文档介绍：地铁盾构区间穿越溶、土洞区加固处理设计
【摘要】对广州地铁二号线三远盾构区间长距离穿越岩溶地质区域时,首次提出以结构底板下10m深度内是否出现洞穴或岩土交界面作为划分岩溶处理高、低风险区的依据,并提出“充填处理”和“岩面注浆”及“道床预留注浆管”的点面结合、治理与预防兼施的溶、土洞综合处理方案,为该工程的顺利实施提供理论依据和指导作用,并为后继地铁工程的设计提供参考。【关键词】盾构区间土洞溶洞风险区划分处理方案
前言
根据《广州市轨道交通线网规划》,地铁二号线接已建三元里站向北延伸,穿过规划白云新城至嘉禾,全长 ,全部为地下线,计划 2009 年底建成通车。二号线北延线线路在广花凹陷冲积盆地内的岩溶盆地内穿行,该区域溶、土洞强烈发育,对地铁的施工、运营均存在较大风险。本文针对三远盾构区间国内首次盾构施工长距离穿越岩溶、土洞区,地质条件差、施工难度大、风险高、处理范围广等情况,参考国内同类地质工程施工经验,结合理论分析,提出对区间全线进行风险区域划分,确定一个合理的处理范围,再根据具体情况采取针对性的措施进行处理。
1 工程概况
三远区间起点为已运营三元里地铁站,穿越环城高速公路之后进入旧白云机场,到达远景站,区间单线长约 1124m,隧道洞顶覆土埋深 6 12m,采用盾构法施工。
本区间位于白云山西侧前缘的广花凹陷冲积盆地,地势平坦,上覆第四系地层以冲洪积砂层、土层及残积土层为主,厚度为10 30m;下覆基岩为石炭系中上统壶天群石灰岩和二迭系下统栖霞组炭质灰岩地层沉积地层,岩面高低起伏,埋深10-30m。区间隧道主要在上更新统冲洪积层和残积层中穿行。
区间勘察钻孔 175 个,钻探揭露的溶洞有 311个,见洞率为 %,溶洞最大高度 ,全充填的占 %,充填物多为流塑、软塑状粘土;钻探揭露土洞共44 个,,以全填充为主,填充物多为流塑~软塑状粉质粘土。
第四系砂层孔隙潜水与下伏岩溶水构成双层含水结构,两含水层之间普遍分布有厚几米至十余米以上的残积粉质粘土层,成为相对隔水层,但由于基岩面起伏其厚度变化大和残积土层中含有数量不等的灰岩碎屑物质,而使上下两层水连通的方式多呈点、片状或条带状分布,本区土洞的发育与其密切相关。
2 高、低风险区的划分
在区间结构底板下10m范围内,若未发现溶洞和土洞,在深度 10m 范围内没有或很少岩土界面(即岩面基本在底板 10m 以下),符合上述条件,将其定为溶(土)洞对结构影响低风险区段,否则,定为高风险区段。将安全厚度分界线定为底板下 10m是基于下述考虑:
(1)根据目前老白云机场地铁沿线地质钻孔,岩土界面基本都在机场跑道下 10m 以下,界面上附近存在大量的溶(土)洞。旧白云机场运营 70 多年均未见因溶(土)洞塌陷而影响机场使用的事例,说明溶(土)洞的覆盖顶板大于 10m,塌陷的风险是很小的。
(2)根据铁道科学研究院对线路列车运行的冲击振动影响的实地检测,对混凝土轨枕碎石道床线路,在轨面下 ,均已衰减至地面值的 0 - 10%。埋置式地铁在轨面下有一个体积和刚度很大的箱型结构,结构本身可分散列车的部分冲击振动力;地铁列车的重量和冲击振动也较地面铁路的重量和冲击振动小。因此,列车运行对结构底板下土体的影响深度会比地面铁路的 ,底板 10m以下的溶(土)洞,不会因列车的运行而加速其复活、发展。
(3)按现在通用的隧道设计概念,在一般的砂(粉)质粘土,甚至较松散的砂层或碎石层,拱顶的上覆土层厚度大于洞室开挖跨度的 倍,即可形成土拱,可使用承压拱理论对结构进行设计。也就是说,只要洞室上覆土层厚度大于洞室跨径的 ,地面普通应力的作用对洞室结构无影响。我们将分界线定在底板下 10m,即认为在10m分界线的基面下,若土洞的跨径小于 ,略去水文地质的影响,对于静止土压力和隧道的运营影响而言是安全的,而根据已探明的土洞,直径大于 。因此,我们认为在底板下 10m 以下的溶(土)洞,对地下铁道结构的安全影响不大。
综上所述,与旧白云机场运营 70 多年的工程类比,以铁道科学研究院道床下路基的动态影响测试为依据,从目前公认的半理论半经验的压力土拱理论分析,说明在底板下 10m 土层外,且岩土界面不多时,只要处理好已探明表层的溶(土)洞,这时即使有漏探的土洞,其塌陷成漏斗状洞穴的风险也是较低的。
上述10m的分界线是一个原则上的分界线,按标贯 8-15 击的粉质粘土为分界标准层,若结构底板下土层强度高,属硬塑以上状态,或者土层粘性很好,则风险分界线可适当升高;相反,若底板下土层有较厚的淤泥或淤泥质土、胶结很差的砂性土、松散砂土