地铁盾构区间陆上溶土洞处理施工技术

1、地铁盾构区间陆上溶土洞处理施工技术摘要：广州地铁八号线西村鹅掌坦区间存在岩溶、土洞等不良地质灾害。岩 溶、土洞处理是地铁盾构法在施工中的重难点项目，本文详细描述相关施工技术， 为同类地铁施工、地面建筑物保护提供施工经验并做出一定贡献。关键词：连续梁；转体施工；称重监测；监控测量1工程概况1.1工程简介西村鹅掌坦区间南起西村站，北至鹅掌坦站，基本呈南北走向。线路出西 村站后，先侧穿内环路高架桥并上跨地铁五号线，大体沿西增路往西北行进 300m左右后，转向北下穿路边房屋群，后下穿增埗河，沿西槎路行进一段距离 后，最终到达鹅掌坦站。隧道平面最小曲线半径为450，线路纵断面呈“V”字坡， 最大坡度为2

2、8%。西村-鹅掌坦区间勘察场地范围内地形平坦，无崩塌、滑坡、泥石流等地质灾 害，主要不良地质作用为岩溶、土洞。根据八号线北延段初勘报告引用的资料表 明，西村-鹅掌坦区间增埗河南岸至鹅掌坦站位于软土地基沉降以及岩溶地区地面 沉降和塌陷风险区，区间增埗河至鹅掌坦段揭露的基岩为二叠系炭质灰岩地层， 揭露有溶洞、土洞。西村-鹅掌坦区间北部二叠系地层分布区岩溶见洞率27.78%， 土洞见洞率为5.56%，区间平均的线性岩溶率为5.28%，属于岩溶中等发育区段， 有土洞发育1.2盾构隧道溶（土）洞处理目的（1）减小盾构机在施工时产生栽头、坍塌的风险。（2）预防土洞在地下水作用下迅速发展的风险，减小后期运营

3、的风险。（3）预防未查明的溶洞、岩溶通道在盾构掘进时涌水涌砂对隧道抗岩溶局部 坍塌的能力，提高隧道结构的安全性。2施工方案及工艺2.1边界探测施工2.1.1钻孔布置区间隧道补勘施工完成之后，溶土洞注浆充填处理前，先进行溶（土）洞平 面范围的试探测（即探边），探测明确土洞平面范围后再行注浆施工。边界探测 勘探点位布置的原则为：以揭示到溶、土洞的钻孔为基准点，加密钻孔向四周扩散，孔间隔3.0m，钻 孔兼做注浆孔，并选择数个洞顶处钻孔兼做排气孔，排气孔每洞至少一个，间距 超过4m加设排气孔。溶洞平面范围试探测，基本找到溶洞边界为止，注浆孔位 根据现场适当调整。钻探过程中做好详细记录，并对相邻近的钻孔

4、资料要综合对比分析，以有效 指导注浆处理及围护结构施工。溶土洞边界探测示意图如下图所示：图6-3溶土洞边界探测钻孔平面布置示意图图6-4溶土洞边界探测钻孔平面布置示意图2.1.2钻机成孔探边孔采用XY-150地质钻机成孔，成孔直径为91mm，对于场地条件许可的 情况可将探边孔全打完再注浆；为防止钻进过程中出现塌孔事故，在成孔的施工过程中可采用膨润土配浆护壁。对于补勘钻探发现溶洞，按照2mx2m方格状布置钻孔查找洞体边界，由已揭 露溶洞的钻孔向周围扩散布孔探查，每列的钻孔顺序为由内至外钻孔。在查找洞 体边界时，若外围钻孔未发现溶、土洞，则暂时不处理，采用回填处理。一定要 保证回填质量，避免在盾构

5、掘进时钻孔冒浆对市民造成恐慌。在钻孔过程中揭露 的溶、土洞要做好记录，以供注浆作业参考。2.1.3绘制包络图每个溶土洞边界探测施工完成后，根据每个钻孔所探测到的溶土洞顶部、底 部的埋深或标高，结合其平面位置、水平间距，绘制出每个溶土洞的包络图，以 确定其大小。包络图如下图注浆管布置立面示意图中所示。包络图绘制完成后，计算其理论注浆量。注浆充填系数相关规范规定为1.5 2.5，根据广州地区施工经验，本工程注浆充填系数按照1.5计算理论注浆量。2.2下注浆管探边孔兼做注浆孔和排气孔。根据详勘、补勘及洞体边界探查取得的洞体数 据，在溶、土洞顶板以上的部位用实管袖阀管，在溶、土洞范围内使用花管袖阀 管

6、，注浆管底部加下闷盖。溶洞注浆管下至溶洞底，并设置排气孔，每洞至少一 个排气孔，袖阀管直径为*48mmo注浆管布置立面图如下图所示：图6-5未填充情况溶土洞下管长度示意图图6-6全充填情况溶洞下管长度示意图图6-7半充填情况溶洞下管长度示意图将实、花管根据要求连接，在检查其接口密封性能后，立即将注浆管沿钻孔 下至设计标高，上端露出地面50cm左右，并加盖上闷盖。为保证顺利下管，管 中要注满清水，以重力抵消套壳料的浮力。下管后在孔壁间隙靠近地面12m范 围内充填水泥砂浆加固。2.3注水泥浆充填施工2.3.1适用范围全充填的溶（土）洞；高度小于3m的半充填、无充填溶土洞；高度大于3m的，且经过注砂

7、浆试验失败的或者注砂浆注不进去的半充填、 无充填溶土洞；高度大于3m的，经过注砂浆后需要补注水泥浆改善注浆环境或者控制注 浆量的无填充溶土洞。2.3.2袖阀管注浆的特点袖阀管该工法同其它注浆工法相比，具有以下特点：具有上下2个阻塞器（橡皮圈），能将浆液限定在注浆区域的任一段范围 内进行灌注，达到分段注浆的目的，每段注浆高度约500mm。阻塞器在光滑的袖阀管中可以自由移动，可根据需要在注浆区域内某一段 反复注浆。根据地层特点，可在一根注浆管内采用不同的注浆材料，选用不同的注浆 参数进行注浆施工。2.3.3袖阀管结构袖阀注浆管为每节长4m、直径48mm的硬质塑料管，它是由钙塑聚丙烯制 造而成。注浆

8、管内壁光滑，接头有螺扣，端头有斜口。注浆管分实管和花管两种， 实管上未开设溢浆孔，用于非注浆地层；每节花管上开有8mm的溢浆孔12个， 每组小孔间距30cm，用于需注浆地层。在花管有孔部位外面套有橡胶套，橡胶 套覆盖着溢浆孔，起到单向阀作用。注浆芯管采用双塞注浆芯管，通过注浆压力使得两堵头与花管密贴，达到分 段注浆的效果。在钻孔完毕下放袖阀管的过程中，根据溶土洞顶部、底部的埋深计算花管的 埋设位置，溶土洞的高度范围内用花管覆盖，其余部位用实管覆盖，花管覆盖遵 循“宁高勿低、宁深勿浅”的原则。2.3.4注浆参数根据注浆材料及地质条件，结合类似工程的施工经验及相邻标段的试验结果， 暂定选用以下注浆

9、参数，具体须在施工前进行现场及室内试验，必要时根据现场 施工试验的结果对各项参数进行修正。普通水泥单液浆，配合比采用水：水泥=1： 1(重量比)，水泥采用42.5R普 通硅酸盐水泥。一般溶土洞处理注浆压力控制在0.40.6MPa，特殊溶土洞处理 压力控制在0.30.5 MPa，注浆速度3070L/min。外排注浆孔采用水泥-水玻璃双液浆形成浆帷幕。双液浆质量比为水：水泥： 水玻璃=(0.81.0)： 1：(0.080.2)；双液浆体积比水：水泥：水玻璃=1： 1.88： 0.63，每1m3浆液体积比中水泥的体积为0.28、水的体积为0.54，水玻璃 的体积为0.18;水玻璃波美度为3843Be

10、，模数为2.43.0，施工中根据现场试 验确定；一般溶土洞处理注浆压力控制在0.40.6MPa，特殊溶土洞处理压力控 制在0.30.5 MPa，注浆速度3070L/min。2.3.5浆液配制现场水泥浆搅拌采用配套的相关设备，水泥采用袋装水泥，在搅拌池内拌制 浆液，搅拌完成后与注浆泵连接，需要注浆时浆液通过注浆泵从搅拌池内吸出注 浆。水泥、水、注浆泵设有自动流量计。注浆前根据溶洞面积、高度以及包络图估算预配制浆液的体积，按水灰比计 算出所需的水泥和水的用量，在搅拌机内加入计算好的用水量，边搅拌边加入计 算好的水泥用量，搅拌均匀后倒入储浆池内备用。2.3.6注浆施工开注前先进行注水试验，以检查注浆

11、管路是否正常和判断地层的吸浆能力等， 并防止堵管；灌浆量按拌浆桶桶数进行计量。注浆施工的操作方法为：注浆方式采取后退式分段注浆工艺，即在注浆管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，停注拆除该节芯管及接头，将接头接在 未拔出的芯管上继续注浆，依此进行直至完成注浆；注浆过程中如需暂停注浆时，必须先将水泥浆管拿出放入清水桶中，并同 时将注浆芯管提升0.4m，向孔内注清水后再停止注浆，这样既保持管路畅通，又 保证注浆不受注水影响。对于双液注浆，需暂停注浆时或每次注浆完成前，改用单液浆注浆1min， 提出

12、注浆芯管后，用钢管插入注浆管底部用清水由下至上冲洗注浆管，单液浆则 直接停注后进行冲洗，并在管顶盖上闷盖。注浆过程中，压力要控制在小的范围，遵循低压多次的原则进行，为保 证注浆效果，一般采用重复注浆方法。两次注浆时间间隔为310h,注浆34 次，满足终孔压力时停止注浆，并用水泥砂浆封孔。注浆过程中作好注浆工作记录表，注浆孔的注浆工作情况及注浆工序作业 时间。注浆过程中随时分析和改进注浆作业；并且认真记录实际孔位、孔深、孔 内地下物、涌水等，当与地质报告不符时，应采取措施进行修正。2.3.7注浆顺序注浆顺序采取由外到内约束一开放型方式，即先注溶、土洞最外侧后注内侧， 隔孔交替进行，以控制浆液扩散

13、范围，保证注浆效果。对于平面尺寸很大的特大型溶洞，可采用先中央单液浆一外围双液浆一中央 单液浆的注浆顺序。图6-9注浆顺序示意图2.4注水泥砂浆填充2.4.1适用范围（在区间场地允许的情况下）高度大于3m的半充填溶（土）洞和无充填溶（土）洞（含特大溶土洞）， 先找一至两个溶洞进行试验，若试验成功，则注水泥砂浆，同时可推广至高度大 于1m小于3m的无充填溶土洞进行试验；若试验不成功，则改注水泥浆。2.4.2机具准备注水泥砂浆钻孔采用潜孔钻机，钻孔直径146mm，下注浆管注砂浆导管，同 时增加地泵一台。表6-1施工机具表2.4.3材料准备水泥砂浆根据设计图纸要求的配合比，采用搅拌站供应的M7.5水

14、泥砂浆（水泥：砂：水=1： 6： 1.1，水泥强度等级采用42.5R）；施工前搅拌站取得联系， 让搅拌站备足材料；灌浆过程与搅拌站保持密切联系，保证现场灌注施工连续。2.4.4工艺流程2.4.4.1 成孔采用地质潜孔钻机钻146mm孔径，钻至溶洞底；共施作两个，中间间距为 2000mm，其中一个作为排气孔（亦为二次灌浆孔）。2.4.4.2下灌浆管预埋146mm孔径的钢管于孔中，管底埋设至溶洞中部，并用夹具固定防止 掉落，上部预留足够长度与混凝土泵车泵管连接。用同样的方法埋设一条钢管到 溶洞顶下500mm的位置作为排气孔和二次灌浆孔。2.4.4.3泵送水泥砂浆上部灌浆管（146钢管）与泵车管连接

15、后，直接泵送水泥砂浆（M7.5），灌 浆的经验压力控制在12MPa ；在灌浆前，先对注浆管泵气通管；为保持二次灌 浆孔贯通，需间隔对其进行通气防止堵塞。2.4.4.4二次灌浆第一次灌浆完成后，可根据现场情况对二次灌浆孔继续灌注水泥砂浆，作为 第一次灌浆的补充。2.5特殊溶土洞的处理：区间特殊溶土洞处理施工方法、技术措施等与一般溶土洞处理相同。区别在 于特殊溶土洞受建筑物，地质条件等因素的影响，施工过程易发生地面、房屋沉降坍塌等风险。故采用“边探边注、低压多次的方式进行处理。3施工注意事项当地面发生局部沉降过大或塌陷时，应意识到可能为下卧溶、土洞所致，应 及时充填水泥浆，直至压浆稳压后才能恢复开

16、挖。根据现场补勘钻探和溶（土）洞边界探测钻孔所探明的工程地质实际情况与 地质勘察资料进行核对，若有变化应及时通知监理、设计单位调整处理，以满足 设计及施工安全要求。本基坑位于灰岩地区，溶洞和土洞发育。鉴于目前探测溶、土洞的手段有限， 基坑或周边可能存在更多溶、土洞，基坑施工风险很大，地面塌陷、坑底用水等 地质灾害或次生灾害都有可能对施工人员造成致命影响，故溶土洞必须施工前探明，确保施工安全。4施工风险及应急措施4.1冒浆在注浆施工过程中，浆液由管线冒出。造成浆液流失浪费，而且使注浆施工 不能达到设计意图，更有甚者会造成施工区域的管线破坏。施工时必须采取各种 措施预防和处理冒浆现象。4.1.2冒

17、浆产生的原因：注浆孔封孔质量差，浆液极易沿着注浆孔的外壁上升，由薄弱部位冒出；注浆速度及注浆压力过大；靠近注浆区域近距离施工，浆液沿施工处或附近河底冒出。4.1.3预防和处理措施发现冒浆及时检查附近的管井若填充及时清理加强注浆孔的封孔质量；据我方施工经验，冒浆一般发生在注浆周围6m范围内，因而注浆施工过 程中，在距注浆施工6m范围内应严禁其他施工作业；冒浆一般产生在距地表下6m的注浆带，因而若局地表下6m注浆带注浆 施工时，应采取有效的技术措施，例如加密注浆孔，采取减量减压，采用超细水 泥等细颗粒注浆材料等措施；地表或者河底冒浆时，一般可采取间歇注浆措施，等待12h后，再次复注， 若无效，可采

18、用换孔作业，以后再进行补注，复注时若注浆量未达到设计值但又 注不进，可根据需要及时补钻注浆孔；注浆过程中，应加强监测，观察周围管线内是否冒浆，若发现，应采取调 整浆液配比，缩短胶凝时间，瞬时封堵孔洞。4.2卡管卡管是指注浆管掉入或卡入孔内无法提出的现象。产生卡管的现象，会使注 浆管报废，无法继续正常注浆或重复注浆。4.2.1产生卡管的原因工人对工艺不熟悉，虽经短期培训，但仍不熟练；丝扣加固或管套不配套或注浆管未连接好，提管时易脱扣或卡住注浆塞；注浆管加工粗糙，造成下管时丝扣脱落或反转，提管市阻力大；丝扣和注浆管不匹配，返浆严重；碎石卡在钢管与孔壁间。4.2.2解决卡管的措施加强研究工作，提高工艺的可行性，若注砂浆时输送管爆裂脱节，此现象一般出现在某个注浆孔开始和结束阶段，注浆开始时第一斗浆液不宜太稠，注浆 压力适中，待管路畅通后，逐渐调整浆液浓度和压力，注浆结束时输送管爆裂脱 节，说明注浆量已饱和，可停止注浆；对吸浆量大、注浆难以结束的地段，采取低压、浓浆、限流、限量、间歇 注浆或掺加速凝剂、回填等方式处理；恢复注浆后，如注浆率与中断前相比减少很多，且较短时间停止吸浆，则 应采取补救措施；及早恢复注浆，否则立即进行冲洗钻孔，而后恢复注浆。若无法冲洗或