邊環(huán)境的影響問(wèn)題、地基隱伏巖溶問(wèn)題等。處理建議:加強(qiáng)初期支護(hù), 必要時(shí)可對(duì)掌子面前方地層進(jìn)行固結(jié)或帷幕注漿, 仰拱填充前進(jìn)行地基檢測(cè)及系統(tǒng)堵排水。明挖法主要有邊坡穩(wěn)定問(wèn)題、基坑涌水涌泥及其對(duì)周邊環(huán)境的影響問(wèn)題、地基穩(wěn)定問(wèn)題等。處理建議:采用“圍護(hù)樁 (必要時(shí)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(jì)要求進(jìn)行。

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