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【摘要】岩溶是严重影响工程安全的地质灾害之一，在岩溶地区修建地铁是建设领域不断探索实践的重要课题。本文结合广州地铁二号线延长线岩溶土洞处理的工程实例，介绍了溶土洞注浆填充、桩基础地下桥法、加厚加宽主体结构底板及增加水泥搅拌桩的土墩等的工程设计与施工技术，工程风险的预防控制措施，并从经济、安全等角度阐述了各施工工法的相比较的优劣势，以期为以后的类似工程提供了一定的参考依据。
【关键词】地铁工程；岩溶处理；注浆加固；风险预控；方案优势；施工参数
Liu Guangming
(Guangzhou Metro Corpration Itd.Guangzhou 510380,China)
【Abstract】 Karst is a serious geological hazards affecting the safety of one project. How to build subway lines in the karst region is an important issue continue to exploring and practicing in the field of building. Unifies the karst soil cave processing project example of the no:2 Guangzhou subway line production ,the paper introduced the engineering design and the construction technique of Pouring the thick liquid to fill Karst soil cave, the methods of the pile foundation an underground bridge , Thickening the broaden main body structure ledger wall , increasing the cement agitation pile mound and so on, introduced the anticipatory control measure of project risk and elaborated thesuperior and inferiority comparing each construction method from Economy and security ,hoping it canprovide certain reference to the similar project later.
【Key words】 Subway project; karst caves Processing；Grouting reinforcement；The risk controls in advance ；Plan superiority and inferiority ；Construction parameter
1、工程概況及地质情况
1.1工程概况
广州地铁二号线北延段自三元里站后折返线起，向北穿过机场路，转到白云新城中轴线，设远景站，然后线路一直沿中轴线行进，于体育馆西侧设白云新城站，于会议中心西侧设新市站，旧机场北端设江夏站。之后线路折向西，穿过安华装饰材料城及黄石路，逐渐进入规划七路，于白云尚城西侧设陈田村站，于时代玫瑰园东南侧的路口设上林镇站。之后，线路下穿华南路后，于岭南新世界花园西侧设二号线终点站嘉禾站。北延段全长9.35km。
1.2工程地质及水文地质条件
1.2.1地质构造
二号线北延线路处于广花凹陷盆地东南缘，新市-嘉禾向斜的东翼。位于广从断裂以西、新市-嘉禾断裂组以东区域，南端在远景村附近被东西向的三元里断裂切断，以北东向和东西向断裂组及其交接复合为主要构造骨架。
1.2.2岩性
石炭系中上统壶天群（C2+3ht）岩性为灰白色、深灰色灰岩、硅质灰岩，岩性较单一，质较纯，岩溶发育。沿线主要分布在三元里至陈田村一带。二迭系下统栖霞组（P1q）岩性主要为灰黑色炭质灰岩，局部为炭质页岩、泥灰岩，南北走向，倾向西，倾角40～50º，与下伏基岩呈整合接触。沿线主要分布在陈田村至嘉禾一带，在三元里站后折返线至广园西路、白云新城站后和江夏站后亦有少量分布。
1.2.3水文地质条件
勘察期间揭露沿线地下水稳定水位埋深0.40～9.60m，地下水位总体变化趋势由南向北逐渐变高。地下水位随季节降水量的变化而改变，年变化幅度为2.50～3.20m。
岩溶裂隙水主要赋存于二迭系栖霞组炭质灰岩和石炭系壶天群石灰岩岩溶发育地段，其赋存条件受岩溶发育程度、形态特征、规模大小以及裂隙充填情况等因素影响，富水性和渗透性及涌水量变化较大，很不均匀。
1.2.4岩溶、土洞发育特征
岩溶：场地内无论是灰岩还是炭质灰岩地层，岩溶发育都比较强烈。从溶蚀发育深度上分析，溶蚀底板埋深在15～30m范围内的岩溶数约占岩溶总数的84%；溶蚀底板埋深超过30m的岩溶数约占岩溶总数的16%。结合区域岩溶现象的地质成因分析，沿线在勘探深度内揭露的溶蚀以表层竖向溶蚀发育为主，局部发育溶蚀深槽，下部溶蚀相对发育较差，但在纵横向总体上规律性较差，很不稳定。
土洞：土洞基本上发育在岩石层面附近，埋藏深度一般12.20～30.20m，最深达40.20m，多充填物为流塑状粉质粘土，局部为松散砂土。
2.岩溶土洞处理工程的重难点与施工风险
2.1工程的重难点
二号线北延段所处的地层溶洞和土洞分布广泛，发育强烈，且分布规律不明显。溶土洞有全填充、半填充、无填充等多种形式，溶土洞位置有全部位于结构正下方、部分位于结构下方等形式，如何有效地填充结构下的溶土洞，确保溶土洞填充的饱满率是岩溶处理的难点。因此，科学制定溶土洞注浆的范围；采用有效、经济的注浆材料；根据现场实施情况及时调整、确定注浆工艺流程，明确各项技术参数；严格控制施工过程按规程操作，实现设计意图，都是确保工程安全、高质量成功实施的关键环节。
地勘的钻探孔数量有限，结构下还可能存在着未发现的溶土洞，确保溶土洞的处理效果，确保施工过程和将来地铁运营期间的安全是岩溶处理的重点。
2.2施工中的风险分析
2.2.1基坑突水的风险
由于在施工中可能直接揭露岩溶水，引发突涌灾害，也可能当下伏土层自重不足以平衡承压水头差的时候，通过土层造成突涌灾害。虽然本工程区段岩溶水承压水头差不大，施工中不会造成毁灭性灾害，但因岩溶水管道径流较通畅，水量较充沛，且往往夹带泥沙，可淹埋基坑造成施工困难；而且，由于水位下降漏斗范围内可引发地面塌陷或沉降，造成周边房屋开裂甚至倒塌，道路管线的错裂破损；还有地表水、污水下渗污染岩溶水等环境灾害。因此，应把防基坑突水作为风险预案的重中之重。
2.2.2基坑涌砂的风险
本线路段场地地表下20m深度范围内堆积有第四系全新世冲洪积相饱和砂土（Q3+4al+pl），主要层位有粉细砂层< 3-1>、中粗砂层<3-2>，从线路经过的场地分析，多呈透镜体状分布，为潜在的不良地质作用，有产生基坑涌砂的风险。
2.2.3成桩过程中偏孔、塌孔的风险
由于该段线路揭示岩溶、土洞较发育，有些地段沙层亦较厚，在钻（冲）孔过程中很可能会出现偏孔、塌孔，既影响成桩质量，又可危及施工人员、机械的安全。
3．岩溶土洞工程处理方案与施工技术
3.1设计方案在通过岩溶地区的考虑措施
3.1.1线路敷设方式与施工工法选择
在岩溶发育的广花盆地修建地铁工程，仅就工程地质、水文地质条件而言，采用高架是工程风险较小的工法。但由于环评条件的限制，沿线地块的诉求，及考虑土地综合利用价值等各种因素的影响，设计从施工风险、工期风险、投资风险、运营风险等方面进行了综合比较，二号线北延段最终明确采用地下方案。针对工程实施条件，设计单位大胆探索，小心求证，经过艰苦细致的工作，终于拿出了浅埋明挖的设计方案，主体结构尽量用自重抗浮（厚底板），围护结构尽量采用放坡加喷锚、上部放坡加下部排桩的支护形式，既满足工程实施需要，又尽量少触碰溶岩，避免基坑涌水、涌砂等灾害，同时节省了工期。
综合工程地质条件与交通疏解、施工场地等因素的考虑，各车站与区间的施工工法的为：
三元里~远景区间：暗挖+盾构+明挖；江夏~陈田村区间：盾构+明挖；其余七站及区间，包括嘉禾車辆段出入段线均为明挖。
3.1.2溶土洞处理方案
3.1.2.1划分高低风险区
根据铁道科学院的实地测试数据，铁路车辆行走的主要影响深度在2.5m 左右,类比地铁运行的轴重、车速，刹车系统的灵活性，地铁本身的结构刚度；可以认为在地铁底板下10m外的溶洞、土洞，其稳定状态不受地铁行车的影响。咨询单位深入分析了本段的工程地质和水文地质资料，结合本地区已有的工程类比，国有地面铁路研究试验数据，理论、半理论的各种计算，以及有关规范规程建议，将本区段溶洞、土洞对工程风险程度，划分为高风险区和低风险区段。对于基岩面进入隧道或车站结构底板下10米范围内的区段为高风险区，否则是低风险区。
3.1.2.2对发现的溶土洞处理方案
3.1.2.2.1对已探测到的土洞及高风险区的溶洞处理：
全填充洞体处理方法：静压灌浆加固。半填充、未填充洞体处理方法：洞体高度小于2.0米时，采用纯水泥浆填充；洞体高度大于2.0米时，采用吹砂或碎石回填+静压灌浆法。处理区域：车站或区间主体结构（或围护结构桩）外3米范围内的溶土洞。
3.1.2.2.2溶土洞填充处理施工流程：
3.1.2.2.3处理效果检测
溶洞：抽芯，无侧限抗压强度≥0.15Mpa,渗透系数≤1.0×10-5cm/sec,
土洞：原位标贯测试，标贯击数≥10击。
3.1.3增加水泥搅拌桩土墩的溶土洞处理设计方案
据地质风险咨询报告，提出增加土墩约束塌陷漏斗松动半径法的设计概念：用土墩限制溶（土）洞发生时形成塌陷漏斗的位置和最大松动半径。
3.1.3.1增加土墩处理目的
预防和治理洞穴的发生与发展，从而防止洞穴塌陷。
3.1.3.2增加搅拌桩土墩的设计方案
单位根据土墩约束塌陷漏斗松动半径法原理，在车站的高风险区域：采用格构式布置，每两个柱跨布置一排搅拌桩水泥土墩柱，土墩平面宽度为4.5m；在区间高风险区间：在每段伸缩缝60m的跨间，中心距20米设10×10米（标准段，宽度即为区间宽度）搅拌桩水泥土墩柱。土墩柱支承在基岩面，或小于10m的残积土层。
3.1.3.3增加土墩与原地下桥法方案的比较优势
地下桥法的桥墩，终桩条件是桩底溶洞底板要有3倍桩径厚的完整连续基岩，而找到3倍桩径厚的完整连续基岩往往又很困难，桩柱可能很长，施工十分困难，工期难以保证。而单用加强结构纵向刚度，又怕结构下面溶（土）洞的塌陷漏斗，直径可能很大，刚性筒满足不了大跨度溶（土）洞的受力要求。土墩约束塌陷漏斗松动半径法可以解决上述两个难题。
由于土墩柱是一个半刚性整体,因此下面不受溶（土）洞复活的影响；土墩柱之间，用结构筒的纵向刚度予以跨过。而且由于土墩柱是半刚性的，因此，仍可发挥筒底未处理土体（地层）的抗力作用。一旦土墩柱间的溶（土）洞复活，在底板下造成漏斗，由于半刚性墩的存在, 漏斗不可能跨过墩体, 从而控制了漏斗松动半径的扩展空间, 达到溶（土）洞漏斗半径位置均可控的目的。
如上所述，水泥搅拌桩土墩柱与地下桥法的桥墩相比较，既保证了施工阶段和运营阶段的安全，又可达到控制工期，节约投资的目的，工程实践意义很大。
3.1.4各车站与区间的采用的岩溶处理的综合设计方案
招标设计方案中，车站与区间的岩溶土洞处理均采用桩基础地下桥的方案，但在施工设计阶段，随着勘察的深入，除了对高风险区的已发现的溶土洞进行注浆填充外，结合工点的地质情况与工程主体结构情况，对各个车站与区间主要采取了桩基础地下桥、加强筒身结构纵向刚度法及土墩约束塌陷漏斗松动半径法优化了设计方案。各工点情况如下：
3.1.4.1车站：
远景、新市站：高风险区设水泥土墩柱，加大车站主体结构底板厚度至2米，增加结构刚度；
白云新城、江夏站：结合抗浮采用桩基础地下桥方案；
陈田村、上林镇：高风险区设水泥土墩柱，同时车站主体结构底板适当加厚至0.9-1.2米；
嘉禾站：结合抗浮采用桩基础地下桥，同时在整个车站基底采用梅花形布置的搅拌桩或旋喷桩对结构底板下的砂层进行改良，以达到对溶土洞的处理效果、预防效果。
3.1.4.2明挖区间
在高风险区段，净距10米设10×10米搅拌桩水泥土墩柱，目的是提高基底强度，保证施工及运营安全，同时预防产生新的土洞。
3.1.4.3盾构区间
高风险区溶洞处理采取地面加固，先进行岩面注浆后溶洞处理，再进行土洞处理。对低风险区域内的空洞只实行点注浆处理溶洞。处理利用加密注浆进行，重点对隧道一定范围内的溶、土洞充填物进行处理。溶洞处理范围：盾构隧道侧壁外5m，底板下10m；岩面注浆范围：隧道侧壁外2.5m，厚度为岩面向上1.0m。不能从地面进行溶洞处理的区段，根据地质情况及运营安全考虑，在盾构施工过后，在隧道内进行溶土洞处理，并预留运营期间隧道沉降注浆孔。
3.1.4.4设计方案优化前后的比较
4.施工重难点的风险控制措施
4.1基坑防突水处理措施
开挖基坑基岩侵入底板以上的区域是防突水的重中之重。确保溶土洞注浆质量，切断岩溶水径流通道，是解决问题的关键。对基岩入侵基坑部分，先查明已做探孔范围的溶土洞情况，对未探明的范围，用物探探明底板下5米内的溶洞和地下水情况，再结合已有资料，间距10米做探孔检验、查明承压水。如有风险，采用充填注浆加固处理，处理范围为底板下5米范围。如江夏站是采用钻孔、跨孔弹性波CT成像法探明地质情况，并通过抽水法探明地下承压水的情况。
4.2基坑防涌砂处理措施
4.2.1放坡开挖时使用注浆花管代替普通钢筋的方法，土钉竖向间距1.2m，下层土体在开挖之前已经进行了预加固处理，使砂层的自稳性得到提高，渗透系数降低，开挖时及时喷砼、挂钢筋网，同时在砂层中预埋泄水管，泄水管端头做土工布反虑层处理；
4.2.2尽可能缩短纵向开挖长度，严格控制每层的开挖深度，可以使涌砂影响范围控制到最小；
4.2.3施工单位应加强应急处理措施，准备足够的砂袋、化学浆材等，一旦发生涌砂现象，首先撤人、机具等，然后回填土或砂袋。
4.3钻孔成桩过程中偏孔、塌孔的處理措施
4.3.1制定全面、有效的防护预案，在施工中控制进尺，设置钢护筒，增加护壁泥浆密度是行之有效的。遇到无法下钢护筒的点，也有采用回填片石与粘土密实至溶洞上方2米位置，再重新冲孔的施工措施来解决的。
4.3.2遇到大型溶洞群无法成桩的情况，也有从结构设计上采用托换桩或局部优化上部结构设计方案等以达到改变原设计桩位的方案去解决溶土洞地质情况的影响问题。
5.溶土洞处理施工试验段的经验总结
为不断优化以得到最有效地溶土洞处理的方案与技术参数，在全面展开施工前专门开展了实验段的工作，实验段的成果主要总结如下：
5.1、注浆管的确定
钢花管相对于袖阀管存在注浆压力难于控制、不可分段、重复注浆等缺点，最重要的是钢花管埋入太深，无法拔出，对后续明挖基坑土方开挖产生不利影响，经参建各方讨论研究后决定使用袖阀管注浆工艺。
5.2大型溶土洞注浆材料的确定
原招标设计中的大型溶土洞体，出于投资控制的原因，采用的是灌砂和灌填砂浆的施工方案，但在实验施工中，出现极其难以灌入的情况。究其原因：由钻探孔底部连线看出，溶土洞底部起伏很大，而砂石和砂浆流动性较差，施工时，砂石或砂浆很快在吹砂或灌填砂浆孔下堆积，堵塞吹砂管，不利于溶土洞充填。最终确定采用水泥浆液灌注。
5.3注浆控制参数的确定
通过试验段，周边孔注浆压力控制在0.6～0.8MPa，中央孔压力控制在0.8～1.0MPa，从取芯结果看：充填密实，强度达到设计要求，从监测结果看：地表隆起最大不足5mm，比较合理，作为注浆施工的现场控制指标。
5.4双液浆现场配比的确定
试验时，应以初凝时间为指标进行控制，但也须考虑浆液失去可泵性时间。经过现场多次接管试验，初凝时间确定为60S；双液浆配比为水泥：水：水玻璃（40。）=1：1.38：0.29（质量比）。
5.5注浆机械的选定
以BW-150型注浆机（注水泥浆）+三缸柱塞泵（注水玻璃浆）代替KBY-50/70型双液注浆泵注双注浆可有效地解决堵管问题，质量可控，功效较高。
5.6单双液浆的注浆次序的实验
当存在注浆时间过长但压力仍然没有上升的情况时，周边孔的双液浆和中央孔的单液浆交替进行，每孔每次注浆不用压力来控制，定量多次间歇注浆，可适当减少双液浆的使用量，既控制了投资，又可达到填充密实实现设计意图的目的。
6.溶土洞注浆施工监控要点
6.1钻孔顺序
以揭示到溶、土洞的详勘钻孔为基准点，沿垂直隧道方案每孔间隔2m施一排注浆钻孔，以基本找到洞体边界为止。钻孔深度为洞底以下0.5m，如果洞底以下0.5m范围内出现新的溶洞，则探出新溶洞的边界一并处理。
6.2浆液配置
6.2.1单注浆配置
水泥浆拌制采用P.O32.5R水泥，水灰比为1：1，即每方单液浆配合比为水泥769Kg、水769Kg；
6.2.2双液浆配置
经多次现场配比试验，最终确定双液浆配比：
①水泥浆拌制采用P.O32.5R水泥，水灰比为0.7；
②在现场将玻比度为40°的水玻璃稀释至16°；
③双液浆混合后，现场试验失去可泵性的时间为60秒，则双液浆配合比为：
使用双液注浆机：1：1.4：0.4（质量比）
使用BW-150型注浆机（注水泥浆）+三缸柱塞泵：1：1.38：0.29（质量比）
6.3分序跳注
施工时应采取分序跳注、先外后内、先下后上的注浆施工方法，对大的溶土洞则先内后外。在进行洞底注浆时，土洞底部可能与溶洞相连，易受活动地下水影响，注浆时为了避免活动地下水稀释浆液或将浆液带走，注浆时适当掺加速凝剂，控制双液浆初凝时间在60秒左右。
6.4注浆压力
周边孔注浆压力控制在0.6～0.8MPa,中央孔控制在0.8～1.0MPa。
6.5分次注浆
为保证浆液不至于跑得太远，应采用间歇定量分次注浆的方法，间隔时间为6~8小时。
6.6设置观测孔
任一钻孔注浆时，应将其相邻孔作为观测孔，观察孔，内排气、排水、冒浆等情况，并做好详细记录，以确保浆液扩散情况。
6.7、加强监测
注浆施工时，应在每一个溶、土洞洞体地表设置3～5个水准观测点进行监测，注浆前测定初始值，注浆过程中每隔1小时进行一次监测，绝不允许发生地面产生裂缝和抬升超过20mm的情况。一旦发现有地面产生裂缝和抬升超过20mm的趋势，必须及时调整注浆压力和注浆量。
6.8施工质量效果检测
采用钻孔抽芯，进行抗压试验与标贯试验。按《建筑地基基础工程施工质量验收规范》，注浆的检测孔数为总量的3%，且不少于3根。采用随机原位标贯试验，标贯击数应不小于10击；采用随机钻孔抽芯，做抗压试验，无侧限抗压强度≥0.20MPa。不合格率大于或等于20%时，应进行补充处理。
7.土墩约束塌陷漏斗松动半径法的工程实践意义
8 土墩柱施工监控要点、技术参数
8.1施工监控要点
8.1.1施工中，须按照设计终桩条件执行。水泥土墩柱的竖向长（即水泥搅拌桩深度）原则上要求达到岩面，搅拌桩深度首先要保证穿过地层<3>砂层、<4>土层、<5C-1A>可塑状黏性土层、<5C-1B>塑状黏性土层，具体情况按以下原则执行：
a、<6C>泥炭质全风化带、<7C>泥炭质强风化带、<8C>泥炭质中风化带、<9C>泥炭质微风化带地层可作为搅拌桩的终桩条件；
b、遇到<5C-2>硬塑状黏性土层地层时，要求搅拌桩进入<5C-2>地层不小于2m；
c、当左、右线岩面高度不同（即一条线处于高风险区，另一条线处于低风险区）时，以隧道底下10m作为终桩条件。
8.1.2严格控制桩顶标高，以免侵入主体结构净空。
8.1.3搅拌桩施工过程中若发现有新的溶、土洞，若为全填充洞体，直接搅拌穿越；若为半填充或无填充洞体，应先停止搅拌桩施工，由地面进行填充处理后，再施工搅拌桩。
8.2技术参数
.8.1.3施工质量检验方法：
水泥搅拌桩要求按1%进行抽芯检查 ,进行抗压强度试验:各工段在砂层及洪积土层中抗压强度应达到0.5-1.5MPa以上。
9溶土洞处理效果良好，经检测实现了设计意图
表3各工点检测结果的统计
10.结语
根据工程与水文地质条件、各工点周边状况及工程设计要求等不同情况，岩溶土洞处理的具体方案与工法需要经过反复的试验与摸索，并须通过有效的方法检测工程的质量效果。提出划分高、低风险区的先进理念，对已发现的高风险区域溶土洞进行注浆填充，通过结合抗浮采用的桩基础地下桥法、加厚加宽主体结构底板的加强筒身结构纵向刚度法及增加水泥搅拌桩的土墩的约束塌陷漏斗松动半径法的技术综合运用，成功地避免了地铁穿越岩溶地区的工程风险，保证了工程的进度要求。工程中的各项施工控制参数，也为以后的类似工程提供了必要的参考依据。目前，二号线北延段已经全线完工，开始了安全运营。
参考文献
中隧集团广州市轨道交通二八号线延长线施工11标项目部，施工11标远-白区间岩溶处理试验总结，2007.10.22
广东省土木建筑学会中国地质科学院岩溶地质研究所，广州市轨道交通二、八号线延长线工程二号线北延段岩溶地质工程风险咨询报告，2007.09.15
省基础工程公司广州市轨道交通二八号线延长线施工12标项目部，施工12岩溶处理施工技术交底，2007.11.15
常士骠、张苏民，简明工程地质手册，北京，中国建筑工业出
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关键词】地铁工程；岩溶处理；注浆加固；风险预控；方案优势；施工参数
Liu Guangming
(Guangzhou Metro Corpration Itd.Guangzhou 510380,China)
【Abstract】 Karst is a serious geological hazards affecting the safety of one project. How to build subway lines in the karst region is an important issue continue to exploring and practicing in the field of building. Unifies the karst soil cave processing project example of the no:2 Guangzhou subway line production ,the paper introduced the engineering design and the construction technique of Pouring the thick liquid to fill Karst soil cave, the methods of the pile foundation an underground bridge , Thickening the broaden main body structure ledger wall , increasing the cement agitation pile mound and so on, introduced the anticipatory control measure of project risk and elaborated thesuperior and inferiority comparing each construction method from Economy and security ,hoping it canprovide certain reference to the similar project later.
【Key words】 Subway project; karst caves Processing；Grouting reinforcement；The risk controls in advance ；Plan superiority and inferiority ；Construction parameter
1、工程概況及地质情况
1.1工程概况
广州地铁二号线北延段自三元里站后折返线起，向北穿过机场路，转到白云新城中轴线，设远景站，然后线路一直沿中轴线行进，于体育馆西侧设白云新城站，于会议中心西侧设新市站，旧机场北端设江夏站。之后线路折向西，穿过安华装饰材料城及黄石路，逐渐进入规划七路，于白云尚城西侧设陈田村站，于时代玫瑰园东南侧的路口设上林镇站。之后，线路下穿华南路后，于岭南新世界花园西侧设二号线终点站嘉禾站。北延段全长9.35km。
1.2工程地质及水文地质条件
1.2.1地质构造
二号线北延线路处于广花凹陷盆地东南缘，新市-嘉禾向斜的东翼。位于广从断裂以西、新市-嘉禾断裂组以东区域，南端在远景村附近被东西向的三元里断裂切断，以北东向和东西向断裂组及其交接复合为主要构造骨架。
1.2.2岩性
石炭系中上统壶天群（C2+3ht）岩性为灰白色、深灰色灰岩、硅质灰岩，岩性较单一，质较纯，岩溶发育。沿线主要分布在三元里至陈田村一带。二迭系下统栖霞组（P1q）岩性主要为灰黑色炭质灰岩，局部为炭质页岩、泥灰岩，南北走向，倾向西，倾角40～50º，与下伏基岩呈整合接触。沿线主要分布在陈田村至嘉禾一带，在三元里站后折返线至广园西路、白云新城站后和江夏站后亦有少量分布。
1.2.3水文地质条件
勘察期间揭露沿线地下水稳定水位埋深0.40～9.60m，地下水位总体变化趋势由南向北逐渐变高。地下水位随季节降水量的变化而改变，年变化幅度为2.50～3.20m。
岩溶裂隙水主要赋存于二迭系栖霞组炭质灰岩和石炭系壶天群石灰岩岩溶发育地段，其赋存条件受岩溶发育程度、形态特征、规模大小以及裂隙充填情况等因素影响，富水性和渗透性及涌水量变化较大，很不均匀。
1.2.4岩溶、土洞发育特征
岩溶：场地内无论是灰岩还是炭质灰岩地层，岩溶发育都比较强烈。从溶蚀发育深度上分析，溶蚀底板埋深在15～30m范围内的岩溶数约占岩溶总数的84%；溶蚀底板埋深超过30m的岩溶数约占岩溶总数的16%。结合区域岩溶现象的地质成因分析，沿线在勘探深度内揭露的溶蚀以表层竖向溶蚀发育为主，局部发育溶蚀深槽，下部溶蚀相对发育较差，但在纵横向总体上规律性较差，很不稳定。
土洞：土洞基本上发育在岩石层面附近，埋藏深度一般12.20～30.20m，最深达40.20m，多充填物为流塑状粉质粘土，局部为松散砂土。
2.岩溶土洞处理工程的重难点与施工风险
2.1工程的重难点
二号线北延段所处的地层溶洞和土洞分布广泛，发育强烈，且分布规律不明显。溶土洞有全填充、半填充、无填充等多种形式，溶土洞位置有全部位于结构正下方、部分位于结构下方等形式，如何有效地填充结构下的溶土洞，确保溶土洞填充的饱满率是岩溶处理的难点。因此，科学制定溶土洞注浆的范围；采用有效、经济的注浆材料；根据现场实施情况及时调整、确定注浆工艺流程，明确各项技术参数；严格控制施工过程按规程操作，实现设计意图，都是确保工程安全、高质量成功实施的关键环节。
地勘的钻探孔数量有限，结构下还可能存在着未发现的溶土洞，确保溶土洞的处理效果，确保施工过程和将来地铁运营期间的安全是岩溶处理的重点。
2.2施工中的风险分析
2.2.1基坑突水的风险
由于在施工中可能直接揭露岩溶水，引发突涌灾害，也可能当下伏土层自重不足以平衡承压水头差的时候，通过土层造成突涌灾害。虽然本工程区段岩溶水承压水头差不大，施工中不会造成毁灭性灾害，但因岩溶水管道径流较通畅，水量较充沛，且往往夹带泥沙，可淹埋基坑造成施工困难；而且，由于水位下降漏斗范围内可引发地面塌陷或沉降，造成周边房屋开裂甚至倒塌，道路管线的错裂破损；还有地表水、污水下渗污染岩溶水等环境灾害。因此，应把防基坑突水作为风险预案的重中之重。
2.2.2基坑涌砂的风险
本线路段场地地表下20m深度范围内堆积有第四系全新世冲洪积相饱和砂土（Q3+4al+pl），主要层位有粉细砂层< 3-1>、中粗砂层<3-2>，从线路经过的场地分析，多呈透镜体状分布，为潜在的不良地质作用，有产生基坑涌砂的风险。
2.2.3成桩过程中偏孔、塌孔的风险
由于该段线路揭示岩溶、土洞较发育，有些地段沙层亦较厚，在钻（冲）孔过程中很可能会出现偏孔、塌孔，既影响成桩质量，又可危及施工人员、机械的安全。
3．岩溶土洞工程处理方案与施工技术
3.1设计方案在通过岩溶地区的考虑措施
3.1.1线路敷设方式与施工工法选择
在岩溶发育的广花盆地修建地铁工程，仅就工程地质、水文地质条件而言，采用高架是工程风险较小的工法。但由于环评条件的限制，沿线地块的诉求，及考虑土地综合利用价值等各种因素的影响，设计从施工风险、工期风险、投资风险、运营风险等方面进行了综合比较，二号线北延段最终明确采用地下方案。针对工程实施条件，设计单位大胆探索，小心求证，经过艰苦细致的工作，终于拿出了浅埋明挖的设计方案，主体结构尽量用自重抗浮（厚底板），围护结构尽量采用放坡加喷锚、上部放坡加下部排桩的支护形式，既满足工程实施需要，又尽量少触碰溶岩，避免基坑涌水、涌砂等灾害，同时节省了工期。
综合工程地质条件与交通疏解、施工场地等因素的考虑，各车站与区间的施工工法的为：
三元里~远景区间：暗挖+盾构+明挖；江夏~陈田村区间：盾构+明挖；其余七站及区间，包括嘉禾車辆段出入段线均为明挖。
3.1.2溶土洞处理方案
3.1.2.1划分高低风险区
根据铁道科学院的实地测试数据，铁路车辆行走的主要影响深度在2.5m 左右,类比地铁运行的轴重、车速，刹车系统的灵活性，地铁本身的结构刚度；可以认为在地铁底板下10m外的溶洞、土洞，其稳定状态不受地铁行车的影响。咨询单位深入分析了本段的工程地质和水文地质资料，结合本地区已有的工程类比，国有地面铁路研究试验数据，理论、半理论的各种计算，以及有关规范规程建议，将本区段溶洞、土洞对工程风险程度，划分为高风险区和低风险区段。对于基岩面进入隧道或车站结构底板下10米范围内的区段为高风险区，否则是低风险区。
3.1.2.2对发现的溶土洞处理方案
3.1.2.2.1对已探测到的土洞及高风险区的溶洞处理：
全填充洞体处理方法：静压灌浆加固。半填充、未填充洞体处理方法：洞体高度小于2.0米时，采用纯水泥浆填充；洞体高度大于2.0米时，采用吹砂或碎石回填+静压灌浆法。处理区域：车站或区间主体结构（或围护结构桩）外3米范围内的溶土洞。
3.1.2.2.2溶土洞填充处理施工流程：
3.1.2.2.3处理效果检测
溶洞：抽芯，无侧限抗压强度≥0.15Mpa,渗透系数≤1.0×10-5cm/sec,
土洞：原位标贯测试，标贯击数≥10击。
3.1.3增加水泥搅拌桩土墩的溶土洞处理设计方案
据地质风险咨询报告，提出增加土墩约束塌陷漏斗松动半径法的设计概念：用土墩限制溶（土）洞发生时形成塌陷漏斗的位置和最大松动半径。
3.1.3.1增加土墩处理目的
预防和治理洞穴的发生与发展，从而防止洞穴塌陷。
3.1.3.2增加搅拌桩土墩的设计方案
单位根据土墩约束塌陷漏斗松动半径法原理，在车站的高风险区域：采用格构式布置，每两个柱跨布置一排搅拌桩水泥土墩柱，土墩平面宽度为4.5m；在区间高风险区间：在每段伸缩缝60m的跨间，中心距20米设10×10米（标准段，宽度即为区间宽度）搅拌桩水泥土墩柱。土墩柱支承在基岩面，或小于10m的残积土层。
3.1.3.3增加土墩与原地下桥法方案的比较优势
地下桥法的桥墩，终桩条件是桩底溶洞底板要有3倍桩径厚的完整连续基岩，而找到3倍桩径厚的完整连续基岩往往又很困难，桩柱可能很长，施工十分困难，工期难以保证。而单用加强结构纵向刚度，又怕结构下面溶（土）洞的塌陷漏斗，直径可能很大，刚性筒满足不了大跨度溶（土）洞的受力要求。土墩约束塌陷漏斗松动半径法可以解决上述两个难题。
由于土墩柱是一个半刚性整体,因此下面不受溶（土）洞复活的影响；土墩柱之间，用结构筒的纵向刚度予以跨过。而且由于土墩柱是半刚性的，因此，仍可发挥筒底未处理土体（地层）的抗力作用。一旦土墩柱间的溶（土）洞复活，在底板下造成漏斗，由于半刚性墩的存在, 漏斗不可能跨过墩体, 从而控制了漏斗松动半径的扩展空间, 达到溶（土）洞漏斗半径位置均可控的目的。
如上所述，水泥搅拌桩土墩柱与地下桥法的桥墩相比较，既保证了施工阶段和运营阶段的安全，又可达到控制工期，节约投资的目的，工程实践意义很大。
3.1.4各车站与区间的采用的岩溶处理的综合设计方案
招标设计方案中，车站与区间的岩溶土洞处理均采用桩基础地下桥的方案，但在施工设计阶段，随着勘察的深入，除了对高风险区的已发现的溶土洞进行注浆填充外，结合工点的地质情况与工程主体结构情况，对各个车站与区间主要采取了桩基础地下桥、加强筒身结构纵向刚度法及土墩约束塌陷漏斗松动半径法优化了设计方案。各工点情况如下：
3.1.4.1车站：
远景、新市站：高风险区设水泥土墩柱，加大车站主体结构底板厚度至2米，增加结构刚度；
白云新城、江夏站：结合抗浮采用桩基础地下桥方案；
陈田村、上林镇：高风险区设水泥土墩柱，同时车站主体结构底板适当加厚至0.9-1.2米；
嘉禾站：结合抗浮采用桩基础地下桥，同时在整个车站基底采用梅花形布置的搅拌桩或旋喷桩对结构底板下的砂层进行改良，以达到对溶土洞的处理效果、预防效果。
3.1.4.2明挖区间
在高风险区段，净距10米设10×10米搅拌桩水泥土墩柱，目的是提高基底强度，保证施工及运营安全，同时预防产生新的土洞。
3.1.4.3盾构区间
高风险区溶洞处理采取地面加固，先进行岩面注浆后溶洞处理，再进行土洞处理。对低风险区域内的空洞只实行点注浆处理溶洞。处理利用加密注浆进行，重点对隧道一定范围内的溶、土洞充填物进行处理。溶洞处理范围：盾构隧道侧壁外5m，底板下10m；岩面注浆范围：隧道侧壁外2.5m，厚度为岩面向上1.0m。不能从地面进行溶洞处理的区段，根据地质情况及运营安全考虑，在盾构施工过后，在隧道内进行溶土洞处理，并预留运营期间隧道沉降注浆孔。
3.1.4.4设计方案优化前后的比较
4.施工重难点的风险控制措施
4.1基坑防突水处理措施
开挖基坑基岩侵入底板以上的区域是防突水的重中之重。确保溶土洞注浆质量，切断岩溶水径流通道，是解决问题的关键。对基岩入侵基坑部分，先查明已做探孔范围的溶土洞情况，对未探明的范围，用物探探明底板下5米内的溶洞和地下水情况，再结合已有资料，间距10米做探孔检验、查明承压水。如有风险，采用充填注浆加固处理，处理范围为底板下5米范围。如江夏站是采用钻孔、跨孔弹性波CT成像法探明地质情况，并通过抽水法探明地下承压水的情况。
4.2基坑防涌砂处理措施
4.2.1放坡开挖时使用注浆花管代替普通钢筋的方法，土钉竖向间距1.2m，下层土体在开挖之前已经进行了预加固处理，使砂层的自稳性得到提高，渗透系数降低，开挖时及时喷砼、挂钢筋网，同时在砂层中预埋泄水管，泄水管端头做土工布反虑层处理；
4.2.2尽可能缩短纵向开挖长度，严格控制每层的开挖深度，可以使涌砂影响范围控制到最小；
4.2.3施工单位应加强应急处理措施，准备足够的砂袋、化学浆材等，一旦发生涌砂现象，首先撤人、机具等，然后回填土或砂袋。
4.3钻孔成桩过程中偏孔、塌孔的處理措施
4.3.1制定全面、有效的防护预案，在施工中控制进尺，设置钢护筒，增加护壁泥浆密度是行之有效的。遇到无法下钢护筒的点，也有采用回填片石与粘土密实至溶洞上方2米位置，再重新冲孔的施工措施来解决的。
4.3.2遇到大型溶洞群无法成桩的情况，也有从结构设计上采用托换桩或局部优化上部结构设计方案等以达到改变原设计桩位的方案去解决溶土洞地质情况的影响问题。
5.溶土洞处理施工试验段的经验总结
为不断优化以得到最有效地溶土洞处理的方案与技术参数，在全面展开施工前专门开展了实验段的工作，实验段的成果主要总结如下：
5.1、注浆管的确定
钢花管相对于袖阀管存在注浆压力难于控制、不可分段、重复注浆等缺点，最重要的是钢花管埋入太深，无法拔出，对后续明挖基坑土方开挖产生不利影响，经参建各方讨论研究后决定使用袖阀管注浆工艺。
5.2大型溶土洞注浆材料的确定
原招标设计中的大型溶土洞体，出于投资控制的原因，采用的是灌砂和灌填砂浆的施工方案，但在实验施工中，出现极其难以灌入的情况。究其原因：由钻探孔底部连线看出，溶土洞底部起伏很大，而砂石和砂浆流动性较差，施工时，砂石或砂浆很快在吹砂或灌填砂浆孔下堆积，堵塞吹砂管，不利于溶土洞充填。最终确定采用水泥浆液灌注。
5.3注浆控制参数的确定
通过试验段，周边孔注浆压力控制在0.6～0.8MPa，中央孔压力控制在0.8～1.0MPa，从取芯结果看：充填密实，强度达到设计要求，从监测结果看：地表隆起最大不足5mm，比较合理，作为注浆施工的现场控制指标。
5.4双液浆现场配比的确定
试验时，应以初凝时间为指标进行控制，但也须考虑浆液失去可泵性时间。经过现场多次接管试验，初凝时间确定为60S；双液浆配比为水泥：水：水玻璃（40。）=1：1.38：0.29（质量比）。
5.5注浆机械的选定
以BW-150型注浆机（注水泥浆）+三缸柱塞泵（注水玻璃浆）代替KBY-50/70型双液注浆泵注双注浆可有效地解决堵管问题，质量可控，功效较高。
5.6单双液浆的注浆次序的实验
当存在注浆时间过长但压力仍然没有上升的情况时，周边孔的双液浆和中央孔的单液浆交替进行，每孔每次注浆不用压力来控制，定量多次间歇注浆，可适当减少双液浆的使用量，既控制了投资，又可达到填充密实实现设计意图的目的。
6.溶土洞注浆施工监控要点
6.1钻孔顺序
以揭示到溶、土洞的详勘钻孔为基准点，沿垂直隧道方案每孔间隔2m施一排注浆钻孔，以基本找到洞体边界为止。钻孔深度为洞底以下0.5m，如果洞底以下0.5m范围内出现新的溶洞，则探出新溶洞的边界一并处理。
6.2浆液配置
6.2.1单注浆配置
水泥浆拌制采用P.O32.5R水泥，水灰比为1：1，即每方单液浆配合比为水泥769Kg、水769Kg；
6.2.2双液浆配置
经多次现场配比试验，最终确定双液浆配比：
①水泥浆拌制采用P.O32.5R水泥，水灰比为0.7；
②在现场将玻比度为40°的水玻璃稀释至16°；
③双液浆混合后，现场试验失去可泵性的时间为60秒，则双液浆配合比为：
使用双液注浆机：1：1.4：0.4（质量比）
使用BW-150型注浆机（注水泥浆）+三缸柱塞泵：1：1.38：0.29（质量比）
6.3分序跳注
施工时应采取分序跳注、先外后内、先下后上的注浆施工方法，对大的溶土洞则先内后外。在进行洞底注浆时，土洞底部可能与溶洞相连，易受活动地下水影响，注浆时为了避免活动地下水稀释浆液或将浆液带走，注浆时适当掺加速凝剂，控制双液浆初凝时间在60秒左右。
6.4注浆压力
周边孔注浆压力控制在0.6～0.8MPa,中央孔控制在0.8～1.0MPa。
6.5分次注浆
为保证浆液不至于跑得太远，应采用间歇定量分次注浆的方法，间隔时间为6~8小时。
6.6设置观测孔
任一钻孔注浆时，应将其相邻孔作为观测孔，观察孔，内排气、排水、冒浆等情况，并做好详细记录，以确保浆液扩散情况。
6.7、加强监测
注浆施工时，应在每一个溶、土洞洞体地表设置3～5个水准观测点进行监测，注浆前测定初始值，注浆过程中每隔1小时进行一次监测，绝不允许发生地面产生裂缝和抬升超过20mm的情况。一旦发现有地面产生裂缝和抬升超过20mm的趋势，必须及时调整注浆压力和注浆量。
6.8施工质量效果检测
采用钻孔抽芯，进行抗压试验与标贯试验。按《建筑地基基础工程施工质量验收规范》，注浆的检测孔数为总量的3%，且不少于3根。采用随机原位标贯试验，标贯击数应不小于10击；采用随机钻孔抽芯，做抗压试验，无侧限抗压强度≥0.20MPa。不合格率大于或等于20%时，应进行补充处理。
7.土墩约束塌陷漏斗松动半径法的工程实践意义
8 土墩柱施工监控要点、技术参数
8.1施工监控要点
8.1.1施工中，须按照设计终桩条件执行。水泥土墩柱的竖向长（即水泥搅拌桩深度）原则上要求达到岩面，搅拌桩深度首先要保证穿过地层<3>砂层、<4>土层、<5C-1A>可塑状黏性土层、<5C-1B>塑状黏性土层，具体情况按以下原则执行：
a、<6C>泥炭质全风化带、<7C>泥炭质强风化带、<8C>泥炭质中风化带、<9C>泥炭质微风化带地层可作为搅拌桩的终桩条件；
b、遇到<5C-2>硬塑状黏性土层地层时，要求搅拌桩进入<5C-2>地层不小于2m；
c、当左、右线岩面高度不同（即一条线处于高风险区，另一条线处于低风险区）时，以隧道底下10m作为终桩条件。
8.1.2严格控制桩顶标高，以免侵入主体结构净空。
8.1.3搅拌桩施工过程中若发现有新的溶、土洞，若为全填充洞体，直接搅拌穿越；若为半填充或无填充洞体，应先停止搅拌桩施工，由地面进行填充处理后，再施工搅拌桩。
8.2技术参数
.8.1.3施工质量检验方法：
水泥搅拌桩要求按1%进行抽芯检查 ,进行抗压强度试验:各工段在砂层及洪积土层中抗压强度应达到0.5-1.5MPa以上。
9溶土洞处理效果良好，经检测实现了设计意图
表3各工点检测结果的统计
10.结语
根据工程与水文地质条件、各工点周边状况及工程设计要求等不同情况，岩溶土洞处理的具体方案与工法需要经过反复的试验与摸索，并须通过有效的方法检测工程的质量效果。提出划分高、低风险区的先进理念，对已发现的高风险区域溶土洞进行注浆填充，通过结合抗浮采用的桩基础地下桥法、加厚加宽主体结构底板的加强筒身结构纵向刚度法及增加水泥搅拌桩的土墩的约束塌陷漏斗松动半径法的技术综合运用，成功地避免了地铁穿越岩溶地区的工程风险，保证了工程的进度要求。工程中的各项施工控制参数，也为以后的类似工程提供了必要的参考依据。目前，二号线北延段已经全线完工，开始了安全运营。
参考文献
中隧集团广州市轨道交通二八号线延长线施工11标项目部，施工11标远-白区间岩溶处理试验总结，2007.10.22
广东省土木建筑学会中国地质科学院岩溶地质研究所，广州市轨道交通二、八号线延长线工程二号线北延段岩溶地质工程风险咨询报告，2007.09.15
省基础工程公司广州市轨道交通二八号线延长线施工12标项目部，施工12岩溶处理施工技术交底，2007.11.15
常士骠、张苏民，简明工程地质手册，北京，中国建筑工业出
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。