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摘要：本文结合实例，主要对盾构通过溶土洞区间采取的相应措施、处理原则、方法进行了总结，可为类似工程提供参考。
关键词：溶土洞；处理措施；盾构；施工控制
Abstract: This paper, mainly has carried on the summary to the shield by processing the corresponding measures, karst cave section takes the principle, method, which can provide reference for similar project.
Keywords: karst caves; treatment measures; shield; construction control
中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
1 工程概况
某盾构工程沿线大部分地段分布的下伏基岩是石灰岩，灰岩岩溶发育强烈，水文地质、工程地质条件非常复杂。盾构区间左、右线全隧道均需通过溶土洞区，岩溶主要发育在石炭系灰岩层中。岩石局部裂隙较发育、岩芯局部较破碎，地下水连通性较好。大部分溶洞发育于岩面附近，灰岩面上覆盖层多为粘性土层及砂层，且溶洞顶板较薄，填充性差；局部地段存在土洞，填充性差。盾构掘进影响下，有可能造成溶洞顶板塌落及土洞坍塌，发生坍塌事故。为确保盾构机的安全，必须对其进行预处理，待处理效果满足设计要求后方可进行隧道洞体施工，从而避免涌水、突泥、沉陷等意外事故的发生。
2 溶土洞处理
2.1溶土洞施工风险
在岩溶发育强烈地区，结构工程实施的安全风险和运营期结构安全风险相当高。这些风险主要有：
（1）施工期由于工程范围地层被扰动，诱发水、土迁移，导致工程范围及周边的地表沉降以至于坍塌，其后果可能是灾难性的；
（2）施工期由于基坑、隧道突涌水，导致工程范围以外不可预知的位置、范围因水、土流失發生沉降以至于坍塌；如果坍塌发生在城市建成区，其后果极可能是灾难性的；
（3）运营期由于行车震动诱发溶洞、土洞薄弱部位坍塌以及工程覆盖范围地下水异常活动引起土体迁移导致线路结构变形影响正常行车条件，严重时将导致线路停运甚至线路结构破坏。
2.2处理原则
盾构工程主要是预防盾构机在掘进过程中引起地表沉降过大或坍塌影响周边建筑，需要提前对溶土洞及软弱底层进行处理。针对盾构工法，所有灰岩地区，盾构隧道设计时预留注浆管。溶土洞的处理范围应根据岩面以上土层性质、岩体的特性、溶洞的填充情况等综合判断。溶土洞处理的设计原则为：
（1）所有勘察资料揭露的土洞必须处理。
（2）结构轮廓平面投影外放3m、隧道底板以下5m以内溶洞必须处理。在一般的砂质粘土，甚至较松散的砂层或碎石层，拱顶上覆土大于洞室开挖跨度的2.5倍左右，即可形成土拱，可使用承压拱理论对结构进行设计。也就是说，只要洞室上覆土大于开挖跨度的2.5倍，地面普通应力的作用对洞室结构无影响。根据本工程勘探已探明的土洞，直径均小于2m，故底板下5m以下的溶洞对地下结构的安全影响不大。
（3）隧道底板以下为砂层时：隧道底板10m范围内的所有溶洞、溶蚀槽均处理。隧道底板10m范围外仍为砂层的，应具体讨论。
2.3处理方法
（1）溶洞注浆处理
采用振动压管和钻孔埋管注浆法，注浆采用袖阀管注浆，注浆材料为纯水泥浆及水泥、水玻璃双液浆。钻孔间距2.0m*2.0m，孔径为70~110mm，注浆管每节场4m，直径48mm的硬质塑料管，管内壁光滑，接头有螺扣，端头有斜口。花管上开有ø8mm的溢浆小孔，每组小孔间距30cm。最外排孔压注双液浆，其余孔压住水泥单液浆，注浆压力一般控制在0.4~1.0MPa，并可根据具体地层与前后孔等综合情况加大压力，以达到注满的设计要求。单液浆水灰比未1:1，双液浆配比为水泥浆：水玻璃=1:1。水玻璃BE=35
（2）效果检测
① 采用钻孔抽芯，进行抗压试验，无侧限抗压强度≥0.2MPa；
② 对加固地层进行标贯试验，标贯击数不小于10击；
③ 必要时采用CT法对溶土洞加固效果进行确认和验证。
④ 如注浆效果达不到要求，则用检查孔进行补充加固，采用深孔注浆的方法进行。
⑤ 检验孔数量不少于注浆孔的1%，每个溶洞至少3处。
3 盾构过溶土洞地段措施
根据地质断面图，大部分溶洞位于隧道结构底板以下。在外部条件和人为活动作用下能加剧地面塌陷发生，具长期性、不可预见性、随机性和突发性等特点，其危害性大。另一方面，区间地岩溶发育，在线路埋深范围内砂层与基岩面直接接触，盾构法施工时，由于盾构机掘进过程中对砂层的扰动，以至产生流沙现象，从而导致地面塌陷、掌子面突涌。工程虽安排盾构机通过前，对区间沿线地质进行密集钻孔补勘及溶洞处理，但由于溶洞处理工程量大及处理方式、处理水平等各方面因素影响，为防止盾构机通过时部分地段仍未处理好而造成溶洞击穿，继而造成突水，突泥及盾构陷落，仍需采取相应施工措施，确保盾构机在“安全、快速”通过溶土洞段。
（1）盾构机通过前，选择合适位置开仓检查刀具和针对性换刀
溶洞段主要包括中/微风化石灰岩层，强度较高，盾构掘进过程中对刀具的磨损较大。盾构进入溶洞段掘进前，在相应联络通道加固区开仓检查刀具，更换新刀，刀具配备以滚刀破岩为主，正面及中心道具均使用滚刀。
（2）利用盾构机上的超前钻探孔，进行超前钻探
盾构机进入溶洞段施工时，利用盾构机的6个超前钻探孔，对盾构机前方的溶洞处理情况进行探测。每次钻设20m长，两次组按键搭结2m。探测到溶洞时，利用探测空或地面向溶洞内注双液浆处理后再向前掘进。
（3）在溶土洞段采取合适模式进行掘进
为保护刀盘和刀具，在掘进过程中推进速度≤10mm/min，低贯入度破岩，刀盘转速1.7~1.9r/min，刀盘扭矩≤200bar，方向偏移平均控制在±30mm以内。土仓压力拟定为1.0~1.5bar。
（4）盾构姿态控制
由于不同部位掘进千斤顶参数设定的偏差引起的方向偏差，以及盾构表明与隧道的摩擦阻力不均匀，开挖掌子面上的土压力以及切口环切削欠挖地层引起的阻力不均匀，也会引起一定的偏差。通过减缓盾构机掘进速度，使盾构机在掘进的瞬间刀盘上下部位尽量相同，减少刀具的偏磨和盾构机下俯现象。
（5）加强渣土改良和管理通过溶洞段是主要向掌子面、土仓添加泡沫进行渣土改良。在进入溶岩地层，尽量保持切口水压平稳，记录好泥水偏差流量，有效控制出渣量。
（6）确保铰接密封和盾尾密封的防水效果
溶洞段水发育，有发生突水突泥的微笑，因此盾构进行溶洞段掘进前，对铰接密封盒盾尾密封装置进行认真的检查、维护，确保密封效果。① 确保密封压板固定可靠，调节密封螺栓，加强对铰接密封的润滑；② 严格控制盾构掘进方向和铰接油缸的行程差，确保交接密封效果 ③ 加强对尾刷密封油脂的注入检查，保证盾尾油脂密封压力正常，确保尾刷密封防渗漏效果。
（7）管片背后注浆
过溶洞段注浆以同步注浆和二次补充注浆结合的方式进行，加强施工过程控制，严格按照“注浆与掘进同时进行、确保注浆饱满”的原则进行控制。每环同步注浆量不得6m3，二次补浆压力≥1.5bar，时间稳定在10min。盾构管片安装时，隧道底部要预留好隧道底加固注浆管，以便在盾构施工完后处理新发现的溶（土）洞。
（8）加强地表沉降、地下水位及周围建构筑物倾斜观测，并及时反馈施工。加强过程控制管理，实施信息化施工，防止开挖面失稳引起过大的地表沉降。
4 小结
（1）通过该工程试验段盾构施工总结，对区间溶岩发育地段进行预处理，是盾构安全、高效掘进的有力保障。
（2）盾构过溶岩发育地区应严格控制掘进的泥水压力、注浆压力、掘进速度等参数。充分发挥泥水盾构的优势，才能保证安全、快速掘进。
（3）盾构通过溶土洞地段时，对掘进过程可能发生的地面塌陷事故，编制应急预案、做好应急演练、储备应急物资，才能有效应对风险，减少损失。
参考文献
[1]山西建筑. 盾构隧道区间溶土洞处理技术 2010.06
关键词：溶土洞；处理措施；盾构；施工控制
Abstract: This paper, mainly has carried on the summary to the shield by processing the corresponding measures, karst cave section takes the principle, method, which can provide reference for similar project.
Keywords: karst caves; treatment measures; shield; construction control
中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
1 工程概况
某盾构工程沿线大部分地段分布的下伏基岩是石灰岩，灰岩岩溶发育强烈，水文地质、工程地质条件非常复杂。盾构区间左、右线全隧道均需通过溶土洞区，岩溶主要发育在石炭系灰岩层中。岩石局部裂隙较发育、岩芯局部较破碎，地下水连通性较好。大部分溶洞发育于岩面附近，灰岩面上覆盖层多为粘性土层及砂层，且溶洞顶板较薄，填充性差；局部地段存在土洞，填充性差。盾构掘进影响下，有可能造成溶洞顶板塌落及土洞坍塌，发生坍塌事故。为确保盾构机的安全，必须对其进行预处理，待处理效果满足设计要求后方可进行隧道洞体施工，从而避免涌水、突泥、沉陷等意外事故的发生。
2 溶土洞处理
2.1溶土洞施工风险
在岩溶发育强烈地区，结构工程实施的安全风险和运营期结构安全风险相当高。这些风险主要有：
（1）施工期由于工程范围地层被扰动，诱发水、土迁移，导致工程范围及周边的地表沉降以至于坍塌，其后果可能是灾难性的；
（2）施工期由于基坑、隧道突涌水，导致工程范围以外不可预知的位置、范围因水、土流失發生沉降以至于坍塌；如果坍塌发生在城市建成区，其后果极可能是灾难性的；
（3）运营期由于行车震动诱发溶洞、土洞薄弱部位坍塌以及工程覆盖范围地下水异常活动引起土体迁移导致线路结构变形影响正常行车条件，严重时将导致线路停运甚至线路结构破坏。
2.2处理原则
盾构工程主要是预防盾构机在掘进过程中引起地表沉降过大或坍塌影响周边建筑，需要提前对溶土洞及软弱底层进行处理。针对盾构工法，所有灰岩地区，盾构隧道设计时预留注浆管。溶土洞的处理范围应根据岩面以上土层性质、岩体的特性、溶洞的填充情况等综合判断。溶土洞处理的设计原则为：
（1）所有勘察资料揭露的土洞必须处理。
（2）结构轮廓平面投影外放3m、隧道底板以下5m以内溶洞必须处理。在一般的砂质粘土，甚至较松散的砂层或碎石层，拱顶上覆土大于洞室开挖跨度的2.5倍左右，即可形成土拱，可使用承压拱理论对结构进行设计。也就是说，只要洞室上覆土大于开挖跨度的2.5倍，地面普通应力的作用对洞室结构无影响。根据本工程勘探已探明的土洞，直径均小于2m，故底板下5m以下的溶洞对地下结构的安全影响不大。
（3）隧道底板以下为砂层时：隧道底板10m范围内的所有溶洞、溶蚀槽均处理。隧道底板10m范围外仍为砂层的，应具体讨论。
2.3处理方法
（1）溶洞注浆处理
采用振动压管和钻孔埋管注浆法，注浆采用袖阀管注浆，注浆材料为纯水泥浆及水泥、水玻璃双液浆。钻孔间距2.0m*2.0m，孔径为70~110mm，注浆管每节场4m，直径48mm的硬质塑料管，管内壁光滑，接头有螺扣，端头有斜口。花管上开有ø8mm的溢浆小孔，每组小孔间距30cm。最外排孔压注双液浆，其余孔压住水泥单液浆，注浆压力一般控制在0.4~1.0MPa，并可根据具体地层与前后孔等综合情况加大压力，以达到注满的设计要求。单液浆水灰比未1:1，双液浆配比为水泥浆：水玻璃=1:1。水玻璃BE=35
（2）效果检测
① 采用钻孔抽芯，进行抗压试验，无侧限抗压强度≥0.2MPa；
② 对加固地层进行标贯试验，标贯击数不小于10击；
③ 必要时采用CT法对溶土洞加固效果进行确认和验证。
④ 如注浆效果达不到要求，则用检查孔进行补充加固，采用深孔注浆的方法进行。
⑤ 检验孔数量不少于注浆孔的1%，每个溶洞至少3处。
3 盾构过溶土洞地段措施
根据地质断面图，大部分溶洞位于隧道结构底板以下。在外部条件和人为活动作用下能加剧地面塌陷发生，具长期性、不可预见性、随机性和突发性等特点，其危害性大。另一方面，区间地岩溶发育，在线路埋深范围内砂层与基岩面直接接触，盾构法施工时，由于盾构机掘进过程中对砂层的扰动，以至产生流沙现象，从而导致地面塌陷、掌子面突涌。工程虽安排盾构机通过前，对区间沿线地质进行密集钻孔补勘及溶洞处理，但由于溶洞处理工程量大及处理方式、处理水平等各方面因素影响，为防止盾构机通过时部分地段仍未处理好而造成溶洞击穿，继而造成突水，突泥及盾构陷落，仍需采取相应施工措施，确保盾构机在“安全、快速”通过溶土洞段。
（1）盾构机通过前，选择合适位置开仓检查刀具和针对性换刀
溶洞段主要包括中/微风化石灰岩层，强度较高，盾构掘进过程中对刀具的磨损较大。盾构进入溶洞段掘进前，在相应联络通道加固区开仓检查刀具，更换新刀，刀具配备以滚刀破岩为主，正面及中心道具均使用滚刀。
（2）利用盾构机上的超前钻探孔，进行超前钻探
盾构机进入溶洞段施工时，利用盾构机的6个超前钻探孔，对盾构机前方的溶洞处理情况进行探测。每次钻设20m长，两次组按键搭结2m。探测到溶洞时，利用探测空或地面向溶洞内注双液浆处理后再向前掘进。
（3）在溶土洞段采取合适模式进行掘进
为保护刀盘和刀具，在掘进过程中推进速度≤10mm/min，低贯入度破岩，刀盘转速1.7~1.9r/min，刀盘扭矩≤200bar，方向偏移平均控制在±30mm以内。土仓压力拟定为1.0~1.5bar。
（4）盾构姿态控制
由于不同部位掘进千斤顶参数设定的偏差引起的方向偏差，以及盾构表明与隧道的摩擦阻力不均匀，开挖掌子面上的土压力以及切口环切削欠挖地层引起的阻力不均匀，也会引起一定的偏差。通过减缓盾构机掘进速度，使盾构机在掘进的瞬间刀盘上下部位尽量相同，减少刀具的偏磨和盾构机下俯现象。
（5）加强渣土改良和管理通过溶洞段是主要向掌子面、土仓添加泡沫进行渣土改良。在进入溶岩地层，尽量保持切口水压平稳，记录好泥水偏差流量，有效控制出渣量。
（6）确保铰接密封和盾尾密封的防水效果
溶洞段水发育，有发生突水突泥的微笑，因此盾构进行溶洞段掘进前，对铰接密封盒盾尾密封装置进行认真的检查、维护，确保密封效果。① 确保密封压板固定可靠，调节密封螺栓，加强对铰接密封的润滑；② 严格控制盾构掘进方向和铰接油缸的行程差，确保交接密封效果 ③ 加强对尾刷密封油脂的注入检查，保证盾尾油脂密封压力正常，确保尾刷密封防渗漏效果。
（7）管片背后注浆
过溶洞段注浆以同步注浆和二次补充注浆结合的方式进行，加强施工过程控制，严格按照“注浆与掘进同时进行、确保注浆饱满”的原则进行控制。每环同步注浆量不得6m3，二次补浆压力≥1.5bar，时间稳定在10min。盾构管片安装时，隧道底部要预留好隧道底加固注浆管，以便在盾构施工完后处理新发现的溶（土）洞。
（8）加强地表沉降、地下水位及周围建构筑物倾斜观测，并及时反馈施工。加强过程控制管理，实施信息化施工，防止开挖面失稳引起过大的地表沉降。
4 小结
（1）通过该工程试验段盾构施工总结，对区间溶岩发育地段进行预处理，是盾构安全、高效掘进的有力保障。
（2）盾构过溶岩发育地区应严格控制掘进的泥水压力、注浆压力、掘进速度等参数。充分发挥泥水盾构的优势，才能保证安全、快速掘进。
（3）盾构通过溶土洞地段时，对掘进过程可能发生的地面塌陷事故，编制应急预案、做好应急演练、储备应急物资，才能有效应对风险，减少损失。
参考文献
[1]山西建筑. 盾构隧道区间溶土洞处理技术 2010.06