浅谈广州地铁灰岩区地连墙一槽两钻施工技术

浅谈广州地铁灰岩区地连墙一槽两钻施工技术

史佳朋

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[摘要] 岩溶作为广州地铁常见不利地质之一，是指可溶性岩层，如碳酸盐类岩层（石灰岩、白云岩）等。岩溶地区经常产生沟槽、裂隙和空洞等不良地质，施工风险极大，地铁施工中容易导致地面坍塌、基坑涌水涌砂、盾构栽头陷落等事故。灰岩区地连墙施工时，需预先探明岩溶发育情况，从而为设计人员确定地连墙深度提供基础资料。一槽两钻施工可以准确的探明地连墙所在位置的发育情况，为后续的岩溶处理、地连墙成槽施工提供依据，从而极大降低了灰岩区围护结构施工的风险，保证了施工质量。

[关键词] 灰岩区；地连墙；一槽两钻

0引言

岩溶地层中溶土洞较为发育，且上覆地层中有较厚的砂层和淤泥层，为地面沉降和塌陷的高危险区域，溶土洞的大小和分布无规律可言，勘探和注浆施工难度大，钻孔及注浆过程中发生塌陷风险较大。

岩溶地质中进行地连墙施工，极易可能导致可能造成塌孔、地面沉陷、突水等工程事故。地连墙施工之前先对槽段位置进行一槽两钻，探明岩溶发育情况，为下一步岩溶处理和地连墙确定深度做好技术准备工作。如果地质探明不清，则地连墙施工过程中极有可能导致地面坍塌、槽壁坍塌等险情。

图1地连墙槽壁坍塌

1工程概况

1.1工程简介

 由于溶（土）洞发育的复杂性，根据《广州市轨道交通第三期建设规划（2017-2023）线路岩溶处理总体技术要求》，岩溶区围护结构超前钻探勘探点间距不超过3米，现有灰岩区地连墙地质勘探资料钻孔间距多为12米，不足以指导施工阶段岩溶处理。因此施工阶段仍有必要开展详勘补充勘察，对钻孔进行加密，对岩溶发育情况进行超前探测，查清各分幅连续墙的基岩面的起伏、埋深，查清基底及连续墙底一定深度范围内溶洞、土洞发育情况，进一步查明墙底地层，特别是岩溶的渗透性及坑内坑外的水力联系等。

图2朝阳站站位图

1.2工程地质条件

朝阳站现场为冲洪积平原，地表构筑物较少。根据详勘资料，岩溶发育，施工地质风险极大。

本区为沉积平原地貌。第四系由人工填土、冲洪积砂层、土层、石炭系残积土组成。本区软土较发育。砂层分布广泛且砂层较厚本区段地质时代成因较复杂，发育有灰岩、页岩及砂岩等。

2一槽两钻施工工艺

2.1孔位测量

1）本次勘察钻孔测放控制点和钻孔布置图由建设单位提供，钻孔平面布置图由总体提供，采用广州城建坐标系统和广州城建高程系统。

2）用GPS和全站仪测放钻孔位置，测量钻孔高程，孔位坐标及高程必须精确到小数点后2位（以米为单位）。

3）一槽两钻勘察施工钻孔测放及复核精度应符合相关技术要求，同一钻孔，咨询单位复测与施工单位测放成果不应超过20cm，若超过20cm时应查明原因并进行复测。

4）原则上应在原位施钻，如出现因现场条件限制而无法施工的钻孔时，可适当调整孔位，钻孔移位不得超过0.5m；钻探结束后对孔位坐标和高程要进行复核。

2.2管线探测及开孔措施

根据总体单位提供的场地管线探测资料，进行实地查勘，观察地面的管线、管道标志，充分了解区内管线的种类、数量及埋藏情况，与管线管理部门联系人取得联系，现场确认管线材质、用途、埋深、位置走向等相关信息。

现场与施工单位取得联系，对场地内原位管线的迁改、新埋设管线的类型、位置、埋深充分了解，并进行现场确认。

施钻前，由专门的地下管线探测组提前进场对所有钻孔位置进行探测，若发现钻孔位置位于管线或管道上方，在不违背技术要求的前提下调整钻孔位置。

由于场地已由施工单位征拆，对个别明确存在管线的部位采用人工挖孔的方式进行槽探，深处采用吊锤锤击式挖探。其余钻孔3m之内采用人工挖探，采用锤击式挖探至6m，并保证挖探深度穿透填土层。

2.3钻探

施工采用XY-100型钻机。钻孔口径φ127～φ76。对揭露多层高度较大的溶洞，必要时在溶洞部位采用套管护孔，相应的采用小一级的钻孔口径，但应满足取岩样部位岩芯不小于89mm，最小孔径不应小于φ76。

场地稳定性差，已发生多起小规模地面塌陷，结合考虑施工单位已进场，本次勘察对未揭露溶洞、土洞的钻孔采用灌注水泥浆方法进行封孔，采用P.O32.5普通硅酸盐水泥浆注浆封孔，水灰比为1：0.50，并将地面补平以恢复原貌。对揭露溶洞、土洞的钻孔，移交施工单位预以下注浆管封孔，由施工单位及时进行回填灌浆。

图3钻探

2.4取样

从岩芯管内按照规范要求采取芯样，并按照顺序摆放，取样的深度为地连墙底下1m且穿越溶洞底下0.5m。

2.5原位测试

标贯试验为原位进行的主要试验。试验采用国内探矿机械厂生产的标准贯入器，其贯入器对开管外径51mm、内径35mm、对开管长度500mm、自由落锤，锤重63.5kg，落距76cm，先用钻具钻至试验土层标高以上约15cm，操作前需要先检查设备的使用情况，将贯入器打入土层15cm，不计击数，再贯入30cm，计击数，再描述土性。

对流塑状充填物，钻进过程中钻具自落，不进行标准贯入试验。

3一槽两钻技术要求

2.1钻孔布置与编号

勘探点布置原则：

（1）勘探点布置根据具体的设计或施工需要确定。

（2）对于车站工程地下连续墙，宜沿地连墙每3m布置一个超前钻勘探点。

（3）勘探点布置应充分利用已实施详勘钻孔。

勘探点具体布置：

连续墙共282幅，其中“一”字型274幅，“L”字型8幅，“Z”字型15幅，“T”字型2幅，“一”字型地连墙施工区域每幅布置2个地质超前钻，分别在槽段1/4、3/4部位处布置（如布置于在6m标准单槽段1.5m，4.5m位置处），孔距3m；对“L” 字型、“Z” 字型、“T” 字型地连墙施工区域一般根据每幅长度不同布置3～4个，钻孔布置于转角部位，并适当加密，总体上按墙型均匀分布。

钻孔的布置充分考虑详勘钻孔，对位于地连墙墙身范围内的已实施的详勘钻孔进行利用，对未实施的详勘钻孔移位至连续墙范围内按详勘技术要求进行实施，实施详勘钻孔的孔位不再重复布置超前钻孔。

图4布置示意图

2.2钻孔深度

一槽两钻钻孔深度规定如下：

钻孔的深度应钻至连续墙底以下，并满足嵌固深度的要求，在上述基础上再向下5m稳定相对不透水层（较完整中等风化岩或微风化岩）；若围护结构底、桩底或基底以下遇串珠状溶、土洞时，需钻穿洞底，当穿越岩体厚度累计达5m，勘探点可在溶洞底入完整岩体2m后终孔。

地下连续墙底以已有详勘资料为基础，由基坑底向下满足地下连续墙嵌固深度要求初步确定，具体详见一槽两钻技术要求。超前钻探过程若揭露地下连续墙底仍不满足嵌固深度要求，则将地下连续墙底加深至满足嵌固深度要求。

连续墙的嵌固原则如下：进入全风化层5.5m，强风化层3.0m，中风化层2.5m，微风化层1.5m，遇溶土洞时需穿过溶土洞并入岩不少于1m。

图5钻孔探测原理图

4一槽两钻结果

本次勘探揭露的基岩为石炭系下统石蹬子组（C1ds）灰岩，该地层具有岩溶发育的特点，本次一槽两钻共实施521孔，另外利用工可、初勘 、详勘钻孔357孔，共878个钻孔，其中401个钻孔揭示溶（土）洞，最大溶洞高26.7m，最小溶洞高为0.1m，土洞最大14.9m。见洞率45.6%，线岩溶率13.3%。

勘察揭露，溶、土洞多呈无充填、半充填，部分呈全充填状，充填物以流塑状黑色稀泥、泥浆为主，少数为松散砂层，性状差，采取困难。

本次揭露土洞的钻孔，土洞顶部高程多与相邻钻孔岩面顶面相近，可能为顶板极薄的溶洞，钻探过程中无法察觉。对揭露溶、土洞，特别是高度较大的土洞，以及顶板厚度较小且高度较大的溶洞，溶洞顶板以上直接覆盖厚层砂层的情况，施工过程中应引起注意，极易导致地面塌陷，应采取合理的施工工艺，并做好地面塌陷应急预案。

朝阳站岩溶强发育，对地连墙施工风险极大。若未对岩溶提前采取充填注浆处理，施工过程挖至岩土交界面时，可能出现护壁泥浆迅速漏失，导致槽壁失稳，或贯穿岩溶顶板时发生地面塌陷事故。建议地连墙施工前，先采取充填、注浆等措施，对勘察揭露的岩溶洞穴进行处理，再进行岩溶探边以及补充勘察。

图6芯样照片

6质量保证措施

专业工序质量的良好控制是确保成品优良的基础，工序控制，即对勘察工作中每一个环节的质量进行控制，通过控制每个工序的质量达到控制整个工程勘察质量的目的。

（1）所有钻机及配套设备，确保性能可靠，质量良好。

（2）确保现场作业人员技术熟练，配置合理：每台钻机配备1名机长，1名熟悉钻探记录的原始班报表记录人员，3名熟练钻探工人。

（3）设备安装：对地下管线情况确认无误后，再安排钻机就位，进行开钻前的各项准备工作，确保钻孔位置不会破坏管线。

（4）钻孔施工

严格按照钻探工序进行钻探施工：钻机就位→校正钻机水平、垂直度→丈量有关钻具→填写该孔有关资料→开孔钻进→量测余尺→提钻→按顺序取出岩土芯、排好→岩芯拍照→记录孔深、回次进尺→编录描述→清孔→下取土器取样→提钻→校正孔深→记录样品深度→分清上下关系、包装好样品→清孔→标贯试验→（“量测余尺→标贯试验”程序重复直至终孔）→校正孔深→复测孔位→接受验收。

钻探操作严格按钻探规程进行操作，严禁违章操作。若遇情况较复杂，及时通知业主等有关单位。钻孔结束若不再进行其他孔内工作即进行封孔，保证封堵质量，避免隧道施工时出现漏水、涌水现象。

7安全保证措施

（1）个人保护规程

施工人员进入现场一定要穿着工作服、劳保鞋，戴安全帽，严禁赤膊、赤脚、穿拖鞋、高跟鞋和易滑鞋上机操作。

由于不少作业地段位于交通要道和居民区之中，来往人员和车辆较多，施工人员进出施工现场时，必须穿着反光衣，并应特别注意交通安全，注意前后瞭望，以确保避开来往车辆与行人。

（2）钻机作业安全规程

①钻机操作人员上岗前严禁饮酒，工作时严禁做与工作无关的事情，严禁打闹，钻机钻探时需注意力高度集中。

②安装、拆卸钻塔前，对各个部件进行严格检查，确定无安全隐患后方可施工；

③安装、拆卸钻塔应在机长统一指挥下进行，作业人员要合理安排，严格按钻探操作规程进行作业，塔上塔下不得同时作业；

④场地光线不足、夜间或5级以上雾、雪、大风、雷雨等天气禁止拆卸、安装钻塔作业；

⑤竖立或放下钻架时，作业人员应离开钻架起落范围，对周围进行警戒，严禁无关人员入内，设专人进行操作；

⑥钻机使用的钢丝绳应遵守下列规定：

●钢丝绳安全系数应大于7；

●提引器处于孔口时，升降机卷筒钢丝绳圈数不少于3圈；

●钢丝绳固定连接的卡扣应不少于3个；绳头距卡扣的长度应大于钢丝绳直径的6倍。

⑦升降机，应平稳操作，严禁升降过程中用手触摸钢丝绳；

⑧提引器、提引钩，应有安全连锁装置；提落钻具或钻杆，提引器切口应朝下；

⑨钻具处于悬吊或倾斜状态时，禁止用手探摸悬吊钻具内的岩芯或探视管内岩芯；

⑩发生跑钻时，禁止抱插垫叉或强行抓抱钻杆；

⑪机械设备运行时，严禁用手去触摸，钻机停止运转后，方可对钻机情况进行检查；

⑫钻进时，禁止用手扶持高压胶管或水龙头，修配高压胶管或水龙头时应停机；

⑬调整回转器、转盘时应停机检查，并将变速手把放在空档位置。

⑭扩孔、扫脱落岩芯、扫孔或遇溶洞、松散复杂地层钻进时，应由机（班）长或熟练技工操作。

8地下管线保护措施

（1）收集钻探区域的市政、电信、煤气、热力等地下管线及地下构筑物资料，并进行认真分析研究。

（2）依据收集到的地下管线、管道图和复查探测的管道、管线图，结合地面管线、管道标志，指导勘探点现场测放。

（3）勘探点初步确定后，邀请相关管线产权单位进行现场确认，确保无误后最终确定勘探点位。

（4）开钻前利用管线探测仪对每个勘探点进行复探。如发现布设的钻孔位置有可能存在管线或管道分布时，应在不违背技术要求的前提下，通报总包部及监理方，调整钻孔的布置。

（5）钻探中，钻孔6m以上范围，必须采取人工（洛阳铲）再次进行探测；10m以上范围，采用低速慢进的钻探方法，并做好观察记录。

（6）在钻探过程中，疑遇不明障碍物使机器出现异常情况时，必须立即停机，遇到地下文物立刻上报业主单位。在不违背技术要求的前提下，挪动孔位，重新探测和调查后，方可开钻。

图7管线保护标志

9结论

（1）本次勘察投入钻探、室内试验等多种勘察方法和手段，查明了连续墙工程地质条件和主要工程地质问题。达到了超前钻勘察的目的和要求，可以为连续墙的埋深设计提供参数，满足施工图设计的需要。

（2）表层土质较差，砂层分布后。

（3）基岩上部土层主要为砂层及软土层，粉质黏土；土岩界面起伏大，岩面角度较陡；场区岩溶强发育，见洞率为45.6%，线岩溶率13.3%，溶洞规模较大，以无充填、半充填为主，部分全充填，充填物以流-软塑粉质黏土为主。

（4）里程ZDK4+035～ZDK4+045、YDK4+020～YDK4+050范围内，揭露的钻孔岩芯多有早期挤压破碎，后期胶结的情况，岩石多呈角砾构造，部分钻孔发育厚层方解石脉，该部位发育的断裂为F1断裂，其走向近东西走向，与朝阳站近垂直相交，断裂向北倾，其倾角大约75°。

    综上所述，朝阳站一槽两钻工作准确探明了岩溶发育区的工程地质，为确定岩溶处理范围提供了依据，为设计人员确定地连墙深度提供了依据，大大降低了灰岩地区地连墙施工的风险，有力的保证了施工的安全和质量，为灰岩区地铁车站施工提供了可供借鉴的经验。