中铁大连地铁五号线有限公司 大连 116000
摘要：盾构法施工隧道因受外界因素影响小且具有安全快速的特点而得到广泛应用，但盾构法受地质条件影响较大，尤其当盾构机通过溶洞时，存在极大安全隐患，本文就溶洞的发现和处理提出了系统的方法和策略，提供了可借鉴的经验。
关键词：盾构施工；溶洞
1工程概况
大连地铁5号线前盐站～后盐站区间从前盐站起，沿光明路由南向北下穿振兴路至后盐站止，区间全长812 m，区间覆土厚度6.9~16.7m。
本区间段部分场地分布有强风化石灰岩层，石灰岩为可溶岩，岩溶为本场地的主要不良地质作用。
2溶洞的探测
针对城区物探环境，传统物探方法皆具有一定局限性。电磁方法、直流电法（高密度电法）受硬化地表及地下金属管道影响，适用性及抗干扰性差；地震方法（反射、地震映像）受城市振动干扰及地表高速层影响，效果不佳；地质雷达受地下管线、金属物及地下水影响，探测深度及精度不够。
本次岩溶物探采用了天然源面波法，微动方法场地适应性广、抗振动干扰能力强且无需人工震源，并且有很高的验证率。该方法能准确可靠度查明工程范围内岩溶平面位置、埋深、规模等发育状况，并综合评价区域岩溶发育等级。
天然源面波法属于地震勘探方法之一，它以各种微弱振动为震源，通过二维台阵形式采集信号，采用专业软件分析这种弹性波在地下介质中的传播特征来探测异常目标体。城区的各种天然、人工振动正好可以作为微动的震源，对地表状况无特殊要求，尤其适于城区复杂干扰环境。
工作原理可用图1所示流程图表示。采用空间自相关法（SPAC）从微动台阵记录中提取瑞雷波频散曲线，计算视S波速度（Vs），再经插值光滑计算获得二维视S波速度剖面。微动速度剖面能准确、直观地反映地层岩性变化及异常体状态，是地质解释的重要参考依据。
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图1微动探测原理流程图
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图2微动采集设备2HZ检波器
微动数据采集一般使用地震仪与配套低频检波器（2Hz）或一体式地震记录仪完成。微动探测设备采用美国Geometrics公司产的NZXP高精度地震仪、2Hz三分量低频检波器及其它配套设备，见图2所示。
前盐站～后盐站区间勘察发现溶洞18个，溶洞发育不规律，揭露洞高0.30～4.40米，揭露洞顶埋深3.10～16.20米，场地可溶岩区钻孔见洞隙率为33.3%，线岩溶率1.3%，岩溶发育等级为强烈发育，且溶洞多呈串珠状形态发育，存在横、纵向连通的可能。
3溶洞处理的目的
盾构机在岩溶地区施工时经常面对地层交接面及溶洞，刀盘切削面软硬不均，切口环切割地层时阻力不同，盾构机表面和隧道间的摩擦力不均匀，在地铁施工与运营过程中，可能发生盾构机载头、盾构偏心及岩溶塌陷等问题，因此必须对溶洞提前进行处理，确保施工安全。
4溶洞处理的范围
盾构隧道岩溶处理遵循以地面预处理为主，洞内处理为辅的原则，通过结合现场实际情况，根据岩层及土层特性，参照以下要求执行：
1）为保证施工期间的安全和使用期间的正常运营，所有勘察资料揭露的的溶洞必须处理。
2）隧底溶洞的处理范围
①底板以下5m内溶洞必须处理。
②底板以下5～10m范围内的溶洞，若覆岩比＜1，需进行充填处理；若覆岩比≥1，无需进行充填处理（注：覆岩比为溶洞顶板上方中风化岩石厚度与溶洞跨度的比值）。
（3）隧道左侧、右侧、上侧的溶洞处理范围
处理范围为隧道结构轮廓线左侧、右侧、上侧各外放3m范围内。
5溶洞处理方式方法
溶洞的处理主要包括地表和隧道内两种方式。
1）地表溶洞处理法
地表处理主要采取压力填充的方法，填充料主要为水泥浆或水泥砂浆，结合前盐站～后盐站区间勘察揭露的溶洞内填充物情况，填充物主要为流塑性黏土，主要采用注浆方式处理，对填充物是可塑、硬塑黏土的溶洞不做处理。注浆采用0.5：1-1：1水泥浆，注浆压力0.5Mpa，注浆速度30-70L/min，注浆扩散半径为1.5m，每个注浆孔每米的注浆量初步按照2.0立方米考虑，对于溶洞水有流动性，在浆液中加入速凝剂或采用双液浆，最后需要进行一次压密注浆。对大于2m的无填充或半填充溶洞，先采用高压风投砂充填空洞，再采用注浆加固，注浆时压力逐渐增大，间歇反复压浆。具体分类处理详见图3所示。
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图3岩溶分类处理示意图
2）隧道内溶洞处理法
通过盾构机增加360°超前钻探及物探设备进行超前探测，通过预留超前钻探孔进行多角度探测，并根据溶洞分布进行注浆及回填处理。
随着盾构整体推进，管片拼装完成后，用物探手段对隧道拱顶及两侧拱腰进行探测，如发现隧道周边1m范围内存在未发现溶洞时利用管片注浆孔进行注浆加固。为保证隧道管片后期运营安全，对管片后进行探测，并通过管片注浆孔对溶洞进行补充注浆处理。
盾构贯通后，在道床施工前，从管片注浆孔打设钻孔对底部溶洞进行探测，探孔深度3m，如发现基底以下存在尚未处理溶洞，从隧道内对溶洞进行注浆加固处理。注浆完成后预埋塑料管引出道床顶部并做好保护措施，便于后期对隧道底部进行注浆处理。
6效果检测与分析
加固后的土体具有均匀、自立、密闭的特点。灌浆加固效果检查方法是在灌浆固结体内钻孔取芯，坑底溶洞加固体28d无侧限强度≥0.2MPa，渗透系数≤10-/6/cm/s，若不满足上述要求，重复上述施工，取芯数量为溶洞处理钻孔个数的5％。
对充填的溶洞进行标贯试验、静力触探试验，以注浆孔为圆心，半径0.5m范围内，经处理的原有充填物的标贯击数不低于10击；比贯入阻力Ps不小于1.5MPa。
7结语
经过前后历时3个月的施工，前盐站～后盐站区间盾构施工范围内的溶洞均得到了较好的处理，盾构机已平稳通过探明的溶洞里程位置，未发生任何异常，这说明整体应对策略在本工程实例中是行之有效的，可供类似工程借鉴。
参考文献：
[1]张风详，傅德明 盾构隧道施工手册 北京 人民交通出版社 2005
[2]鞠世建 复合地层中的盾构施工技术 北京 中国科学技术出版社2006