图1 全填充型岩溶

 图2 溶腔

图3 溶洞出水

　　岩溶发育一般应具备以下条件：具有可溶性岩层；具有足够流量和溶解能力（含CO2）的流动地下水。
　　1.2国内地铁工程岩溶情况
　　岩溶地层及形态较多：既有单一的石灰质灰岩，也有不同类型、成因的灰岩组合，还有灰岩与红层砂岩共存（广州地铁五号线大坦沙一带），国内地铁工程岩溶情况统计见表1。
　　由表1可以看出，我国各城市地铁工程因埋深较浅，遇到的岩溶地质主要以充填型为主，充填物多以黏性土夹岩石碎块为主。从溶蚀发育深度上看，主要以溶洞、溶蚀沟槽出现，广州二号线北延段以表层竖向溶蚀发育为主，局部发育溶蚀深槽，下部溶蚀相对发育较差，埋藏深度一般12.20～30.20m；徐州地区岩溶主要以水平方向分布，串珠溶洞较少；武汉地区局部现多层串珠型溶洞；大连发育有溶蚀沟槽及溶洞，局部见串珠状溶洞发育。

表1 国内地铁岩溶情况统计表

　　二、溶洞施工及风险评判
　　2.1以往事故
　　(1)广州地铁五号线，在冲孔桩基础施工中发生过几次钻机和钢护筒被淹事故，塌陷范围大小不等。2006年发生一起钢护筒淹没事件，淹没影响范围达20m，临近1～2层民居出现裂缝。
　　(2)广州地铁二号线详勘阶段，某勘察钻孔施工位置发生地面塌陷现象，塌陷直径约3m，深度约2m。
　　(3)昆明地铁二号线某区间存在地下溶洞，盾构施工至此处时路面出现一个长2.0m、宽1.5m的塌陷。
　　2.2风险分析
　　相关学者对岩溶地层风险研究较多，本文仅对盾构法施工隧道区间进行讨论，可能造成施工及运营期出现问题的风险有：
　　(1)岩溶地层地基承载力有限，盾构机机头重几百t，如盾构机下部存在溶洞，可造成掘进姿态控制困难，甚至盾构机栽头、陷落。
　　(2)部分岩溶地层可能与承压水水系联通，造成螺旋输送机喷涌。
　　(3)串珠溶洞联通，原有稳定状态被破坏。
　　(4)施工、运营期间地层不均匀沉降，沉降过大，地表塌陷。
　　(5)降低运营期间永久结构围岩的承载力，造成结构变形过大、管片拉裂，降低结构稳定性。
　　(6)运营期管片接缝及裂缝处渗漏水严重。
　　2.3隐伏岩溶稳定性分析评价
　　影响岩溶地层洞穴顶板稳定性的主要因素有：洞顶形态、顶板的完整度、顶板厚度和建筑物跨过溶洞的长度。取水平顶板的厚度h与跨长L之比为最小者，作为评价完整顶板安全厚度的临界值。国内不同研究资料对安全厚跨比提出了不同的经验值，一般为0.50～0.78（区间隧道），大于此值的顶板评价是安全的。《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）对于岩溶和洞体对地基稳定性的影响也有一些说明。
　　在设计及风险评估过程中，一般按照溶洞大小以及溶洞与隧道结构底板、侧墙边线的距离（即控制范围，此范围国内各城市有所差异，将溶洞的工程风险程度划分为高风险区和低风险区段。
　　三、岩溶地层处理
　　3.1处理原则
　　(1) 对于高风险区内基坑开挖面以外的全填充型溶洞，经钻孔探测后，若其填充物大部分为硬塑状黏土且探孔无渗漏水现象可不对该溶洞进行注浆加固处理，若填充物为其它类型需对溶洞进行注浆加固处理。
　　(2) 开挖面以内的穿越型全填充型溶洞，若填充物大部分为硬塑状黏土，且开挖后无渗漏水、填充物能够自稳，填充物可不进行清除，仅对局部空洞进行回填注浆处理；若填充物为其它类型需注浆加固。
　　(3) 对于高风险区内的所有半填充型和无填充型溶洞必须进行注浆加固处理。
　　(4) 盾构法施工的区间，除有建筑物覆盖的范围外，其它地段，主要采用地面处理为主、洞内处理为辅。
　　3.2各城市地铁工程处理措施对比
　　对国内多座城市的多条地铁线的岩溶处理情况进行统计，结果见表2。

表2 国内地铁工程岩溶地层处理汇总情况

　　注：隧道底为砾岩；隧道底至岩面为较稳定的隔水层，隔水层厚度≥3m；隧道底至岩面为较稳定的隔水层，隔水层厚度＜3m，且最上层溶洞至砾岩顶板厚度＜3m或厚跨比＜１；隧道底至岩面为砂层或无较稳定隔水层，最上层溶洞顶板厚度≥3m；隧道底至岩面为砂层或无较稳定隔水层，最上层溶洞顶板厚度＜3m或厚跨比＜１。
　　从表中统计情况，可以分析出各地地铁工程针对岩溶地层的设计处理措施都趋于完善，基本满足现有地铁工程施工阶段、运营阶段的安全、质量要求。
　　3.2.1处理措施的相同处
　　(1) 国内地铁工程涉及岩溶地层时，普遍采用间歇式注浆，材料为纯水泥浆、水泥砂浆。
　　(2)除最早施工的广州地铁5号线和城际广佛线外，普通采用2m×2m的探孔孔距。
　　(3)普遍采用溶洞与结构距离、溶洞填充类型、溶洞高作为溶洞划分的参考。
　　3.2.2处理措施的不同处
　　部分城市对隔水层加以考虑，以此确定隧道底部加固范围。部分城市将周边道路、建筑物共同考虑，以此确定隧道两侧及底部加固范围。在注浆压力选择上，部分城市采用以地下水压力作为参考值，部分城市以注浆孔位划分注浆压力。针对隧道两侧处理范围，大部分城市以D/2（即6m直径级盾构取3m，下同）为处理界限，少数城市以5m为界限，如图4所示。针对隧道底部处理范围，有以D/2、5m、6m、10m多种控制范围，不尽相同。

图4 溶洞处理与隧道结构关系

　　3.3处理要求
　　在处理结果要求上，各地地铁项目设计要求差异很大，而且在实际的验证操作过程中，所花费的成本和时间较长，同时试验离散性较大。此处列举几项常见的岩层地层处理结果要求，供设计人员和工程师进行参考：岩溶地层加固后采取随机钻孔取芯，抗压试验为主，无侧限抗压强度值≥0.5MPa。
　　抽水试验为辅，加固体渗透系数要求不大于1×10-5cm/s。加固体波速应较加固前原始地层增加10%以上。可采用随机原位标贯试验，标准贯入度不小于12击。
　　四、岩溶施工注意事项及建议
　　4.1注意事项
　　（1）为保证充填加固体的耐久性，用作充填的石料化学成分不宜为碳酸盐，宜采用化学稳定性更好的硅酸盐、二氧化硅成分为主的（如砂岩或板岩）岩块。
　　（2）岩溶地层掘进的盾构机应具备超前探测、超前注浆加固的功能或条件。
　　（3）加固注浆时，每洞应至少设置一个排气孔，以便溶洞内存储的气体排逸。
　　（4）岩溶地层可考虑在区间结构线范围内进行钻孔，探测完成后，应及时对钻孔进行封孔。
　　（5）根据实际情况，建议先处理溶洞边界位置，再处理中间区域，注浆跳跃施工。
　　（6）盾构洞内探测方向应分别为掘进前方及前下方，重点是探测前下方有无导致盾构机掘进时发生“栽头”、“陷落”的溶（土）洞。
　　（7）岩溶地层地勘探孔深度不应小于隧道底板下10m，如有条件可探孔至隧道底板下30m，如遇溶洞，探孔进入溶洞底部基岩不小于2m。
　　（8）设计处理意见只是作为指导性要求，实际应该从现场情况出发，有针对性的进行处理。
　　4.2建议
　　（1）通过以往岩溶勘察经验，在探测岩溶分辨率方面井中方法优于地面方法，井中探测效果以弹性波CT最佳，电磁波CT次之，在岩溶地层探测中可根据实际条件进行合理选择。
　　（2）应用于岩溶地层的盾构机，如有条件前盾上应配有超前地质钻机，可向掌子面前方进行钻孔探测；中盾盾尾处也应预留钻孔孔位，对盾体周围进行探测。岩溶地层盾构掘进时，应根据管片环宽，考虑每隔一定距离（如每5环）对管片进行二次注浆，设置止水环箍，减小地下水流动的可能。
　　区间盾构施工完成后，应采取物探等手段对砾岩发育区管片背后空洞进行探测，对异常区进行钻孔验证，必要时再次进行注浆加固。如采用洞内探测，隧道测线一般要求为隧道顶部两条测线，左、右两侧各1道测线，隧道底部3条测线。
　　五、结束语
　　通过对以往地铁工程岩溶地层处理实例进行分析，可总结成功经验、吸取失败教训、降低盾构施工风险，以便更好地指导岩溶地段的地铁施工、提供更加科学合理的风险控制措施。在将来，盾构机有可能会配置更先进的地质勘察设备，更快捷、准确的对盾构机前方地质情况进行预报，同时结合地面、洞内的处理措施，将土建安全风险降至最低，这些都需要设计、施工人员不断努力。