地鐵盾構(gòu)區(qū)間陸上溶土洞處理施工技術(shù)

1、地鐵盾構(gòu)區(qū)間陸上溶土洞處理施工技術(shù)摘要：廣州地鐵八號線西村鵝掌坦區(qū)間存在巖溶、土洞等不良地質(zhì)災(zāi)害。巖 溶、土洞處理是地鐵盾構(gòu)法在施工中的重難點(diǎn)項(xiàng)目，本文詳細(xì)描述相關(guān)施工技術(shù)， 為同類地鐵施工、地面建筑物保護(hù)提供施工經(jīng)驗(yàn)并做出一定貢獻(xiàn)。關(guān)鍵詞：連續(xù)梁；轉(zhuǎn)體施工；稱重監(jiān)測；監(jiān)控測量1工程概況1.1工程簡介西村鵝掌坦區(qū)間南起西村站，北至鵝掌坦站，基本呈南北走向。線路出西 村站后，先側(cè)穿內(nèi)環(huán)路高架橋并上跨地鐵五號線，大體沿西增路往西北行進(jìn) 300m左右后，轉(zhuǎn)向北下穿路邊房屋群，后下穿增埗河，沿西槎路行進(jìn)一段距離 后，最終到達(dá)鵝掌坦站。隧道平面最小曲線半徑為450，線路縱斷面呈“V”字坡， 最大坡度為2

2、8%。西村-鵝掌坦區(qū)間勘察場地范圍內(nèi)地形平坦，無崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi) 害，主要不良地質(zhì)作用為巖溶、土洞。根據(jù)八號線北延段初勘報(bào)告引用的資料表 明，西村-鵝掌坦區(qū)間增埗河南岸至鵝掌坦站位于軟土地基沉降以及巖溶地區(qū)地面 沉降和塌陷風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，區(qū)間增埗河至鵝掌坦段揭露的基巖為二疊系炭質(zhì)灰?guī)r地層， 揭露有溶洞、土洞。西村-鵝掌坦區(qū)間北部二疊系地層分布區(qū)巖溶見洞率27.78%， 土洞見洞率為5.56%，區(qū)間平均的線性巖溶率為5.28%，屬于巖溶中等發(fā)育區(qū)段， 有土洞發(fā)育1.2盾構(gòu)隧道溶（土）洞處理目的（1）減小盾構(gòu)機(jī)在施工時(shí)產(chǎn)生栽頭、坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。（2）預(yù)防土洞在地下水作用下迅速發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)，減小后期運(yùn)營

3、的風(fēng)險(xiǎn)。（3）預(yù)防未查明的溶洞、巖溶通道在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)涌水涌砂對隧道抗巖溶局部 坍塌的能力，提高隧道結(jié)構(gòu)的安全性。2施工方案及工藝2.1邊界探測施工2.1.1鉆孔布置區(qū)間隧道補(bǔ)勘施工完成之后，溶土洞注漿充填處理前，先進(jìn)行溶（土）洞平 面范圍的試探測（即探邊），探測明確土洞平面范圍后再行注漿施工。邊界探測 勘探點(diǎn)位布置的原則為：以揭示到溶、土洞的鉆孔為基準(zhǔn)點(diǎn)，加密鉆孔向四周擴(kuò)散，孔間隔3.0m，鉆 孔兼做注漿孔，并選擇數(shù)個(gè)洞頂處鉆孔兼做排氣孔，排氣孔每洞至少一個(gè)，間距 超過4m加設(shè)排氣孔。溶洞平面范圍試探測，基本找到溶洞邊界為止，注漿孔位 根據(jù)現(xiàn)場適當(dāng)調(diào)整。鉆探過程中做好詳細(xì)記錄，并對相鄰近的鉆孔

4、資料要綜合對比分析，以有效 指導(dǎo)注漿處理及圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工。溶土洞邊界探測示意圖如下圖所示：圖6-3溶土洞邊界探測鉆孔平面布置示意圖圖6-4溶土洞邊界探測鉆孔平面布置示意圖2.1.2鉆機(jī)成孔探邊孔采用XY-150地質(zhì)鉆機(jī)成孔，成孔直徑為91mm，對于場地條件許可的 情況可將探邊孔全打完再注漿；為防止鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)塌孔事故，在成孔的施工過程中可采用膨潤土配漿護(hù)壁。對于補(bǔ)勘鉆探發(fā)現(xiàn)溶洞，按照2mx2m方格狀布置鉆孔查找洞體邊界，由已揭 露溶洞的鉆孔向周圍擴(kuò)散布孔探查，每列的鉆孔順序?yàn)橛蓛?nèi)至外鉆孔。在查找洞 體邊界時(shí)，若外圍鉆孔未發(fā)現(xiàn)溶、土洞，則暫時(shí)不處理，采用回填處理。一定要 保證回填質(zhì)量，避免在盾構(gòu)

5、掘進(jìn)時(shí)鉆孔冒漿對市民造成恐慌。在鉆孔過程中揭露 的溶、土洞要做好記錄，以供注漿作業(yè)參考。2.1.3繪制包絡(luò)圖每個(gè)溶土洞邊界探測施工完成后，根據(jù)每個(gè)鉆孔所探測到的溶土洞頂部、底 部的埋深或標(biāo)高，結(jié)合其平面位置、水平間距，繪制出每個(gè)溶土洞的包絡(luò)圖，以 確定其大小。包絡(luò)圖如下圖注漿管布置立面示意圖中所示。包絡(luò)圖繪制完成后，計(jì)算其理論注漿量。注漿充填系數(shù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定為1.5 2.5，根據(jù)廣州地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)，本工程注漿充填系數(shù)按照1.5計(jì)算理論注漿量。2.2下注漿管探邊孔兼做注漿孔和排氣孔。根據(jù)詳勘、補(bǔ)勘及洞體邊界探查取得的洞體數(shù) 據(jù)，在溶、土洞頂板以上的部位用實(shí)管袖閥管，在溶、土洞范圍內(nèi)使用花管袖閥 管

6、，注漿管底部加下悶蓋。溶洞注漿管下至溶洞底，并設(shè)置排氣孔，每洞至少一 個(gè)排氣孔，袖閥管直徑為*48mmo注漿管布置立面圖如下圖所示：圖6-5未填充情況溶土洞下管長度示意圖圖6-6全充填情況溶洞下管長度示意圖圖6-7半充填情況溶洞下管長度示意圖將實(shí)、花管根據(jù)要求連接，在檢查其接口密封性能后，立即將注漿管沿鉆孔 下至設(shè)計(jì)標(biāo)高，上端露出地面50cm左右，并加蓋上悶蓋。為保證順利下管，管 中要注滿清水，以重力抵消套殼料的浮力。下管后在孔壁間隙靠近地面12m范 圍內(nèi)充填水泥砂漿加固。2.3注水泥漿充填施工2.3.1適用范圍全充填的溶（土）洞；高度小于3m的半充填、無充填溶土洞；高度大于3m的，且經(jīng)過注砂

7、漿試驗(yàn)失敗的或者注砂漿注不進(jìn)去的半充填、 無充填溶土洞；高度大于3m的，經(jīng)過注砂漿后需要補(bǔ)注水泥漿改善注漿環(huán)境或者控制注 漿量的無填充溶土洞。2.3.2袖閥管注漿的特點(diǎn)袖閥管該工法同其它注漿工法相比，具有以下特點(diǎn)：具有上下2個(gè)阻塞器（橡皮圈），能將漿液限定在注漿區(qū)域的任一段范圍 內(nèi)進(jìn)行灌注，達(dá)到分段注漿的目的，每段注漿高度約500mm。阻塞器在光滑的袖閥管中可以自由移動，可根據(jù)需要在注漿區(qū)域內(nèi)某一段 反復(fù)注漿。根據(jù)地層特點(diǎn)，可在一根注漿管內(nèi)采用不同的注漿材料，選用不同的注漿 參數(shù)進(jìn)行注漿施工。2.3.3袖閥管結(jié)構(gòu)袖閥注漿管為每節(jié)長4m、直徑48mm的硬質(zhì)塑料管，它是由鈣塑聚丙烯制 造而成。注漿

8、管內(nèi)壁光滑，接頭有螺扣，端頭有斜口。注漿管分實(shí)管和花管兩種， 實(shí)管上未開設(shè)溢漿孔，用于非注漿地層；每節(jié)花管上開有8mm的溢漿孔12個(gè)， 每組小孔間距30cm，用于需注漿地層。在花管有孔部位外面套有橡膠套，橡膠 套覆蓋著溢漿孔，起到單向閥作用。注漿芯管采用雙塞注漿芯管，通過注漿壓力使得兩堵頭與花管密貼，達(dá)到分 段注漿的效果。在鉆孔完畢下放袖閥管的過程中，根據(jù)溶土洞頂部、底部的埋深計(jì)算花管的 埋設(shè)位置，溶土洞的高度范圍內(nèi)用花管覆蓋，其余部位用實(shí)管覆蓋，花管覆蓋遵 循“寧高勿低、寧深勿淺”的原則。2.3.4注漿參數(shù)根據(jù)注漿材料及地質(zhì)條件，結(jié)合類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)及相鄰標(biāo)段的試驗(yàn)結(jié)果， 暫定選用以下注漿

9、參數(shù)，具體須在施工前進(jìn)行現(xiàn)場及室內(nèi)試驗(yàn)，必要時(shí)根據(jù)現(xiàn)場 施工試驗(yàn)的結(jié)果對各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行修正。普通水泥單液漿，配合比采用水：水泥=1： 1(重量比)，水泥采用42.5R普 通硅酸鹽水泥。一般溶土洞處理注漿壓力控制在0.40.6MPa，特殊溶土洞處理 壓力控制在0.30.5 MPa，注漿速度3070L/min。外排注漿孔采用水泥-水玻璃雙液漿形成漿帷幕。雙液漿質(zhì)量比為水：水泥： 水玻璃=(0.81.0)： 1：(0.080.2)；雙液漿體積比水：水泥：水玻璃=1： 1.88： 0.63，每1m3漿液體積比中水泥的體積為0.28、水的體積為0.54，水玻璃 的體積為0.18;水玻璃波美度為3843Be

10、，模數(shù)為2.43.0，施工中根據(jù)現(xiàn)場試 驗(yàn)確定；一般溶土洞處理注漿壓力控制在0.40.6MPa，特殊溶土洞處理壓力控 制在0.30.5 MPa，注漿速度3070L/min。2.3.5漿液配制現(xiàn)場水泥漿攪拌采用配套的相關(guān)設(shè)備，水泥采用袋裝水泥，在攪拌池內(nèi)拌制 漿液，攪拌完成后與注漿泵連接，需要注漿時(shí)漿液通過注漿泵從攪拌池內(nèi)吸出注 漿。水泥、水、注漿泵設(shè)有自動流量計(jì)。注漿前根據(jù)溶洞面積、高度以及包絡(luò)圖估算預(yù)配制漿液的體積，按水灰比計(jì) 算出所需的水泥和水的用量，在攪拌機(jī)內(nèi)加入計(jì)算好的用水量，邊攪拌邊加入計(jì) 算好的水泥用量，攪拌均勻后倒入儲漿池內(nèi)備用。2.3.6注漿施工開注前先進(jìn)行注水試驗(yàn)，以檢查注漿

11、管路是否正常和判斷地層的吸漿能力等， 并防止堵管；灌漿量按拌漿桶桶數(shù)進(jìn)行計(jì)量。注漿施工的操作方法為：注漿方式采取后退式分段注漿工藝，即在注漿管內(nèi)由孔底自下而上進(jìn)行注 漿，每次注漿段長0.5m，注完第一段漿段后，上提注漿芯管，進(jìn)行第二注漿段注 漿施工。在芯管拔出長度大于一節(jié)管長時(shí)，停注拆除該節(jié)芯管及接頭，將接頭接在 未拔出的芯管上繼續(xù)注漿，依此進(jìn)行直至完成注漿；注漿過程中如需暫停注漿時(shí)，必須先將水泥漿管拿出放入清水桶中，并同 時(shí)將注漿芯管提升0.4m，向孔內(nèi)注清水后再停止注漿，這樣既保持管路暢通，又 保證注漿不受注水影響。對于雙液注漿，需暫停注漿時(shí)或每次注漿完成前，改用單液漿注漿1min， 提出

12、注漿芯管后，用鋼管插入注漿管底部用清水由下至上沖洗注漿管，單液漿則 直接停注后進(jìn)行沖洗，并在管頂蓋上悶蓋。注漿過程中，壓力要控制在小的范圍，遵循低壓多次的原則進(jìn)行，為保 證注漿效果，一般采用重復(fù)注漿方法。兩次注漿時(shí)間間隔為310h,注漿34 次，滿足終孔壓力時(shí)停止注漿，并用水泥砂漿封孔。注漿過程中作好注漿工作記錄表，注漿孔的注漿工作情況及注漿工序作業(yè) 時(shí)間。注漿過程中隨時(shí)分析和改進(jìn)注漿作業(yè)；并且認(rèn)真記錄實(shí)際孔位、孔深、孔 內(nèi)地下物、涌水等，當(dāng)與地質(zhì)報(bào)告不符時(shí)，應(yīng)采取措施進(jìn)行修正。2.3.7注漿順序注漿順序采取由外到內(nèi)約束一開放型方式，即先注溶、土洞最外側(cè)后注內(nèi)側(cè)， 隔孔交替進(jìn)行，以控制漿液擴(kuò)散

13、范圍，保證注漿效果。對于平面尺寸很大的特大型溶洞，可采用先中央單液漿一外圍雙液漿一中央 單液漿的注漿順序。圖6-9注漿順序示意圖2.4注水泥砂漿填充2.4.1適用范圍（在區(qū)間場地允許的情況下）高度大于3m的半充填溶（土）洞和無充填溶（土）洞（含特大溶土洞）， 先找一至兩個(gè)溶洞進(jìn)行試驗(yàn)，若試驗(yàn)成功，則注水泥砂漿，同時(shí)可推廣至高度大 于1m小于3m的無充填溶土洞進(jìn)行試驗(yàn)；若試驗(yàn)不成功，則改注水泥漿。2.4.2機(jī)具準(zhǔn)備注水泥砂漿鉆孔采用潛孔鉆機(jī)，鉆孔直徑146mm，下注漿管注砂漿導(dǎo)管，同 時(shí)增加地泵一臺。表6-1施工機(jī)具表2.4.3材料準(zhǔn)備水泥砂漿根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求的配合比，采用攪拌站供應(yīng)的M7.5水

14、泥砂漿（水泥：砂：水=1： 6： 1.1，水泥強(qiáng)度等級采用42.5R）；施工前攪拌站取得聯(lián)系， 讓攪拌站備足材料；灌漿過程與攪拌站保持密切聯(lián)系，保證現(xiàn)場灌注施工連續(xù)。2.4.4工藝流程2.4.4.1 成孔采用地質(zhì)潛孔鉆機(jī)鉆146mm孔徑，鉆至溶洞底；共施作兩個(gè)，中間間距為 2000mm，其中一個(gè)作為排氣孔（亦為二次灌漿孔）。2.4.4.2下灌漿管預(yù)埋146mm孔徑的鋼管于孔中，管底埋設(shè)至溶洞中部，并用夾具固定防止 掉落，上部預(yù)留足夠長度與混凝土泵車泵管連接。用同樣的方法埋設(shè)一條鋼管到 溶洞頂下500mm的位置作為排氣孔和二次灌漿孔。2.4.4.3泵送水泥砂漿上部灌漿管（146鋼管）與泵車管連接

15、后，直接泵送水泥砂漿（M7.5），灌 漿的經(jīng)驗(yàn)壓力控制在12MPa ；在灌漿前，先對注漿管泵氣通管；為保持二次灌 漿孔貫通，需間隔對其進(jìn)行通氣防止堵塞。2.4.4.4二次灌漿第一次灌漿完成后，可根據(jù)現(xiàn)場情況對二次灌漿孔繼續(xù)灌注水泥砂漿，作為 第一次灌漿的補(bǔ)充。2.5特殊溶土洞的處理：區(qū)間特殊溶土洞處理施工方法、技術(shù)措施等與一般溶土洞處理相同。區(qū)別在 于特殊溶土洞受建筑物，地質(zhì)條件等因素的影響，施工過程易發(fā)生地面、房屋沉降坍塌等風(fēng)險(xiǎn)。故采用“邊探邊注、低壓多次的方式進(jìn)行處理。3施工注意事項(xiàng)當(dāng)?shù)孛姘l(fā)生局部沉降過大或塌陷時(shí)，應(yīng)意識到可能為下臥溶、土洞所致，應(yīng) 及時(shí)充填水泥漿，直至壓漿穩(wěn)壓后才能恢復(fù)開

16、挖。根據(jù)現(xiàn)場補(bǔ)勘鉆探和溶（土）洞邊界探測鉆孔所探明的工程地質(zhì)實(shí)際情況與 地質(zhì)勘察資料進(jìn)行核對，若有變化應(yīng)及時(shí)通知監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位調(diào)整處理，以滿足 設(shè)計(jì)及施工安全要求。本基坑位于灰?guī)r地區(qū)，溶洞和土洞發(fā)育。鑒于目前探測溶、土洞的手段有限， 基坑或周邊可能存在更多溶、土洞，基坑施工風(fēng)險(xiǎn)很大，地面塌陷、坑底用水等 地質(zhì)災(zāi)害或次生災(zāi)害都有可能對施工人員造成致命影響，故溶土洞必須施工前探明，確保施工安全。4施工風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)急措施4.1冒漿在注漿施工過程中，漿液由管線冒出。造成漿液流失浪費(fèi)，而且使注漿施工 不能達(dá)到設(shè)計(jì)意圖，更有甚者會造成施工區(qū)域的管線破壞。施工時(shí)必須采取各種 措施預(yù)防和處理冒漿現(xiàn)象。4.1.2冒

17、漿產(chǎn)生的原因：注漿孔封孔質(zhì)量差，漿液極易沿著注漿孔的外壁上升，由薄弱部位冒出；注漿速度及注漿壓力過大；靠近注漿區(qū)域近距離施工，漿液沿施工處或附近河底冒出。4.1.3預(yù)防和處理措施發(fā)現(xiàn)冒漿及時(shí)檢查附近的管井若填充及時(shí)清理加強(qiáng)注漿孔的封孔質(zhì)量；據(jù)我方施工經(jīng)驗(yàn)，冒漿一般發(fā)生在注漿周圍6m范圍內(nèi)，因而注漿施工過 程中，在距注漿施工6m范圍內(nèi)應(yīng)嚴(yán)禁其他施工作業(yè)；冒漿一般產(chǎn)生在距地表下6m的注漿帶，因而若局地表下6m注漿帶注漿 施工時(shí)，應(yīng)采取有效的技術(shù)措施，例如加密注漿孔，采取減量減壓，采用超細(xì)水 泥等細(xì)顆粒注漿材料等措施；地表或者河底冒漿時(shí)，一般可采取間歇注漿措施，等待12h后，再次復(fù)注， 若無效，可采

18、用換孔作業(yè)，以后再進(jìn)行補(bǔ)注，復(fù)注時(shí)若注漿量未達(dá)到設(shè)計(jì)值但又 注不進(jìn)，可根據(jù)需要及時(shí)補(bǔ)鉆注漿孔；注漿過程中，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，觀察周圍管線內(nèi)是否冒漿，若發(fā)現(xiàn)，應(yīng)采取調(diào) 整漿液配比，縮短膠凝時(shí)間，瞬時(shí)封堵孔洞。4.2卡管卡管是指注漿管掉入或卡入孔內(nèi)無法提出的現(xiàn)象。產(chǎn)生卡管的現(xiàn)象，會使注 漿管報(bào)廢，無法繼續(xù)正常注漿或重復(fù)注漿。4.2.1產(chǎn)生卡管的原因工人對工藝不熟悉，雖經(jīng)短期培訓(xùn)，但仍不熟練；絲扣加固或管套不配套或注漿管未連接好，提管時(shí)易脫扣或卡住注漿塞；注漿管加工粗糙，造成下管時(shí)絲扣脫落或反轉(zhuǎn)，提管市阻力大；絲扣和注漿管不匹配，返漿嚴(yán)重；碎石卡在鋼管與孔壁間。4.2.2解決卡管的措施加強(qiáng)研究工作，提高工藝的可行性，若注砂漿時(shí)輸送管爆裂脫節(jié)，此現(xiàn)象一般出現(xiàn)在某個(gè)注漿孔開始和結(jié)束階段，注漿開始時(shí)第一斗漿液不宜太稠，注漿 壓力適中，待管路暢通后，逐漸調(diào)整漿液濃度和壓力，注漿結(jié)束時(shí)輸送管爆裂脫 節(jié)，說明注漿量已飽和，可停止注漿；對吸漿量大、注漿難以結(jié)束的地段，采取低壓、濃漿、限流、限量、間歇 注漿或摻加速凝劑、回填等方式處理；恢復(fù)注漿后，如注漿率與中斷前相比減少很多，且較短時(shí)間停止吸漿，則 應(yīng)采取補(bǔ)救措施；及早恢復(fù)注漿，否則立即進(jìn)行沖洗鉆孔，而后恢復(fù)注漿。若無法沖洗或