地鐵車站基底斷裂帶巖溶突涌灌漿技術(shù)探討

于代瑞

摘要：車站基底巖溶斷裂帶突涌5700m3/d。為避免周圍建（構(gòu)）筑物、地面沉降、塌陷，淹灌基坑維持基坑內(nèi)外水土壓力平衡。補勘發(fā)現(xiàn)隱伏斷裂帶及巖溶含水層并發(fā)育溶洞，在靜水條件下，采用灌漿技術(shù)封堵突水。明挖車站底板斷裂帶、巖溶突水在廣州地鐵乃至全國地鐵工程屬首次。

關(guān)鍵詞：地鐵車站 基底巖溶斷裂帶突涌 灌漿 止水帷幕 封堵突水

1. 工程概況

地下兩層框架結(jié)構(gòu)車站，單柱島式站臺，車站長124.9m，標(biāo)準(zhǔn)段寬19.5m，標(biāo)準(zhǔn)段高14.52m，線間距13m，頂板埋深3.3m。

主體結(jié)構(gòu)剩余最后一段底板尚未開挖到標(biāo)高，該段西側(cè)（8）、（9）巖層，東側(cè)為（5-2）、（6）紫紅色粉砂巖、礫巖，局部（4-1）粉質(zhì)粘土，出水部位在底板中縱梁溝槽處，該處中縱梁下翻800mm。水溫25℃，水渾濁不帶沙，水味咸，目測涌水量60m3/h。出水點周圍為水流攜帶出大量直徑30-80mm磨圓狀、亞圓狀全風(fēng)化石塊、泥塊。水量逐步增加最終穩(wěn)定200-230 m3/h ，并逐漸帶沙，渾濁。車站基坑?xùn)|側(cè)地面排水溝處發(fā)生近60m2塌陷，排出的水回灌基坑。

為防止因大量抽排地下水造成周圍地面沉陷、圍護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、污水管破壞及110KV高壓線塔的倒塌安全事故發(fā)生，決定停止排水淹基坑，消除基坑內(nèi)外水頭差。

2、車站地層

<1> 人工填土層（Q4ml）：主要為雜填土和素填土，厚3.0～5.8m，平均厚度3.49米。

<2-1B> 淤泥質(zhì)土層（Q4mc）：厚0.4～3.8m。

<2-2> 淤泥質(zhì)砂（Q4mc）：以粉細(xì)砂為主，局部為中砂，厚度為3.2～9.5m。

<3-1> 層沖積-洪積細(xì)砂層（Q3al+pl）：厚度為0.7～4.6m。

<3-2> 層沖積-洪積中粗砂層（Q3al+pl）：主要為中砂，厚度為1.1～6.6m。

<4-1> 沖積-洪積土層（Q3al+pl）：主要由粉質(zhì)粘土、粉土，含少量砂礫，厚度為0.8～3.2m。

<4-2> 河湖相淤泥質(zhì)土層（Q3al）：河湖相淤泥質(zhì)土層。厚度0.8～3.2m。

<5-1> 可塑或稍密～中密狀殘積土層（Qel）：主要為碎屑巖風(fēng)化作用形成的粉質(zhì)粘土，粉土，厚度為0.95～9.0m。

<5-2> 硬塑或稍密～中密狀殘積土層（Qel）：碎屑巖風(fēng)化作用形成的粉質(zhì)粘土，粉土，厚度為0.6～2.1m。

<6> 巖石全風(fēng)化帶：主要為石炭系地層，厚度為0.9～2m。

<7> 巖石強風(fēng)化帶：主要為粉砂巖，厚度為0.6～17.4m。

<8> 巖石中等風(fēng)化帶：主要為石炭系地層，厚度為0.6～9.4m。

<9>巖石微風(fēng)化帶：為石炭系碎屑巖，巖性為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、礫巖，厚度為1.2～16.6m。

3、補勘及涌水原因分析、確定處理方案

圍繞車站基坑周邊安排進行深孔鉆探，鉆探孔數(shù)26個，間距5米，孔深35～48米。其中8個鉆孔揭露到溶洞。洞底標(biāo)高大致劃分三層即15.7—17.5米、22-29米、30—32米，洞高0.2-2.8米，個別溶洞半填充為可塑狀粉質(zhì)粘土，其余為無充填，全部漏水。另外還有6個孔鉆進中漏水，三個鉆孔揭露到灰?guī)r。MFZ3-HS-14D鉆進到26.9-29.8米時遇到兩個溶洞漏水嚴(yán)重，鉆探泥漿從淹沒基坑內(nèi)涌出。（見補勘孔局部剖面圖）

基坑西側(cè)、西北側(cè)灰質(zhì)角礫巖屬巖溶崩塌產(chǎn)物，角礫巖大致分兩層，礫質(zhì)為灰黑色、藍(lán)黑色灰?guī)r、礫石直徑大小懸殊無分選?；颖眰?cè)區(qū)主要為斷層角礫巖?；?xùn)|側(cè)東南側(cè)為侵染狀泥灰?guī)r、礫巖間夾透鏡狀產(chǎn)出的純灰?guī)r，礫石為泥晶、粉晶石灰?guī)r，石灰質(zhì)礫石成分在垂向上豐富程度有由貧到豐再到貧的變化規(guī)律。

車站地質(zhì)條件復(fù)雜，發(fā)育NNE向斷裂帶且下伏巖溶含水層，車站土方開挖破壞了原有的平衡，巖溶水在水壓作用下突破NNE向斷裂破碎帶而發(fā)生突涌，基巖中存在連通的繞過連續(xù)墻底的巖溶過水通道。

對該處理方案進行了反復(fù)分析論證，上報并通過了市科技委組織專家組和國資委組織的院士專家組審查。確定采用灌漿方案對斷裂破碎帶、巖溶水進行處理。

方案的主要思路：先在涌水部位的基坑外圍形成止水帷幕，布置三排孔，排距1.5m，孔距1.0m。豎向在17～35m范圍內(nèi)從上到下分層灌漿，切斷基坑外圍側(cè)向地下水補給通道；然后實施基坑內(nèi)灌漿，填充并固結(jié)涌水部位底板下8～10m范圍內(nèi)破碎帶巖層、巖溶溶洞裂隙，形成比較穩(wěn)定的隔水層，阻隔垂向上基底涌水通道。目前基坑內(nèi)水位與連續(xù)墻外圍地下水位處于動態(tài)平衡狀態(tài)，即屬于“靜水”狀態(tài)，這是注漿堵水最為有利的條件。“靜水”不是“死水”，地下水在地層下仍然按照原來的速度、流向補給、滲流、排泄周而復(fù)始地循環(huán)。溶洞內(nèi)地下水流速存在“管道”流現(xiàn)象，需要采取雙液漿逐步將管道流變?yōu)闈B流，必要時可以灌入水泥砂漿、粉煤灰等惰性粗骨料達(dá)到止水效果。后期要采取水泥單液漿注漿充填裂隙及小的通道并能夠擴散到一定范圍起到加固、補強效果。

4、灌漿實施

4.1、總體安排。

先進行圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)三排注漿孔止水帷幕施工，再進行基坑內(nèi)底板下8-10米加固?；油庾{孔先施工第一排再施工第三排，最后施工第二排，第一排和第三排采用水泥水玻璃雙液漿、第二排采用純水泥漿灌漿。每孔分16-23米、23-29米、29-35米三次鉆進及三段灌漿工藝前進分段灌漿。采用袖閥管灌漿技術(shù)。

4.2、技術(shù)工藝

①灌漿工序：引孔Φ100mm—下袖閥管Φ48*3.5mm（套殼料制備、灌入、封口）--下入芯管-漿液拌制（水泥單液漿、水泥水玻璃雙液漿）-開注漿機-按步距提升芯管-結(jié)束、清洗--掃孔到下一注漿段 （重復(fù)上述工序）。endprint

②漿液配比：B液：水玻璃30-35波美度，A：B體積比1：1。

A液：水灰比1：1水泥漿。雙液漿凝膠時間45-60s。

單液漿水灰比0.6-2：1凝膠時間不超過8h。

③灌漿分段長度：分段0.6m～1.0m。

④灌漿終壓：水壓1.5MPa。

⑤灌漿速度： 30-120L/min。

⑥灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

（1）單孔或單孔單段：①定量灌漿時達(dá)到設(shè)計灌漿量，或灌漿終壓達(dá)到設(shè)計終壓時灌漿速度小于10L/min。②定量-定壓相結(jié)合灌漿時，前序孔達(dá)到設(shè)計單孔單段灌漿量1.2～1.5倍，后序孔應(yīng)達(dá)到設(shè)計終壓，灌漿速度小于10L/min。

（2）全段灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：①所有灌漿孔均符合單孔或單孔單段灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。②灌漿孔無漏注。③對灌漿效果進行檢查評定，灌漿效果達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

（2）全段灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：①所有灌漿孔均符合單孔或單孔單段灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。②灌漿孔無漏注。

⑦對灌漿效果進行檢查評定。

采用P-Q-t曲線法。

涌水量對比法：淹灌基坑時實測水位上漲與涌水量S-T曲線與基坑試驗抽水q-t-s曲線比較；

檢查孔取芯法。

4.3、灌漿實施中主要技術(shù)措施：

①在灌漿孔施工過程中翔實記錄巖石破碎、漏水漏漿、空洞掉鉆。

②復(fù)雜地段取芯鉆進，觀察描述巖芯，鉆孔中漏漿、掉鉆、破碎、溶洞等異常情況記錄、袖閥管套殼料質(zhì)量驗收檢查。

③對灌漿壓力控制和結(jié)構(gòu)抬動監(jiān)測，防止結(jié)構(gòu)及管線破壞。

④灌漿過程中，孔中壓注“酸性大紅”指示劑示蹤試驗，查明五處巖溶地下水匯水集中補給通道，在通道處采取單孔重復(fù)多次注漿、間歇注漿、群孔大流量輪番注漿工藝。

⑤溶洞多分布在23-29米段，三排總計410個灌漿孔中見溶洞及破碎、漏水現(xiàn)象的異?？壮^50%。尤其基坑北端、東北角、東端，注漿孔單孔灌入量均在40立方米以上在此灌漿段內(nèi)注漿量最大，本注漿段灌入水泥3000多噸，水玻璃1000多噸，W127孔壓注指示劑瞬間在基坑內(nèi)涌出，此孔灌入水泥55噸，水玻璃44噸。

⑥前序孔灌漿量大，后序孔灌漿量減小，尤其是第二排孔，符合灌漿規(guī)律，第二排設(shè)計目的加密、加強、再充填。

⑦吸漿量大、壓力長時間不升高的灌漿孔，調(diào)整漿液配比，采取間歇灌漿、重復(fù)多次灌漿工藝，發(fā)生相鄰孔串漿情況串漿孔采取同時同壓力灌漿工藝。

⑧對有些孔吸漿量小壓力升高快的，要求調(diào)整漿液甚至變換為水泥單液注漿，這樣使每個孔都能發(fā)揮作用，確保帷幕整體抗?jié)B質(zhì)量。

⑨對吸漿量大的孔，要求重復(fù)鉆孔多次注漿，灌漿壓力逐步升高。

4.4、總體效果及評價

根據(jù)前兩段注漿情況分析，地下水集中補給通道已經(jīng)基本上完成封堵或者由管道流轉(zhuǎn)變?yōu)闈B流狀態(tài)，且基坑結(jié)構(gòu)底板監(jiān)測表明底板開始上抬，為了加強注漿效果，采用基坑試驗抽水情況下，人為造成基坑內(nèi)外水位差，引導(dǎo)漿液向出水點細(xì)小裂隙通道填充、匯集加固補強的“引流注漿”工藝1，在第三注漿段注漿過程中采用，注入水泥700多噸，水玻璃100多噸。后期的注漿孔取芯發(fā)現(xiàn)巖石裂隙有水泥漿液填充。在基坑注漿取得一定效果的基礎(chǔ)上，進行試抽水，采用涌水量對比法：淹灌基坑時實測水位上漲與涌水量S-T曲線與基坑試驗抽水q-t-s曲線比較發(fā)現(xiàn)隨著水位降低二者偏差越來越大，表明灌漿取得預(yù)期效果。

基坑抽水到底，灌漿影響外圍第四系沙層水位觀測及基巖深孔水位觀測表明水位無異常。通過對底板下10米鉆檢查孔2個，揭露巖芯巖層裂隙全部為漿液充填，溶洞也為漿液填充。決定原設(shè)計對基坑下部7-10垂向上補給通道灌漿工程量取消，灌漿止水工程成功。

5、結(jié)語

采用袖閥管灌漿工藝處理巖溶及斷裂帶發(fā)育造成基坑突涌事故，為類似案例提供借鑒。

補充勘察車站處于白堊系石灰質(zhì)礫巖與石炭系灰?guī)r交界，巖溶發(fā)育地下水補給充沛，且發(fā)育斷裂帶，前期對基巖水文地質(zhì)條件分析研究工作量不足，認(rèn)識深度不夠。圍護結(jié)構(gòu)加深可切斷基坑內(nèi)外水力聯(lián)系，教訓(xùn)值得吸取。

監(jiān)測鄰近已澆筑完成的底板、中板頂板最大達(dá)抬升230mm，造成第二段厚度900mm底板縱向開裂，對混凝土結(jié)構(gòu)造成一定破壞，需要重視和加強灌漿壓力控制和做好監(jiān)測。

參考文獻

1、《引流注漿治理東龐礦特大陷落柱突水災(zāi)害》郭啟文2005年8月《煤炭科學(xué)技術(shù)》第33卷第08期endprint