27号进出线中间竖井岩溶处理方案综述

1、 武汉市轨道交通27号线一期矿山法施工部分BT项目第二标段30处项目部进出线中间竖井岩溶处理方案CCMC中煤三建（武汉）轨道交通建设管理有限公司2015年12月1、工程地质与水文条件纸坊停车场出入场线RZK0+5（隧道端头ZK44+148）RZK1+300为暗挖段，长度1295m，拟采用矿山法施工，RZK1+300RZK1+460，长160m，拟采用明挖法施工。据纸坊停车场出入场线段详勘岩土工程勘察报告，RAK0+300以后主要穿越青龙山区。RAK0+50RAK0+300段地表建筑物，主要以13层低层、47层多层建筑为主，基础类型主要为条形基础、人工挖孔桩；高层建筑主要为新开发的楼盘中建龙城1

2、4层，以及江夏实验中学，基础类型为筏板基础、钻孔桩基础。2.2.1地形气象江夏区属江汉平原向鄂南丘陵过渡地段。地形特征是中部高，西靠长江，东向湖区缓斜。北部为丘陵地形，呈东西向带状，横亘于网状平原和冲积平原之间，东部和西部为滨湖滨江平原，中部和北部有成片海拔150m左右的冈丘。东、北、西南三面临湖。纸坊停车场出入场线中部为剥蚀丘陵（青龙山），北侧垄岗状平原，东侧为丘陵坳谷。地面高程40.5105.6m。隧道标高+15+20m。多年平均降雨量1204.5mm，最大年降雨量2107.1mm，最大月降雨量820.1mm（1987.6），最大日降雨量317.4mm（1959.6.9），最小年降雨量57

3、5.9mm，降雨一般集中在68月。1、 地层及围岩类型暗埋段最大埋深约76m，最小埋深约9m。隧道上覆盖层5.750m，以第四系人工填土及黏性土为主，局部夹角砾、碎石。基岩（1）第四系全新统地层 素填土（1-1）：褐灰黄褐色，潮湿饱和，主要由黏性土组成，局部夹少量碎石、植物根茎。主要呈硬塑状，层厚0.84.5m。 杂填土(1-2)：褐黄、褐灰等杂色，潮湿饱和，疏密不均，由黏性土与砖块、块碎石、混凝土等建筑垃圾混合而成。层厚0.56.8m，较连续分布在道路、居民点表部，堆积年限一般小于20年。 种植土(1-4)：褐黄、褐红色，潮湿饱和，主要由黏性土组成，上部含少量植物根系等。层厚0.52.0m，

4、较连续分布于青龙山林区、农田等处。（2）第四系中更新统地层 粉质黏土(10-1)：褐黄色，灰褐色，硬塑，压缩性中等偏低，含铁锰质结核及少量条带状高岭土，其厚度1.06.3m。 粉质黏土夹碎石(10-2)：灰色，灰褐色，硬塑；中偏低压缩性，含铁锰质结核，质不均，砾石含量约2030%，粒径0.52cm为主，个别可达6cm以上，砾石成分主要为石英砂岩、硅质岩等，棱角状；厚度0.817.9m，局部可达37.6m,主要分布在覆盖层中下部，分布不连续。（3）第四系坡残积地层 红黏土（13-2a）：褐红褐黄色，呈湿、硬塑状，含铁锰质氧化物，局部含砾石，含量一般小于5%，砾石呈棱角次棱角状，粒径一般在0.52

5、.0cm间，广泛发育于场区石灰岩分布区表层，层厚约为1.019.4m,层顶埋深034.8m。 红黏土（13-2b）：褐红褐黄色，湿、软可塑状态，中偏高压缩性，含铁锰质氧化物，含少量碎石，碎石成份主要为石英砂岩，少量为灰岩、粉砂质泥岩，呈棱角次棱角状，粒径一般在0.52.0cm间，含量一般小于5%，该层不连续分布于13-2a层下部灰岩岩面附近，层厚2.310.5m。 红黏土夹碎石（13-2c）：褐红褐黄色，主要呈硬塑状，局部可塑软塑状，含铁锰质氧化物，碎石呈棱角次棱角状，含量一般2030%，在山前坳谷地带碎石相对富集，粒径一般在25cm间，个别可达10cm以上，野外露头局部夹漂石，最大可达1m以

6、上，碎石成份主要为石英砂岩、硅质岩等，层厚1.523.5 m。 角砾（13-2e）：灰灰褐色，饱和，中密密实状；角砾含量约6070%，粒径240mm为主，少量达5cm以上，棱角状，成分主要为砂岩、灰岩，充填物为粗砂及黏性土。零星分布于覆盖层底部，层厚3.026.3m。碎石（13-2f）：灰色，饱和，中密；碎石含量约60%，粒径24cm为主，个别大于8cm，碎石成份主要为石英砂岩、硅质岩，主要由粉质黏土充填。零星分布于覆盖层底部，层厚2.08.0m。 角砾（煤）（13-3）：灰黑色，饱和，密实；主要为坡积的炭质泥岩、泥灰岩质碎石角砾及泥状煤等，岩芯呈1-5cm角砾状。该层零星分布于覆盖层底部，主

7、要分布于岩面低洼处，局部厚度大于25m。 残积黏性土：灰白色夹褐红色，褐黄色，可塑硬塑，土质不均，含角砾，砾石含量约1030%，成分主要为硅质岩、砂岩和泥岩，部分角砾风化成土状。主要分布于RAK1+100纸坊停车场区域，层厚变化大，层厚1.222.2 m，分布不连续。（2）基岩 强风化硅质岩（17c-1）灰色，灰黑色，隐晶质结构，薄层状构造，岩性脆，岩石受风化影响严重，岩体结构、构造基本被破坏，岩体破碎。分布在CRAK0+392+677段基岩顶部，层厚3.010.7m， CRAK1+250附近也有个别钻孔揭露。 中等风化硅质岩（17c-2）：深灰色，隐晶质结构，薄层状构造，岩性脆，节理裂隙发育

8、，岩体破碎，属于较软岩。分布在CRAK0+392+677段基岩顶部，层厚01.4m。中等风化灰岩（17d-2）：深灰色，微晶结构，波状微纹中厚厚层状构造，方解石脉总体发育，含少量生物碎屑，顶部见黑色硅质结核。裂隙发育，倾角45°65°，属硬质岩。出入线段大部分区域均有分布。 微风化灰岩（17d-3）：深灰色，微晶结构，波状微纹中厚厚层状构造，方解石脉总体发育，含少量生物碎屑，顶部见黑色硅质结核。裂隙不甚发育，属于硬质岩。出入线段大部分区域均有分布。（2）岩溶 溶洞（21-1）：基本无充填，部分溶洞底部充填有少量溶蚀残块、黏性土等，顶板厚度为0.314.7m，洞高约为1.08

9、.2m。 岩溶充填物（21-2）：褐红、褐黄色，流塑硬塑状，多含碎石，不均匀，碎石呈棱角次棱角状，含量一般525%，粒径26cm为主，少量大于20cm，为本区段岩溶主要表现形式。洞高约为0.213.0m。 岩溶化灰岩（21-3b）：微晶结构，层状构造；岩质较硬，岩溶裂隙发育，岩体破碎，取出岩芯多呈碎块状及不规则柱状，岩体仍具有一定强度，但完整性较差，透水性中等，工程性质较中微风化基岩大幅度降低。（3） 隧道综合围岩分级 表1.1 隧道综合围岩分级表左右线里 程岩土围岩分级围岩综合分级隧 底边 墙拱 顶岩土特征围岩分级岩土特征围岩分级岩土特征围岩分级左线CRAK0+5CRAK0+65中等风化灰岩

10、中等风化灰岩可塑软塑状红黏土CRAK0+65CRAK0+90中等风化灰岩中等风化灰岩灰岩厚度较薄，可塑软塑状红黏土为主CRAK0+150微风化灰岩中等风化微风化灰岩中等风化灰岩CRAK0+225中等风化灰岩中等风化灰岩，局部为岩溶化灰岩中等风化灰岩，局部有溶洞CRAK0+390微风化灰岩微风化灰岩微风化灰岩CRAK0+410中等风化灰岩中等风化灰岩中等风化灰岩，局部有溶洞CRAK0+410CRAK0+520微风化灰岩微风化灰岩微风化灰岩CRAK0+710中等风化灰岩，局部有溶洞中等风化灰岩，局部有溶洞中等风化灰岩，局部有溶洞CRAK0+930中等风化灰岩中等风化灰岩中等风化灰岩，局部有溶洞CR

11、AK1+150中等风化灰岩中等风化灰岩，红黏土红黏土，红黏土夹碎石，角砾等CRAK1+300残积黏性土，粉质黏土夹碎石残积黏性土，粉质黏土夹碎石残积黏性土，粉质黏土夹碎石，红黏土右线RAK0+5+65中等风化微风化灰岩中等风化灰岩，局部有溶洞可塑软塑状红黏土为RAK0+65+200中等风化微风化灰岩中等风化灰岩，局部有溶洞灰岩厚度较薄，可塑软塑状红黏土为主RAK0+300中等风化微风化灰岩中等风化灰岩，局部有溶洞中等风化灰岩，局部有溶洞RAK0+490微风化灰岩微风化灰岩微风化灰岩右线RAK0+520中等风化微风化灰岩中等风化微风化灰岩中等风化灰岩，局部有溶洞RAK0+550中等风化灰岩，局部

12、有溶洞中等风化灰岩，局部有溶洞中等风化灰岩，局部有溶洞RAK0+660微风化灰岩,局部为中等风化灰岩中等风化灰岩,局部为微风化灰岩中等风化灰岩 RAK0+685岩溶化灰岩，局部有溶洞岩溶化灰岩，局部有溶洞岩溶化灰岩，局部有溶洞RAK0+800微风化灰岩微风化灰岩,局部为中等风化灰岩中等风化灰岩RAK0+825微风化灰岩中等风化灰岩中等风化灰岩RAK0+885岩溶化灰岩岩溶化灰岩，局部有溶洞岩溶化灰岩，局部有溶洞RAK0+950中等风化灰岩可塑软塑状红黏土可塑软塑状红黏土RAK1+300残积黏性土，粉质黏土夹碎石，角砾等，局部有岩溶化灰岩残积黏性土，粉质黏土夹碎石，角砾等红黏土，粉质黏土夹碎石，

13、角砾等2.2.2构造 出入场线段穿越青龙山向斜，RAK0+5+500段位于向斜北翼，RAK0+500RAK1+300为向斜南翼。地质构造较复杂。倾角0°25°。穿越地层主要为二叠系灰岩，局部岩溶较发育，岩溶以垂向发育为主。武汉位于华中地震区的中西部地震分区内，该分区属我国东部大陆地震活动的中强地震区，区域内地震的复发周期长，一般以中级地震或震群活动为主。2.2.3水文地质一般在59月降水量丰富，地下水水位高，水量较大，104月降水量较少，地下水水位较低，水量相对较小。青龙山南侧志留系粉砂质泥岩分布区为场区地表水及地下水分水岭，分水岭北侧地下水向北渗流排泄，排泄区主要为地势低

14、洼的青龙水库，青龙山北侧山体区域受山顶水塘入渗影响，地下水位局部略高。 RAK0+500RAK1+100段东侧200m有鱼塘，西侧约300m处水库，水位季节性变化较大，旱季时干涸。正常对隧道施工影响较小，若遇到导水性良好的岩溶管道，可能成为补给水源。 RAK0+148+380,RAK0+900RAK1+150段为承压岩溶水区，年水位变幅一般38m；RAK0+380+900为潜水岩溶水分布区，年水位变幅较大，雨季强降水水位上升可能大于20m；RAK1+150+300段为残坡积区，水位埋深多在2530m，周围地势较高，该段岩面低洼，年水位变化幅度较大。地下水划分为上层滞水、松散岩类孔隙水、基岩裂隙

15、水和岩溶水四种类型。（1）上层滞水：主要赋存于填土层中，其含水与透水性取决于填土的类型。上层滞水的水位连续性差，无统一的自由水面，接受大气降水和供、排水管道渗漏水垂直下渗补给，水量有限。勘察期间，测得上层滞水水位埋深0.52m。（2） 松散岩类孔隙水：第四系松散地层中孔隙水主要赋存红黏土下方的13-2e、13-2f、13-2g角砾、碎石层及角砾（煤）中，含水层厚度一般1.326.3m。由于13-2e、13-2f、13-2g层多呈透镜体状分布，含水层较为封闭，补给相对困难。（3 ）基岩裂隙水：赋存于强中等风化灰岩裂隙中，由上覆含水层下渗补给。（4 ）岩溶水：主要赋存于二叠系灰岩溶沟、溶槽或溶洞中

16、。因灰岩顶部一般有较厚的黏土隔水层，大气降水不易渗入补给地下水，以接受相邻的基岩裂隙水补给为主，岩溶水水量一般中等。水位埋深2.060.0m，在青龙山山前及山区局部区域具有承压性，另外由于场区岩溶较发育，岩溶形态复杂、充填物性质多变。不排除部分地段有较好的储水构造和入渗补给条件。表1.2 预计涌水量表序号位置里程预计涌水量m3/hm3/d.m1RCK0+148 +300193.062RCK0+300 +45030.523RCK0+450 +90021711.604RCK0+900 RCK1+20050.415RCK1+200 +300389.20 预计正常涌水量120m3/h，最大167m3/

17、h。2.2.4地质隐患及措施(1) 溶洞弱中等发育，线岩溶率13.7。岩溶多呈串珠状，岩溶裂隙较发育。揭示的单个溶洞或岩溶充填物洞高多为16m，最大的可达24m，有突水突泥、底板塌陷、土洞充填物冒落等隐患，采取物探和钻探配合，先探后掘。钻探下套管5m，前方超前距10m，帮部底板控制范围5m。(2) 对底板溶洞充填注浆、换填加固。对顶板帮部溶洞超前支护，换注浆、换填。防止涌水、抽排产生地面塌陷，造成周围建(构)筑物破坏或拉裂等。(3) RAK0+300800附近通过向斜核部，节理裂隙发育，岩体破碎。向斜核部为储水构造，水量较大，岩溶发育，本段施工时的地质风险较大。(4) 暴雨季节岩溶水水量会较大

18、。加强地面观测、涌水量观测，制定应急预案。(5) 未发现有害气体，但地质条件具备局部有害气体的可能性。施工过程中加强通风。(6) 加强隧道结构及既有建构筑物的监控量测，根据监测结果和实际地层条件，进行信息化施工，下穿、侧穿重要的建构筑物时宜采用超前大管棚减小拱顶围岩地层变形。2岩溶处理目的2.1 确保结构施工期间安全。本竖井采用明挖法进行施工，随着施工期间围护结构的施工，溶洞的边界条件发生改变，溶洞的力学性质随之变化，通过对溶洞进行预注浆处理，充填溶洞，使溶洞力学性能得以改善，保证结构施工期间安全；2.2 满足永久结构的承载力、变形。溶隙和溶洞填充物性质较弱，随着时间的推移，并受周边的环境变化

19、以及地下水活动的影响，很可能出现洞体坍塌现象。通过对溶洞进行压密充填处理，提高溶隙和溶洞填充物的长期承载力；2.3 降低施工期间突水、突泥事件发生的机率。明挖法施工部分，部分岩溶中可能充填水和粘土碎石充填物，随着施工期间围护结构的施工，岩溶可能造成基坑侧面及底面突水、突泥事件的发生。通过对浅层、薄板溶洞的充填加固处理，相当于增加溶洞上覆土体厚度，从而降低突水、突泥事件的机率；2.4 防止地表塌陷和过大沉降。位于隧道顶的部分溶洞，其填充物为淤泥、砂层和粘土，而隧道底为中、微风化石灰岩，是典型的上软下硬地层。不少溶洞呈串珠状分布于隧道工作面范围，由于溶洞夹板为岩层，难以形成土压平衡掘进模式。通过处

20、理，使隧道顶的地层和工作面土体能保持稳定，防止拱顶坍塌和工作面土体流失，减少地表沉降；2.5 满足永久隧道结构的承载力、变形、防水要求。溶洞填充物和灰岩地层承载力有很大的差别，通过地层处理可提高该处地层的承载力，减小不同地层之间的差异沉降，减少管片渗漏，以满足地铁正常运营要求。3岩溶处理的原则根据本标段工程地质和水文地质资料以及有关规范、规程的建议，并结合武汉市轨道交通7号线一期工程岩溶处理专项设计技术要求及专家意见，本区段岩溶处理原则如下：3.1 溶洞处理需在围护结构施工前进行，处理完毕经过相关地基检验合格之后方可进行围护结构施工；3.2 围护桩每隔一根桩进行超前钻孔验证，钻孔深度至竖井底收下不小于6m，若发现溶洞，需要对临近桩基进行钻孔验证并处理，直到找到溶洞边界为止；3.3 对需要进行处理范围内详勘溶洞进行加密钻孔验证，对影响竖井围护桩受力及使用的溶洞需要进行处理，处理范围包括溶洞本身，溶洞顶、底板岩土分界面的岩体；3.4 竖井锚杆施工时兼作探查溶洞作用，发现遗漏溶洞及时进行注浆处理。4岩溶处理方法通过比较，对不同的溶洞采取不同的处理方法。4.1无填充溶洞和半填充溶洞对大于2m的无