潘 野1， 张 亮1， 王位赢2
(1.北京城建设计发展集团股份有限公司， 北京 100037； 2.广州地铁设计研究院有限公司， 广州 510010)
摘 要：岩溶对地铁车站明挖基坑、结构施工以及建成后运营的维护都有较大影响，这给地铁车站的设计、施工带来了巨大的挑战。以南宁2号线石子塘站岩溶处理为例，车站采用充填和袖阀管注浆相结合的技术措施对岩溶进行处理。对车站部位岩溶处理范围进行介绍，并重点阐述无填充、半填充、全填充溶(土)洞在车站不同部位的处理方式及施工顺序，以及检测方法、检测原则和数量。通过施工检测验证表明，袖阀管注浆的处理效果达到了设计要求,可供同类工程借鉴。
关键词：地铁车站； 岩溶； 处理范围； 处理方式； 施工顺序
石子塘站是南宁市轨道交通2号线(玉洞—西津)从南到北的第3个站，位于银海大道与金象一区一街交叉路口处，呈南北向布置。银海大道路宽60 m，交通繁忙，金象一区一街现状道路宽约10 m。站位东西侧沿现状道路边多为个体民宅，西侧沿街多为3～4层民宅，东侧沿街多为6～7层民宅。路口东南侧为广西备灾中心3层办公楼，东北侧民宅区内设置有部分私人工厂。两侧机非隔离带敷设有10 kV的高压走廊。站址地势平缓，地面高程为93.14～94.24 m。
石子塘站为11m岛式站台车站，采用地下2层单柱双跨箱型框架结构(局部为双柱三跨)，明挖法施工，主体围护结构采用钻孔灌注桩+内支撑支护体系，车站起点里程为YDK23+289.694，终点里程为YDK23+499.494，总长209.8 m。车站顶板覆土厚度约3.5 m，标准段基坑宽19.7 m，深约17 m；小里程端盾构井基坑宽为23.1 m，深约18 m;大里程端盾构井基坑宽为23.1 m，深约18.3 m。
岩溶不仅会在地铁车站基坑开挖过程中遇到突水、突泥等无法预料的地质灾害，给施工安全及周围环境带来巨大的安全隐患和经济损失，而且会威胁到地铁运营安全，所以地下结构应满足城市规划、行车运营、环境保护、抗震、防水、防火、防护、防腐蚀及施工等要求，并应做到结构安全、耐久、技术先进、经济合理[1]。在浅埋岩溶强烈发育的地质条件下，修建地铁工程，目前暂无成熟的经验可循。曹建华等[2]对偏碱富钙的岩溶生态系统中的土壤特征进行了研究与分析；李亚武[3] 对广州地铁2号线三元里折返线竖井遇岩溶出现的大量涌水，采用充填、旋喷和袖阀管注浆等技术相结合，对加固软弱地层、封堵岩溶裂隙进行了研究；曾继杰[4]对南宁枢纽工程地质评价与整治进行了介绍；廖鸿雁[5]结合岩溶发育区盾构工程实践，总结、思考广州地铁在勘察—设计—施工建设全过程的综合处理技术；黎新亮[6]结合长沙地铁3号线阜埠河路站—书院路站区间工程分别从线路平面设置、盾构机选型及设计、溶洞江面处理方案及施工工期方面进行探讨；张琨等[7]以白沙洲大道改造项目为例，研究了防范桩基穿越溶洞时漏浆、塌孔乃至地面塌陷的预注浆处理技术。
本文对岩溶的处理措施及施工顺序进行了介绍；目前岩溶处理后规范没有提出与此相关的检测标准，为了保证施工的质量与安全，设计需予以明确。目前本工程主体结构已施工完成，本工程的案例可供同类工程借鉴。
2.1 工程地质概况
根据《南宁市轨道交通2号线工程(玉洞—西津)石子塘站岩溶专项勘察报告》[8]及《石子塘站详细勘察阶段岩土工程勘察报告》[9]，本站揭示了填土层、黏性土层、粉土层、砂土层、碎石土层及泥盆系岩层。
2.2 水文地质
根据测区内陆下水赋存条件、含水介质及水力特征分析，可将测区内陆下水划分为两种基本类型：松散岩类孔隙水和碳酸盐岩岩溶水。
1) 松散岩类孔隙水，含水岩组为填土层、坡残积黏土层、粉质黏土层和碎石土层，地下水类型为潜水或上层滞水。
2) 碳酸盐岩岩溶水，属覆盖型岩溶水，在车站范围内广泛分布，主要赋存于泥盆系的灰岩、泥灰岩中，岩层厚度较大，岩体局部溶蚀裂隙及溶洞发育，水头最大高度约为16 m，属承压水。
2.3 岩溶工程地质条件
根据勘察资料，整个车站均为可溶岩分布区。在车站范围内，根据钻探资料，可溶岩岩面标高为77.22～87.78 m，一般标高为79～83 m。车站构筑物底板高程约为76.72 m，两端约为73.445 m。车站区域基岩埋深浅，一般车站主体结构底板基本深入基岩，即以岩基为持力层。在车站主体结构底板下15 m范围内均存在可溶岩。
2.3.1 岩溶发育与地下水关系
场地地下水为松散岩类孔隙水和岩溶水，松散岩类孔隙水主要由大气降雨及生活废水补给，排泄方式为大气蒸发及下渗。岩溶水的主要补给来源于上覆土层孔隙水的入渗补给及在灰岩出露地表段(本工点范围外)的大气降水补给，排泄方式主要向邕江及其支流以地下径流的方式排泄。
场地地下水丰富，且具有地下水流动的途径。水在岩体中流动并接受大气降水补给，可以从空气中和其他途径获得CO2的补充，使溶蚀作用不断进行，并在岩石中形成空洞。空洞形成又促进水流的冲刷和洞壁的崩塌作用，使其不断扩大，更促进了岩溶的发展。
2.3.2 溶土洞或溶蚀槽发育特点
根据岩溶专项勘察报告资料显示，石子塘站岩溶专项勘察共完成46个钻孔，其中13个孔遇到19个溶洞；另外补充勘察共完成2个钻孔中，有一个孔揭示有1个溶洞、岩溶专项及补充勘察遇洞率30.2%，线岩溶率为3.8%～42.9%，属岩溶强烈发育。溶洞高0.60～6.10 m，一般充填软—流塑状黏性土，混合不等量砂粒或角、碎石。
区域内的岩溶特征主要表现在以下几方面：
1) 灰岩表层与第四纪覆盖层接触部位表现为凹凸不平，岩面起伏大，石芽、溶沟、溶槽、溶洞、土洞等形态均有发育；
2) 溶洞多发育于基岩面附近；
3) 在灰岩内部的岩溶发育程度形成逐渐减弱趋势，而溶洞主要分布在次生断裂及裂隙发育的部位；
4) 受次生断裂的影响，部分溶洞呈现出串珠状特征；
5) 溶洞有3种类型：充填溶洞、半充填溶洞及空洞，大部分有少量充填物或无充填。充填溶洞及半充填溶洞，充填物以软—流塑状的软黏性土为主，混灰岩碎块及砂粒，部分溶洞充填物钻探时钻具自沉或人工加压可以压下，其承载力极低。
2.3.3 物探成果
1) 测区岩溶发育，圈定了3条岩溶强发育带，带内溶蚀裂隙、溶洞极发育，共推断了20个岩溶个体(溶洞)，其中R8为大型溶洞，地面投影面积约210 m2；R18为较大溶洞，投影面积约120 m2，在R18和R19之间发育大型溶槽，溶槽宽约9～11 m，深10～15 m(见图1)。
2) 圈定的岩溶强发育带为地下水的赋存区域与运移通道。
3) 在测区内未发现土洞发育。
图1 石子塘站溶洞三维分布图
The three-dimensional map of karst caves in Shizitang station
1) 对明挖结构应遵循岩溶处理、基底处理、围护结构、主体结构、抗浮方案、施工期涌水及运营期风险防治方案等多方面协调统一考虑的原则。
2) 对影响工程安全的溶(土)洞均应处理。
3) 对工程影响范围内的非全填充溶(土)洞均应处理，对于全填充溶(土)洞应根据填充物性质、地基承载力、周边环境等情况确定处理方案。
3.1 明挖基坑溶(土)洞处理范围
1) 对于基坑平面轮廓线外5 m范围，竖向范围为结构底板以上的溶(土)洞全部进行处理。
2) 当基底处于泥灰岩、灰岩层段时：对处于基坑开挖深度内的浅层溶洞需提前充填处理；对底板以下10 m范围内的所有溶洞均应处理。
3) 当基坑底为较稳定隔水层(例如黏土、粉质黏土)时：若车站底板以下隔水层厚度不小于5 m，则车站底板以下的岩溶一般不做处理；若车站底板以下隔水层厚度小于5 m，且最上层溶洞顶板厚度小于5 m或厚跨比小于0.5，则车站结构轮廓线外放5 m，岩面以下2 m范围内的溶洞必须做处理。
4) 当基坑底至岩面为砂层或无较稳定隔水层时：若最上层溶洞顶板厚度不小于5 m，则车站底板以下的岩溶一般不作处理；若最上层溶洞顶板厚度小于5 m或厚跨比小于0.5，则车站结构轮廓线外放5 m，岩面以下2 m范围内的溶洞必须做处理。
3.2 溶(土)洞处理措施
溶(土)洞处理均采用地面充填注浆的方法进行处理，具体措施及要求如下：
1) 车站基坑开挖范围内的溶土洞处理要求半填充、无填充溶(土)洞应充填砂砾、碎石(密实度应不小于稍密)后注浆；全填充溶(土)洞应根据填充物的情况确定是否处理，对于流塑、软塑状黏性土采用注浆充填处理。
2) 车站基坑开挖范围外的溶土洞处理要求半填充、无填充溶(土)洞，应充填砂砾、碎石(密实度应不小于稍密)后注浆；全填充溶(土)洞应根据填充物的情况确定是否处理，对于流塑、软塑状黏性土采用注浆充填处理。
3) 充填注浆需边注浆边摸查溶(土)洞的规模及处理后的状态。
摸查方法：先进行溶(土)洞平面范围的试探测，初步估算溶(土)洞的规模后再向周边布设检查孔。检查孔除需注意检查溶洞的延展状况外，尚需检查注浆充填状况，发现注浆不饱满的需利用检查孔继续注浆。
4) 规模较大的溶洞应加密钻探进一步探明岩溶的范围，然后进行处理，以揭示到岩溶的钻孔为基准点，沿溶(土)洞平面范围方向(间隔2.0～3.0 m)施作1排注浆钻孔，以基本找到洞体边界为止，或探测至结构外5 m为止；若洞体为有限边界，最外排孔未见洞，则该孔不需注浆，应向内收缩1孔为边孔注水泥浆；若岩溶腔体较大，最外圈注浆孔注水泥水玻璃双液浆，其余内圈孔注水泥浆单液浆；若未找到洞体边界，在距结构外5 m处施工1排注浆孔，注水泥水玻璃双液浆为止浆墙，控制注浆边界、减少注浆的范围及注浆量(见图2、3)。
图2 加密钻孔平面布置
Fig.2 The floor plan of increasing drilling hole
图3 加密钻孔立面布置
Fig.3 The elevation of increasing drilling hole
5) 充填注浆需根据溶(土)洞所处的深度、地层条件分别采用振动沉管及钻孔埋管进行注浆。
对埋深较浅、发育土层为砂土层的土洞可采用振动沉管方式进行充填注浆,溶洞需先成孔，再埋注浆管，并封闭溶洞顶板、注浆管与孔壁间的间隙后才能注浆；对埋深大于3 m无填充溶、土洞和半填充溶、土洞(含特大溶洞)，可采用φ200的PVC套管充填砂砾、碎石(密实度应不小于稍密)后注水泥浆。
4.1 注浆填充施工顺序
1) 溶(土)洞处理的施工顺序应遵循：探边界—注浆充填—注浆效果检测。
2) 注浆施工时，应先从外排注浆孔开始注浆，将处理范围内溶(土)洞与外界洞体隔离，再处理中间区域。若在周边孔注第1次浆时，注浆量已较多，压力达不到设计要求时，周边孔与中央孔可交替注浆；
3) 若发现浆液流失严重，应先在外排注浆孔注水泥水玻璃双液浆，形成止水、止浆帷幕，以确保注浆效果；
4) 中央区域注浆孔应跳跃施工，以防止跑浆，窜浆现象；
5) 对于需处理的纵向多层分布的溶洞，由深至浅依次充填处理。
4.2 充填砂砾、碎石施工顺序
根据钻孔勘探溶(土)洞的分布确定灌注孔平面布置后，进行砂砾、碎石填充，具体施工步骤如下：
1) 成孔。钻孔灌浆成孔孔数按2 m×2 m网格或梅花形分布布孔，钻孔灌浆点宜按网格状放射线布置，钻孔采用钻机成孔，泥浆护壁成孔。
2) 埋管。钻孔PVC管作为注砂管，之后作为注浆管。
3) 填充砂石后用压力注浆，固结溶洞内的砂石填料。
针对本项目，主要有两种类型溶(土)洞：单层溶(土)洞和串珠状溶(土)洞。对单层溶(土)洞，采用地质钻机钻孔成孔，成孔后孔内埋设PVC管。
对串珠状溶(土)洞，采用地质钻机钻孔成孔，成孔后孔内埋设PVC管。对于串珠状多层溶洞，每一层溶洞都必须有2～3个排气孔，采用同一个填充孔，由下往上逐层灌的顺序，即灌完1层后提升PVC管至上一层溶洞，逐层往上灌注直至灌完顶层。
4.3 溶(土)洞处理注浆终孔原则
溶土洞处理注浆终孔标准：注浆采用袖阀管注浆，钻孔孔径为70～110 mm，注浆管可采用直径48 mm的PVC管。注浆压力控制在0.4～1.0 MPa，注浆速度30～70 L/min。从袖阀管和注浆芯管到洞底或洞底以下0.2～0.3 m，从洞底往上压注水泥浆。每当注浆压力达到0.4～0.5 MPa，注浆芯管可提升0.4 m，逐渐注浆往上到洞顶，最后注浆压力达到1.2 MPa并稳压10 min可终止注浆。
由于溶(土)洞发育的复杂性、采用常规的工程勘察手段与勘探密度均难以查明溶(土)洞的发育状态，因此岩溶地区的地下工程施工必须配置相关仪器与设备边施工边勘探。
5.1 探测地段的确定原则
详勘及岩溶专项勘察钻孔揭示溶土洞直径大于3m的地段(含多层串状分布溶洞)；线路上方有建(构)筑物阻碍，无法钻孔的地段。
5.2 岩溶施工勘探(超前探测)方法与勘探
1) 施工勘探(超前探测)可采用钻探、物探及钻探与物探相结合的方法。
2) 施工勘探(超前探测)是在详细勘探的基础上根据施工中所需解决的问题做进一步的探查，主要应用于：施工中遇到的异常点、涌(漏)水点；需进一步确定溶(土)洞的发育深度及影响范围；详细勘探及岩溶专项勘察中未能准确判断的地质异常点及需进一步确认的地质异常点。
3) 岩溶地区可采用的物探方法有跨孔超高密度电法、跨孔地震CT技术、跨孔电磁波透视、地质雷达法和地表高密度电法等，具体方法可由施工单位根据自身的应用经验和已拥有的仪器设备综合考虑。
6.1 检测方法
采用钻孔抽芯法，查看注浆体是否连续，并做抗压试验，要求28 d无侧限抗压强度值不小于0.2 MPa；采用随机原位标贯试验，标贯击数应不小于10击。
6.2 检测原则和数量
1) 对于岩溶专项报告揭露以及施工方排查过程中发现并处理的溶(土)洞，要求对处理后的溶(土)洞采用钻孔抽芯法进行检测，数量为注浆孔数量的1%，且每个溶洞、土洞检测数量不少于3处。
2) 对于围护桩施工过程中新发现的溶(土)洞和施工中探测到的其他溶(土)洞，按照处理原则需要处理的溶(土)洞、溶蚀槽，采用钻孔抽芯法进行检测，数量为注浆孔数量的1%，且每个溶洞、土洞检测数量不少于3处。
3) 除上述第1、2点以外的溶(土)洞，要求对处理后的溶(土)洞采用原位标贯试验检测，数量为注浆孔数量的1%，且每个溶洞、土洞检测数量不少于3处。
4) 采用抽芯钻孔和标贯钻孔检查溶(土)洞的充盈程度，要求洞内全填充，达不到要求则应补充注浆。
6.3 现场施工及检测情况
经现场施工探测，溶洞分布与岩溶专项勘察报告分布一致。根据现场钻进情况记录、编录资料和现场取芯情况，结合标准贯入试验数据，检测结论如下[11]：
1) 从各钻孔所取得的溶洞注浆段芯样外表来看，芯样为黏土水泥胶结状，较完整连续，溶洞中水泥浆与黏土混合均匀，已胶结固化，注浆体连续性良好。
2) 溶洞注浆段芯样抗压强度值均大于0.2 MPa，满足设计要求。
3) 溶洞注浆段标准贯入试验数据统计结果为：修正后锤击数最大值17.5击，最小值11.9击，标准差1.355，变异系数0.096，标准值13.81击。试验结果表明，试验部位地层加固均匀性较好，标准贯入试验锤击数满足设计要求。
本文结合南宁地铁2号线石子塘站工程项目，就地铁车站岩溶的处理方法进行了阐述。目前，我国多个城市已规划地铁，地铁线路及车站站位的选择受诸多条件的控制，应结合车站使用功能及实施难度进行综合比选。
本站站位处位于石灰岩地层区域，溶(土)洞较发育，工程地质条件十分复杂，变化万千，在地铁施工中一定要摸清情况，并根据实际情况采取不同的处理方案。本站通过岩溶专项勘察，通过钻探与物探摸清了溶(土)洞的发育情况，通过施工探测对有影响的溶(土)洞进行处理，通过施工检测验证了袖阀管注浆的处理效果，达到了设计要求。目前本站主体结构已施工完成，未发生因岩溶引起的问题。
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(编辑：郝京红)
Method to Solve Karst in Subway Station
PAN Ye1, ZHANG Liang1, WANG Weiying2
(1.Beijing Urban Construction Design & Development Group Co., Ltd., Beijing 100037; 2.Guangzhou Metro Design & Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510010)
Abstract：Karst has a big impact on subway station structure construction and operation maintenance and constitutes a challenge to the design and construction of subway stations. Packing and grouting are used to solve the problem while Shizitang station of line 2 of Nanning rail transit is taken as an example. The range of karst treatment is introduced, and the method of karst treatment and construction sequences are discussed in details for karst with no padding holes, half-filled holes or full-filled (soil) holes, which are in different parts of the station. The method, principle and times of testing are introduced to ensure the quality and safety of construction. The construction test proves that the treatment effect of sleeve valve pipe grouting can meet the design requirements and can be used in similar projects.Keywords: subway station; karst; range of karst solving; method of karst solving; construction sequence
doi：10.3969/j.issn.1672-6073.2017.04.015
收稿日期：2016-07-13
修回日期：2017-03-30
第一作者：潘野，男，本科，工程师，一级注册结构工程师、一级注册岩土工程师，从事城市轨道交通地下结构设计及研究，245569879@qq.com
中图分类号：U231.4
文献标志码：A
文章编号：1672-6073(2017)04-0076-05
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