苏伟强
（广州轨道交通建设监理有限公司，广东 广州，510010）
摘 要 在临近地铁结构的地保监控项目建设过程中,常会遇见溶洞、土洞层等特殊地质情况。基于广州白云区广州设计之都基础设施综合开发项目特殊地质区的工程桩施工,介绍了地质地貌条件，根据大量钻探资料及工程经验,对在地铁保护区域溶洞地层进行旋挖桩施工时常见的问题进行归纳、总结，以便今后在此类地质条件下进行桩基施工地保监控时，能够提前预防，确保地铁既有结构安全及地铁列车运营安全。
关键词 地铁保护区 溶洞 预防措施 处理方法
1前言
岩溶地貌在我国岩溶在我国各省均有分布，由于岩溶形态各异，岩面起伏，顶板稳定性差，岩溶水呈动态变化，使得岩溶地区桩基施工困难、成桩质量差、桩基不稳，最终导致桩基失效。因此，在岩溶地区桩基穿越溶洞时，采用科学合理的施工工艺尤为重要。溶洞等不良地质的存在，使临近地铁结构的外部作业工程在基坑施工及结构回筑施工过程对地铁结构形成一定影响，通过参考广州白云区广州设计之都基础设施综合开发项目溶洞地区旋挖桩施工时的常见问题和事故，并提出预防及处理方法。
2工程概述
2.1工程地理位置、周边环境及简况
广州设计之都基础设施综合开发项目（一期工程），位于广州市白云区鹤龙街黄边村管辖范围内，北起黄边北路，南至白云三线，东起广云路，西至云城西路延长线（在建），紧靠地铁2号线黄边站，平行地铁区间，占地面积约17.7万平方。
基坑工程与地铁2号线区间位置关系：本基坑东北角临近地铁2号线黄边站，基坑东侧空港大道下方为2号线区间隧道，2号线区间隧道距基坑支护结构约 14.1~43m，黄边站和区间隧道埋深约 11m，是本工程基坑开挖重点保护对象。
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3工程地质和水文条件
3.1工程地质概况
3.1.1工程地质
本工程场地内所揭露地层的地质时代、成因类型、岩性特征、风化程度等工程特性，将场地内岩土层分为填土层<1>、冲洪积土层<2>、残积层<3>、岩石全风化带<4>、岩石强风化带<5>、岩石中风化带<6>、岩石微风化带<7>共七大层，部分地层根据地质描述需要进一步再细分亚层。
3.1.2不良地质现象
根据目前已完成的81个钻孔分析，溶洞多数为无充填，部分为半充填或少量充填，充填物多为灰黑色软塑、可塑状粘性土、砂土及风化岩屑。场地溶洞53孔有揭露，钻孔见洞隙率达65.43%，发育高度0.20～15.00m，平均高度3.10m，工程桩成孔过程中，溶洞的分布会造成泥浆的流失，给施工带来困难。
图3黄边地铁车站典型工程地质剖面图
3.2水文地质条件
本场地位于珠江冲洪积平原上，地势较平坦，拟建场地内无河流、水塘等地表水体。场地的地下水的埋深介于0.60～ 4.50m 之间，地下水位变化幅度约1～5m。在钻探揭露深度范围内主要有如下形式的地下水：
1）上层滞水：主要赋存于填土中，补给来源主要靠大气降水，补给量受季节的影响明显。
2）潜水：主要赋存于中粗砂<2-5>中， 砂层的透水性较好， 含水量较丰富。补给来源于降雨下渗补给及相邻含水层的侧向补给；局部砂层顶部为粘性土层， 砂层地下水具有微承压性。
3）岩层中的裂隙水，与基岩的裂隙发育及其连通性有关，主要的补给来源为大气降水及相邻含水层越流补给，补给量受岩体破碎程度及范围的影响明显， 裂隙水具有一定的承压性。
4）岩溶水，主要含水层为灰岩、溶洞，本场地揭示的岩溶发育在下伏岩层中，溶洞、土洞有顶板覆盖，因此，岩溶水具有承压性。岩溶水水量大小与溶洞大小、充填性、连通性有密切关系。
4工艺特点
（1）旋挖钻机自身自动化程度高、成孔速度快、成桩质量高
（2）针对旋挖钻机施工对地层变化适应性较差，在溶洞处进行桩基施工易存在塌孔、漏浆、卡钻等缺陷。通过以下措施进行改进：
①加钻头储备，保证施工时钻头更换及时。
②现场储备膨润土用于优化泥浆性能、储备优质黄泥用于提高泥浆粘度。
③配备孔径仪用于校验成孔过程中垂直度、扩孔、塌孔情况。
④ 配备 3~4.5m 长护筒 10 个。
（3）环保特点突出，施工现场干净。（4）避免施工中多种施工机械的转换工序的增加，减少施工复杂度。
5溶洞地层界面旋挖钻进过程的要点钻头放置于桩孔位后即可进行加压钻进工作，在钻渣达到一定装斗量时，将钻杆反转 1～2 圈，使回转斗斗门关闭，即可提钻，倒出钻渣，操纵上车回转至桩位，继续下一轮钻进作业，如此周而复始。具体操作要点如下：
（1）当钻孔将至溶洞地层界面时，细心观察筒钻带出土体的变化情况，并与勘查报告核对，做好深度记录，同时放慢钻孔速率，稍许加压，以防止钻进速度过快，造成卡钻、埋钻等不利事情出现。
（2）当钻头进入溶洞时，记录溶洞顶深度，采取慢速施工，延长筒钻旋转时间，使其能与土体、岩体充分研磨，让孔壁行成较好泥浆护壁，每斗钻进深度控制在 30cm 左右，不宜过快，并上下提升扫孔。如此反复直到施工到溶洞底部。
（3）钻进过程中注意观察泥浆渗漏情况，具体分两种：
①当溶洞相对独立，与周边溶洞没有行成贯通时，泥浆不渗漏或渗漏轻微。此种情况可继续向下钻孔。但在钻进过程中，需随时注意地层变化情况，并在地层变化处取土样进行判定，同时将土样描述记入记录表中，以便与地质剖面图核对。成孔深度根据测定好的深度进行控制，严禁超挖超打，钻孔过程中旋挖机钻出的土方及时用挖机清运打堆并翻运至不影响施工的位置。
②当施工桩与周边桩位溶洞存在贯通时会发生严重泥浆渗漏问题。因此，在钻进过程中注意观察泥浆渗漏情况，如有严重渗漏，需及时回补浆液，控制液面水头不低于护筒。具体处理措施如下：
a.根据勘察报告资料内容分析溶洞影响范围，确定渗漏量。
b.当钻进施工至溶洞底时，将旋挖钻机移动至下一施工桩位，并对此桩下导管，灌注 C20 早强混凝土，混凝土终灌面控制在溶洞顶部以上 1m左右，实际操作用时，用测绳量测混凝土面深度，达到预设深度时，将导管提出拆除。等待 6h 后，挖除桩孔内混凝土直至设计标高；如此做法的目的是利用混凝土凝固使桩周边溶洞溶隙得到密实，使贯通的溶洞阻隔，可以保证成桩质量。
6常见问题的预防及处理方法
6.1掰齿 、钻头损坏和钻杆断裂事的预防方案
（1）钻头处理。溶洞地层虽然岩石碎裂、裂隙发育 ，但挤密结实，且钻进时钻头受力不均，大多数处于冲击受力状态 ，容易发生掰齿 、钻头损伤等问题。钻进溶洞前，需要加固钻齿焊接。经常检查钻头各部件焊接处。察看是否有焊缝开裂的情 况 。
（2） 操作方式控制。在溶洞地层中钻进，采用“低钻速，变加压 ”的原则，可避免掰齿、钻头损伤、钻杆折断等事 故 。
6.2斜孔的预防方案
溶洞地层软硬不均。岩面倾斜，钻头常处于不均匀受力状态，钻进走向容易倾向于硬度低的一边，造成斜孔。斜孔的预防措施如下。
（1）直筒筒钻与嵌岩钻斗配合钻进。先使用筒钻钻进，形成导向并制造自由面，再由嵌岩钻斗钻进捞渣，避免斜孔 。
（2）加高筒钻、加强导向，预防斜孔。
（3）采用轻加压或自重加压钻进操作方式，直到钻头全部吃入岩层后再正常钻进。
6.3卡钻的预防方案
旋挖钻机在溶洞地层钻进时，当钻头穿越溶洞顶板后，钻头偏向溶洞一侧 ，提钻时可能形成卡钻 ，因此 ，需要在施工前针对地层特点设计专用筒钻。
施工前，在方头筋板上补焊导向筋板，避免钻头从方头项部至钻筒项部之间与岩体接触 的部位从上至下有明显的台阶。最大限度保证平滑过渡。如果筋板有足够的强度。也可以在 其中一组对角筋板上焊截齿，截齿朝向卡钻的岩体，靠钻齿切削卡钻部分岩石，提出钻头。
6.4漏浆的处理方案
6.4.1漏浆处理准备
若溶洞地层与地下暗河或其他溶洞相通。钻孔过程中泥浆容易流走。水头高度下降会造成漏浆，导致孔内水头压下降，引起孔壁坍塌。因此钻孔过程应设法控制漏浆。为应对漏浆，溶洞地层施工前，要依据地质报告和桩位布置图中所给的溶洞高度和周围桩孔同一深度溶 洞的分布范围。估算所要施工溶洞所在的相通溶洞的大概容积。保证泥浆池容积至少为计算 所需泥浆量的2倍 。并保证有足够的储浆量[ 泥浆泵和补水用的水泵的型号都要比常规型 号大，保证漏浆时快速补浆和补水。同时，准备足够的填充物于待钻孔附近，填充物可以选 择以下材料 。
（1）加水的膨润土、锯末、粘土以及水泥等软塑状混合体 。
（2）片石和打包的散状粘土。选择片石的大小时，要考虑所用钻斗进土口的大小，片石最好为泥岩块，且硬度不能过大。
（3）块状胶泥。此材料不透水，且塑性、粘性均很好，填充后用钻头反钻压实，可充分填充溶洞空间。再次钻进时也不容易发生塌孔。
6.4.2漏浆处理方案
（1）钻孔时，发 现孔内泥浆缓慢下降，应及时补浆、提出钻头，向孔内加膨润土、锯末、粘土、水泥的软塑状混合体，放入钻头，钻机浮动反转将混合体挤入岩石裂隙，以阻断泥浆流失。
（2）若发现孔内泥浆面快速下降、漏浆太快，散填难以达到目的，应及时大量补浆、补水，且快速提出钻头。将片石和打包的散状粘土或块状胶泥，短时间内大方量投入，放入钻 头，钻机浮动反转，直至浆液面不再下降为止。
6.5塌孔的处理方案
（1）漏浆引起的塌孔处理方案。除了补浆和回填堵漏外，还要向孔中放入适量膨润土及其他配制泥浆的材料，钻头扰动搅匀，保证泥浆的各项参数。迅速在泥浆池中补水，加入定 量的泥浆配制材料，搅拌均匀，随时保证足够的储浆量。若塌孔较严重，需要用片石加打包 的散状粘土或块状胶泥回填至严重塌孔位上方0.5～1 m，钻机浮动反转压实稳定一段时间后 ，再重新钻进 。
（2）溶洞填充物坍塌处理方案。溶洞填充物常常是流塑状的粘土或淤泥。钻孔后不稳定，坍塌后会沿着孔壁流向孔底。这就需要在同一深度范围多次捞渣。直至孔壁基本稳定。对于 长时间捞渣后钻进深度仍然停留在原深度附近的情况。需要回填片石和打包的散状粘土或块 状胶泥至严重塌孔位上方0．5～1 m，钻机浮动反转压实稳定一段时间后。再重新钻进。
7结语
溶洞的无规律性和难以察觉的特点，同时给地保监控及施工带来很大的困难。为了有效预防和控制溶洞地区项目基坑在靠近地铁结构桩基施工过程中可能发生的各类问题。在处理溶洞时应根据实际地质情况，综合考虑各种因素及地保要求，施工单位需选用安全、经济、合理、有效的施工处理方法，做到提前预防、方法得当、措施到位、解决及时，从而保障城市轨道交通的安全运营，保护城市轨道交通设施，保护地铁、乘客、项目部施工人员人身和财产安全。
参考文献：
[1] 欧阳柱.岩溶地区钻孔灌注桩施工技术研究[D].长春工程学院,2017
[2] 赵占利.熊强,李锋,溶洞区桩基施[J].施工技术,2008