复杂岩溶地层地铁暗挖施工技术

内容提要：大连地铁一期工程207标段包含一站两区间，全部采用暗挖爆破法施工，围岩地质以石灰岩和泥灰岩为主，岩溶分布于全线段，溶沟、溶槽、溶隙及溶洞等发育强烈，存在较好的连通性，地层具有地质变化快、地下水量丰富等特点。通过钻孔补勘、物探等地质预报手段尽可能探明地质水文状况，利用堵、降、排、抽措施处理地下水，调整爆破参数、缩小开挖进尺和局部先支护等控制手段，安全平稳推进工程，同时总结岩溶地层地铁暗挖施工的工艺流程和施工措施的具体参数。
关键词：地铁暗挖岩溶地质预报松动爆破注浆

1、工程概况

大连地铁一期工程207标段在线路调整后包括一站两区

摘自：论文查重站www.udooo.com

间，起止里程为DK9+097.428～ DK11+666.35，线路全长约2560m，分别为松东区间、东纬路站、东春区间，其中车站长166.7m，东春区间设大跨段90m。本工程全部采用暗挖爆破法施工，共设施工竖井8座，其中松东区间设2座，东纬路站设3座，东春区间设3座，施工方法主要有PBA法、双侧壁法、CRD法、台阶法。
地面地势起伏较大，地面高程48.58m～6.98m，松东区间隧道拱顶覆土最大31.5m，最小17.5m，东纬路站拱顶覆土最大9.5m，最小3.9m，东春区间隧道拱顶覆土最大20.4m，最小11.7m。车站和区间隧道主要位于全、强风化石灰岩、泥灰岩层中，不良地质主要为岩溶和断层，围岩遇水软化，极易变形、坍塌，易产生突水、突泥、坍塌现象。线路穿越的构建筑物有铁路、暗河、楼房、电塔、自来水管线等。

2、地质状况

根据勘察报告资料揭示，本工程的主要地质类型有第四系人工堆积层(Q4ml)、第四系中更新统残积层(Q2el)、第四系中更新统冰碛层(Q2gl)、下伏震旦系震旦系南关岭组泥灰岩层(Zwhn)、五行山群甘井子组白云质灰岩(Zwhg)、中生代燕山期辉绿岩(βμ)，同时大量的岩溶存在于石灰岩和泥灰岩中。
勘察沿线岩溶发育情况：分布于全线段、发育数量多、大小岩溶构造形态均有发育、垂向分布规律不明显，多数岩溶呈充填或半充填状态，充填物多为粘土、红粘土及灰岩碎屑，呈流塑、软塑、可塑状态。岩面起伏变化大，岩层浅部溶沟、溶槽、溶隙及溶洞等发育强烈，溶洞存在串珠状分布的特点。勘察时遇孔率达50%，岩溶发育程度为中等。
岩溶的连通性主要取决于灰岩的构造裂隙的发育程度和发育组合，同时与岩溶的发育强度、形态、空间分布规律、充填程度等因素有关。在钻孔勘察时存在钻进中大量漏水、岩芯节理裂隙发育、部分钻孔岩溶发育形式呈串珠状等现象，可基本判断本工程的岩溶的连通性总体上较好。
结合补勘、物探结果，实际揭示的掌子面地质状况主要的表现形式为：半土半岩、孤石形态、土石互层、溶蚀夹层、上岩下土、上土下岩、暗河、充填碎屑、空洞、全填充地层、涌水等类型，施工时产生的现象为超挖、掉块、坍塌、涌水突泥。

3、水文状况

本标段全线地下水按赋存条件主要为基岩裂隙水，基岩裂隙水主要赋存于基岩风化裂隙和溶洞、溶隙中，汇水面积大，水量丰富，略具承压性，稳定地下水位高，年水位变幅均约1～3m。部分溶洞充填粘土、全风化和强风化灰岩碎屑，部分溶洞为半充填，个别为空洞，形成很好的地下水联系通道，给隧道施工和工程降水带来较大困难。目前实际施工揭示出的地下水量多数竖井达到500m3/h，其中东春区间2#竖井达到1000m3/h。

4、施工技术措施

大连地铁一期工程207标段位于岩溶发育区域，地质复杂多变，地下水极其丰富，通过长时间的探索和试验，结合专家意见，针对大连地铁复杂岩溶地层的暗挖施工，必须遵循先探测后处理再开挖的综合治理原则，确保施工阶段和运营阶段的工程安全。复杂岩溶地层地铁暗挖施工总体思路为：（1）岩溶及地下水探测主要采用高密度电法、地质雷达、地质钻孔以及地质CT综合探测；（2）处理的措施为堵、降、排、抽综合治理，主要为地表注浆和洞内注浆填充和止水，同时在岩溶富水区布设降水井，剩余的少量地下水在洞内进行引排；（3）施工时在洞内打设地质超前探孔进一步确认地质状况，严格按管超前、短进尺、松动爆破、快支护的原则进行开挖支护。

4.1施工原则

（1）探明结构边线外3m范围内地表至隧底6m间的溶洞发育情况；
（2）影响施工安全及对后期运营有影响的溶洞必须处理；
（3）有条件地面处理的溶洞，先地面注浆处理溶洞，再设降水井降水，后暗挖掘进。
首先，通过对施工影响范围内的溶洞处理，确保暗挖施工时顺利通过溶洞区，避免涌水、突泥、沉陷等意外事故的发生。其次，通过对岩溶地段处理，提高该处地层的承载力，减小不同地层之间的差异沉降，减少砼结构不均匀沉降产生的裂缝而导致的渗漏水情况，以满足地铁正常运营。

4.2施工流程

地铁暗挖施工具有不可预见性，施工时需充分考虑地质、地下水风险，以便采用安全的技术措施，因此在在复杂岩溶地层施工时更要充分了解水文地质状况，同时严格按施工流程进行操作，以避免大量人员、机具设备的窝工和闲置。复杂岩溶地层地铁暗挖施工流程如图一所示。

4.3岩溶探测

4.

3.1高密度电法+地质雷达法

高密度电法和地质雷达法均可用于探测断层、溶洞和空洞、富水带等不良地质体，蓝色区域代表低电阻介质，红色区域代表高阻介质，其他区域为介于高阻与低阻之间介质。受接受线体影响，高密度电法适用于人行道处，在跨路段一般采用地质雷达法。主要优点是时间短、速度快。
高密度电法是指通过电极阵列排列方式来观测人工建立的地下稳定电流场的分布规律，进而可以实现目标体探测的一种电阻率法。主要采用国产WDA-1直流电法仪，布点距离4m，高密度电法探测成果图为视电阻率等值线断面图。
地质雷达法是利用高频电磁波束的反射来探测地质目标的一种电磁类地球物理方法。地质雷达SIR-3000利用超高频电磁波探测地下介质分布，工作时发射天线向地下发射高频电磁波，当遇到电性差异（介电常数、导电率等）的地层界面或目标体时，部分电磁波能量产生反射，被接收天线所接收，另一部分能量则透过界面继续向下传播，并在更深处的界面上产生反射，这样即可得到测点上随时间变化的反射波信号，根据介质电性差异的反射影像特征即可再现地下介质的分布形态。
两种地质探测方法形成的成果如下图所示：
高密度电法成果图示 地质雷达法成果图示
4.

3.2地质钻孔+地质CT

地质钻孔是地质补勘手段，钻探使用XY-100型钻机，采用冲击加回转及套管、泥浆护壁、合金与金刚石相结合的钻进方法，开钻前人工挖掘2.0-3.m探坑，确认孔位处无地下管线等障碍物及地上障碍物后，钻机就位，开钻。岩芯按顺序放于岩芯箱内，及时鉴定、记录，并用数码相机逐孔逐箱拍摄记录。勘探孔沿岩溶发育区段左右线隧道两侧，隧道外边线外侧3-4m和左右线隧道中间，布置3条勘探线，沿勘探线按纵向间距6m布置钻孔，勘探孔深度钻至地铁隧道底板下6m。
地质CT是一种超高密度电法，是一种电阻率层析成像技术，原理同高密度电法，但比常规高密度电法省时。采用的仪器是FlashRES 64多通道超高密度地面／井地／井井直流电法勘探系统，测线方向主要是横切地铁走向，利用位于地铁两边的钻孔开展跨孔电阻率CT探测，有效宽度为25m。跨孔电阻率CT探测时，两个钻孔中分别放入两根带有32个电极的电缆，电极间距为1m，根据钻孔的深度，可选择参与数据采集所需电极的数量，布设井下电极阵，进而观测跨孔间的电流、电压数据，最后反演获得两井之间的电阻率分布断面图。