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摘 要：溶土洞是广州地区的一种常见地貌，其形态及分布错综复杂，因此导致其成为地铁线路的建设过程中的一道难关，若施工过程中预处理不当，地铁运行后，溶土洞会带来较大的安全隐患，成为一颗“不定时炸弹”。本文针对广州地区的地质状况，就地铁车站建设过程中对溶土洞的预处理技术和工艺问题，进行了深入探析。
关键词：溶土洞 隐患 预处理
中图分类号： U231+.4 文献标识码： A 文章编号：
广州地区溶土洞概述
在广州西部和北部地区，大量的碳酸盐岩在水的流淌冲击下，发生溶解、沉淀等现象，由于水流的不规律性，形成了形态各异的溶洞、溶沟、钟乳石、暗河等地貌，岩石一般无连续性，且十分破脆。溶土洞常见有椭圆形、近圆形、长条形以及不规则形态，大小各异，用全填充、半填充、无填充来衡量内部填充物状态。由于溶土洞上方分布着第四纪土层，结构松散，易被流体冲刷，因此对工程建筑影响重大，尤其是一些地下工程项目，如：地铁、隧道等。
例如广州地铁花都汽车城站位处于广花盆地，上部为第四系沉积物，下部基岩是石炭系灰岩，灰岩中溶洞发育强烈，见洞率达64%，其中基底以下5m内发现溶洞的钻孔共34个，基底以下10m内发现发现溶洞的钻孔57个。地连墙超前地质钻探完成钻孔192个，其中钻孔深度进入岩层的钻孔有174个，揭露到溶洞发育的钻孔有115个，溶洞见洞率为66.10%；有37个钻孔揭露两层及两层以上的串珠状岩溶，占揭露岩溶钻孔的32.18%。溶洞埋藏深度在14.20～28.40m之间，洞高0.10～8.20m。岩溶洞体充填不良，大部分有充填物，呈全充填、半充填状，充填物多为流塑-软塑状粉质粘土、松散-稍密状中细砂夹少量碎石块等。
结合前期初勘和详勘相关资料，本场地具备土洞的形成条件，人为活动影响也会加速土洞发展速度，对地基的稳定性和均匀性不利，可能造成地面沉陷、坍塌等工程事故。岩溶发育对地基的稳定性和均匀性受力产生不利影响，对连续墙的设计和施工影响较大。为满足车站结构的承载力、变形要求及预防溶、土洞进一步发展，减小后期运营风险，须对场地内的溶洞、土洞进行充填加固处理。
溶土洞预处理的目标
达到地铁站的结构、力学、形变要求
溶土洞岩石脆性较大，且结构空间复杂，其内部填充物数量不定，物性较为软弱，在水流的冲击下，可能使周遭环境发生变化，溶土洞发生形变，导致地铁站的受力达不到要求而坍塌。地铁站的坚挺、稳固是整个工程的一个基础，因此，对溶土洞进行填充、固化，使其原本不稳定的结构大大改善，从而提高土层的强度，是明智之举。而对于本身岩性过于脆弱的区块，在通过填充洞体也很难承载地铁站各方受力的情况下，需要人工建造一些墩柱，材质坚硬，不仅可以支撑起整个地下空间，也经受得住土层环境的变化，增长地铁站的运行时间，减少维修及二次动工的次数。
减小施工过程中突水事件发生的概率
溶土洞地貌的形成是由于水流的运动与冲击，因此，水流是施工过程中不可避免的一个因素，尤其是突水事件的发生。地下水流具有不规律性及不确定性，为减小事件发生的概率，可以对浅层的溶洞进行填充、加固，变相的说是增加了溶洞顶板的厚度，如此可以大大减小突水事件发生的概率。
降低新生溶土洞对地铁站稳定性的威胁性
经调查研究，溶洞的形成并非一朝一夕，而是千万年来，地下水流的作用，因此在地铁站运营期间，溶洞的状态变化不大，只需对顶板的一些薄层、漏洞区进行一些加固措施。而土洞与溶洞不同，由于土的物性较为松散，极易被水流冲刷，因此土洞的形成周期较短，发展速度也很快，相较于溶洞，对运营中的地铁站影响较大。因此要对地铁站周围地层进行加固处理，将地层分为多个区块，防止土洞发育过快、发展过大，并加强地铁站本身的刚度，使其不易变形，即使出现发展过快土洞，也为运营期间的地铁站赢取充裕抢险工作时间。
溶洞预处理的原则
（1）基底处于灰岩层段：
1）对于基坑开挖范围内的不影响地连墙施工的溶洞可不进行处理；
2）底板以下2m 范围内的所有溶洞均处理。
（2）基底处于砂土层段：
1）底板以下、岩面以上有3.0m厚度、且较稳定的隔水层时，其下灰岩所发现的岩溶原则上不需要处理；
2）基坑内隔水层厚度有变化时、在“格栅”状分区内分别进行处理。
（3）明挖结构连续墙结构外3米内的溶土洞均进行处理。
4、溶土洞预处理的方法
溶土洞预处理的施工工艺流程：探边界→注浆充填→建造水泥墩柱→注浆效果监测。以下为常用主要两种施工方法：
（1）填充法
填充法即为用调配好的浆液填充到溶土洞的空隙中，以改善其结构及承载力，使半填充、无填充区域，均变为全填充。
1）溶土洞处理方式需根据溶（土）洞的充填情况进行调整；未填充溶（土）洞采用水泥砂浆进行注浆充填；对于全填充溶（土）洞应若填充物为软塑或流塑的，采用注水泥浆进行处理。
2）地连墙处的溶（土）洞需先探查安全边界有无溶（土）洞，有则注双液浆进行封边界，无则只需在安全限界内注单液浆。若注浆不饱满，则以地连墙超前钻发现的溶（土）洞为中心布置检查孔进行探查。基坑内需处理的溶（土）洞同样先利用检查孔探查其范围，封闭边界后再注浆。检查孔之间距离一般可取约2.0米，呈梅花形布设。
3）对规模较大的溶洞，其范围已超出地铁结构设定的安全限界时，先在安全限界钻孔，采用双液速凝浆控制边界，减少注浆的范围及注浆量。
4）溶洞需采用先成孔后埋入注浆管，并注意封闭溶洞顶板及注浆管与孔壁之间的间隙后才能注浆。施工前应进行注浆试验，注浆参数根据试验情况进行调整，注浆量和注浆有效范围通过现场试验确定。
5）对于大于3m无填充土洞和半填充溶（土）洞（含特大溶洞），采用吹砂夹石+静压化学灌浆的方法。
注浆施工时，应先施做外排止水、止浆帷幕，将处理范围内溶、土洞与外界洞体隔离，再处理中间区域。若在周边孔注第一次浆时，注浆量已较多，压力达不到设计要求时，周边孔与中间孔交替注浆。发现浆液流失严重时添加水玻璃速凝剂，以确保注浆效果。中央区域注浆孔应跳跃施工，以防止跑浆、串浆现象。对于需处理的纵向多层分布的溶洞，由深至浅以此充填处理。
填充物为泥浆，调配物为纯水泥浆及水玻璃。在周边孔处，以初次凝固的时间为指标，建议的配比为泥：水：水玻璃=1：1．38：0．29(质量比)，而在中央孔处，只需要纯水泥浆，无需水玻璃，水灰比1:1即可。以上数据仅仅是往期工作中的最恰当经验值，但具体调配物的比例，还要根据现场施工状况，溶土洞的物质结构，进行部分调整。
填充物调配好之后，要以每次间隔隔6至10h的速度，用直径48mm的袖阀管，将填充物注入。将钻孔深入洞体下岩层O．5m，由底部向上进行溶洞加固。注浆方式采取后退式分段注浆工艺，即在注浆带内由孔底自下而上进行注浆，每次注浆段长0.5m，注完第一段浆段后，上提注浆芯管，进行第二注浆段注浆施工。在芯管拔出长度大于一节管长时，停注拆取该节芯管及接头，将接头接在未拔出的芯管上继续注漿，依此进行直至完成注浆。周边孔：注浆压力要控制在0．6至0．8MPa的范围内，注浆量3至4次，每次持续10至20分钟也就是所谓的相对小压力、多次数、较大量。而中央孔：压力控制在O．8至1．OMPa范围内，3次，每次持续lO至20分钟。注浆扩散半径按照1．5m设计。为保证注浆效果，一般采用重复注浆方式。两次注浆时间间隔为6～10h，注浆3次，满足终孔压力时停止注浆，并用水泥砂浆封孔。
（2）墩柱法
墩柱法即为在地下建造水泥土墩柱，也就是一种复合地基，其作用是将基底的土体划分成若干个区块，在墩与墩之间形成“土拱”，从而起到阻止土洞发展的作用；另一方面，由于地铁站像一个“箱形梁”，可以通过加大底板厚度以及加强配筋，使其截面刚度增大，当其架在“土墩柱”上面的时候，便形成了一个弹性地基梁，其弹性地基的弹簧抗力有所不同。
该方法的原理就是依靠“土墩柱”稳定地基和地铁站本身的刚度，当“土墩柱”之间出现一定规模的塌陷时，依旧能保证地铁线路的安全运营。
一般情况下，地铁站结构本身的刚度，是可以抵抗其下方出现10m以内的洞体带来的危害。所以水泥土墩柱10m纵向长以及10m净距的的原则来布置。水泥土墩柱的高压旋喷桩深度应该达到岩面，但由于其具备很好的自稳能力，樁长可酌情缩短，但要其保证进入地层的长度不小于lm。高压旋喷桩600mm，桩距450mm，水泥掺入量、水灰比等数据，具体根据现场试验确定。
溶土洞预处理的注意事项
（1）在前期勘察所指出的高风险的区域，其填充泥浆以及建造水泥墩柱的工程必须在地铁站开挖之前进行，以保证地铁站开挖工程的安全性。
（2）在施工前，需对地下情况进行探明，例如，城建过程中的地下管道，电线电缆等，在符合城市规划的情况下进行拆除，以防在施工过程中发生漏水、漏电等现象，对施工造成影响。
（3）在注浆过程中，会发生由于地质条件复杂，到导致工程周围的地况受到影响，例如：地面隆起、建筑物开裂等，在这方面需要加强管理和监测，以杜绝事故的发生。
（4）施工过程中，不能为达到施工目的，破坏了地下环境，使地下水受到污染，要以绿色、环保施工为大前提。
6、结语
由于溶土洞地貌的复杂性，所以各项施工步骤也较为复杂，且具有不确定性。但广州近年来多条地铁线路的施工，已经得到了较为丰富的经验，对于地质情况的判断，也相当准确。填充泥浆和建造水泥墩柱是目前最常用且效果最好的施工手段。只要能够根据不同路段的实际情况，评估其风险性，选择相适宜的处理方法，并能与周围城市状况相协调，必能达到对溶土洞预处理的要求和目标，以保证地铁站长期、安全的运营。
参考文献：
【1】《溶土洞对地铁施工、运营的影响及治理措施》曲强(中铁工程设计咨询集团有限公司城交院，北京100055) 2009
【2】《地铁车站溶(土)洞预处理技术》仇培云（广州市地下铁道总公司）2011
【3】《隧道施工中的溶土洞处理试验与总结》曾庆雄（广州市盾建工程地下有限公司）2008
【4】《广州至河源高速公路(惠州段)风门凹隧道塌方处理方案》周晓（广州中铁港航局二公司）2011
关键词：溶土洞 隐患 预处理
中图分类号： U231+.4 文献标识码： A 文章编号：
广州地区溶土洞概述
在广州西部和北部地区，大量的碳酸盐岩在水的流淌冲击下，发生溶解、沉淀等现象，由于水流的不规律性，形成了形态各异的溶洞、溶沟、钟乳石、暗河等地貌，岩石一般无连续性，且十分破脆。溶土洞常见有椭圆形、近圆形、长条形以及不规则形态，大小各异，用全填充、半填充、无填充来衡量内部填充物状态。由于溶土洞上方分布着第四纪土层，结构松散，易被流体冲刷，因此对工程建筑影响重大，尤其是一些地下工程项目，如：地铁、隧道等。
例如广州地铁花都汽车城站位处于广花盆地，上部为第四系沉积物，下部基岩是石炭系灰岩，灰岩中溶洞发育强烈，见洞率达64%，其中基底以下5m内发现溶洞的钻孔共34个，基底以下10m内发现发现溶洞的钻孔57个。地连墙超前地质钻探完成钻孔192个，其中钻孔深度进入岩层的钻孔有174个，揭露到溶洞发育的钻孔有115个，溶洞见洞率为66.10%；有37个钻孔揭露两层及两层以上的串珠状岩溶，占揭露岩溶钻孔的32.18%。溶洞埋藏深度在14.20～28.40m之间，洞高0.10～8.20m。岩溶洞体充填不良，大部分有充填物，呈全充填、半充填状，充填物多为流塑-软塑状粉质粘土、松散-稍密状中细砂夹少量碎石块等。
结合前期初勘和详勘相关资料，本场地具备土洞的形成条件，人为活动影响也会加速土洞发展速度，对地基的稳定性和均匀性不利，可能造成地面沉陷、坍塌等工程事故。岩溶发育对地基的稳定性和均匀性受力产生不利影响，对连续墙的设计和施工影响较大。为满足车站结构的承载力、变形要求及预防溶、土洞进一步发展，减小后期运营风险，须对场地内的溶洞、土洞进行充填加固处理。
溶土洞预处理的目标
达到地铁站的结构、力学、形变要求
溶土洞岩石脆性较大，且结构空间复杂，其内部填充物数量不定，物性较为软弱，在水流的冲击下，可能使周遭环境发生变化，溶土洞发生形变，导致地铁站的受力达不到要求而坍塌。地铁站的坚挺、稳固是整个工程的一个基础，因此，对溶土洞进行填充、固化，使其原本不稳定的结构大大改善，从而提高土层的强度，是明智之举。而对于本身岩性过于脆弱的区块，在通过填充洞体也很难承载地铁站各方受力的情况下，需要人工建造一些墩柱，材质坚硬，不仅可以支撑起整个地下空间，也经受得住土层环境的变化，增长地铁站的运行时间，减少维修及二次动工的次数。
减小施工过程中突水事件发生的概率
溶土洞地貌的形成是由于水流的运动与冲击，因此，水流是施工过程中不可避免的一个因素，尤其是突水事件的发生。地下水流具有不规律性及不确定性，为减小事件发生的概率，可以对浅层的溶洞进行填充、加固，变相的说是增加了溶洞顶板的厚度，如此可以大大减小突水事件发生的概率。
降低新生溶土洞对地铁站稳定性的威胁性
经调查研究，溶洞的形成并非一朝一夕，而是千万年来，地下水流的作用，因此在地铁站运营期间，溶洞的状态变化不大，只需对顶板的一些薄层、漏洞区进行一些加固措施。而土洞与溶洞不同，由于土的物性较为松散，极易被水流冲刷，因此土洞的形成周期较短，发展速度也很快，相较于溶洞，对运营中的地铁站影响较大。因此要对地铁站周围地层进行加固处理，将地层分为多个区块，防止土洞发育过快、发展过大，并加强地铁站本身的刚度，使其不易变形，即使出现发展过快土洞，也为运营期间的地铁站赢取充裕抢险工作时间。
溶洞预处理的原则
（1）基底处于灰岩层段：
1）对于基坑开挖范围内的不影响地连墙施工的溶洞可不进行处理；
2）底板以下2m 范围内的所有溶洞均处理。
（2）基底处于砂土层段：
1）底板以下、岩面以上有3.0m厚度、且较稳定的隔水层时，其下灰岩所发现的岩溶原则上不需要处理；
2）基坑内隔水层厚度有变化时、在“格栅”状分区内分别进行处理。
（3）明挖结构连续墙结构外3米内的溶土洞均进行处理。
4、溶土洞预处理的方法
溶土洞预处理的施工工艺流程：探边界→注浆充填→建造水泥墩柱→注浆效果监测。以下为常用主要两种施工方法：
（1）填充法
填充法即为用调配好的浆液填充到溶土洞的空隙中，以改善其结构及承载力，使半填充、无填充区域，均变为全填充。
1）溶土洞处理方式需根据溶（土）洞的充填情况进行调整；未填充溶（土）洞采用水泥砂浆进行注浆充填；对于全填充溶（土）洞应若填充物为软塑或流塑的，采用注水泥浆进行处理。
2）地连墙处的溶（土）洞需先探查安全边界有无溶（土）洞，有则注双液浆进行封边界，无则只需在安全限界内注单液浆。若注浆不饱满，则以地连墙超前钻发现的溶（土）洞为中心布置检查孔进行探查。基坑内需处理的溶（土）洞同样先利用检查孔探查其范围，封闭边界后再注浆。检查孔之间距离一般可取约2.0米，呈梅花形布设。
3）对规模较大的溶洞，其范围已超出地铁结构设定的安全限界时，先在安全限界钻孔，采用双液速凝浆控制边界，减少注浆的范围及注浆量。
4）溶洞需采用先成孔后埋入注浆管，并注意封闭溶洞顶板及注浆管与孔壁之间的间隙后才能注浆。施工前应进行注浆试验，注浆参数根据试验情况进行调整，注浆量和注浆有效范围通过现场试验确定。
5）对于大于3m无填充土洞和半填充溶（土）洞（含特大溶洞），采用吹砂夹石+静压化学灌浆的方法。
注浆施工时，应先施做外排止水、止浆帷幕，将处理范围内溶、土洞与外界洞体隔离，再处理中间区域。若在周边孔注第一次浆时，注浆量已较多，压力达不到设计要求时，周边孔与中间孔交替注浆。发现浆液流失严重时添加水玻璃速凝剂，以确保注浆效果。中央区域注浆孔应跳跃施工，以防止跑浆、串浆现象。对于需处理的纵向多层分布的溶洞，由深至浅以此充填处理。
填充物为泥浆，调配物为纯水泥浆及水玻璃。在周边孔处，以初次凝固的时间为指标，建议的配比为泥：水：水玻璃=1：1．38：0．29(质量比)，而在中央孔处，只需要纯水泥浆，无需水玻璃，水灰比1:1即可。以上数据仅仅是往期工作中的最恰当经验值，但具体调配物的比例，还要根据现场施工状况，溶土洞的物质结构，进行部分调整。
填充物调配好之后，要以每次间隔隔6至10h的速度，用直径48mm的袖阀管，将填充物注入。将钻孔深入洞体下岩层O．5m，由底部向上进行溶洞加固。注浆方式采取后退式分段注浆工艺，即在注浆带内由孔底自下而上进行注浆，每次注浆段长0.5m，注完第一段浆段后，上提注浆芯管，进行第二注浆段注浆施工。在芯管拔出长度大于一节管长时，停注拆取该节芯管及接头，将接头接在未拔出的芯管上继续注漿，依此进行直至完成注浆。周边孔：注浆压力要控制在0．6至0．8MPa的范围内，注浆量3至4次，每次持续10至20分钟也就是所谓的相对小压力、多次数、较大量。而中央孔：压力控制在O．8至1．OMPa范围内，3次，每次持续lO至20分钟。注浆扩散半径按照1．5m设计。为保证注浆效果，一般采用重复注浆方式。两次注浆时间间隔为6～10h，注浆3次，满足终孔压力时停止注浆，并用水泥砂浆封孔。
（2）墩柱法
墩柱法即为在地下建造水泥土墩柱，也就是一种复合地基，其作用是将基底的土体划分成若干个区块，在墩与墩之间形成“土拱”，从而起到阻止土洞发展的作用；另一方面，由于地铁站像一个“箱形梁”，可以通过加大底板厚度以及加强配筋，使其截面刚度增大，当其架在“土墩柱”上面的时候，便形成了一个弹性地基梁，其弹性地基的弹簧抗力有所不同。
该方法的原理就是依靠“土墩柱”稳定地基和地铁站本身的刚度，当“土墩柱”之间出现一定规模的塌陷时，依旧能保证地铁线路的安全运营。
一般情况下，地铁站结构本身的刚度，是可以抵抗其下方出现10m以内的洞体带来的危害。所以水泥土墩柱10m纵向长以及10m净距的的原则来布置。水泥土墩柱的高压旋喷桩深度应该达到岩面，但由于其具备很好的自稳能力，樁长可酌情缩短，但要其保证进入地层的长度不小于lm。高压旋喷桩600mm，桩距450mm，水泥掺入量、水灰比等数据，具体根据现场试验确定。
溶土洞预处理的注意事项
（1）在前期勘察所指出的高风险的区域，其填充泥浆以及建造水泥墩柱的工程必须在地铁站开挖之前进行，以保证地铁站开挖工程的安全性。
（2）在施工前，需对地下情况进行探明，例如，城建过程中的地下管道，电线电缆等，在符合城市规划的情况下进行拆除，以防在施工过程中发生漏水、漏电等现象，对施工造成影响。
（3）在注浆过程中，会发生由于地质条件复杂，到导致工程周围的地况受到影响，例如：地面隆起、建筑物开裂等，在这方面需要加强管理和监测，以杜绝事故的发生。
（4）施工过程中，不能为达到施工目的，破坏了地下环境，使地下水受到污染，要以绿色、环保施工为大前提。
6、结语
由于溶土洞地貌的复杂性，所以各项施工步骤也较为复杂，且具有不确定性。但广州近年来多条地铁线路的施工，已经得到了较为丰富的经验，对于地质情况的判断，也相当准确。填充泥浆和建造水泥墩柱是目前最常用且效果最好的施工手段。只要能够根据不同路段的实际情况，评估其风险性，选择相适宜的处理方法，并能与周围城市状况相协调，必能达到对溶土洞预处理的要求和目标，以保证地铁站长期、安全的运营。
参考文献：
【1】《溶土洞对地铁施工、运营的影响及治理措施》曲强(中铁工程设计咨询集团有限公司城交院，北京100055) 2009
【2】《地铁车站溶(土)洞预处理技术》仇培云（广州市地下铁道总公司）2011
【3】《隧道施工中的溶土洞处理试验与总结》曾庆雄（广州市盾建工程地下有限公司）2008
【4】《广州至河源高速公路(惠州段)风门凹隧道塌方处理方案》周晓（广州中铁港航局二公司）2011