溶洞处理技术总结课件

溶洞处理技术总结

溶洞处理技术总结1一、前言溶洞是石灰岩的节理裂隙经流水的溶蚀作用，经过百万年、几百万年或者更久远的时间不断地溶蚀发育所形成的洞。同样是流水溶蚀形成的由于其形态不同而有的叫溶穴，溶沟或溶槽等。由于地壳的升降运动，现在的溶洞、溶穴和溶沟有的出现在山上，有的埋藏于地下。现在埋藏在地下的是由于该地段或称地块在不断的下降，致使在岩面上沉积了河、湖相的冲（洪）积层——第四系砂、土层。土洞是埋藏在岩溶地区可溶性岩层上覆土层里的空洞。当上覆有适宜被冲蚀的土体，其下又有排泄，储存冲蚀物的通道和空间，经地表水往下渗透或地下水位在岩土层交界附近做频繁升降，由于水对土层的潜蚀作用所产生的洞称为土洞。土洞继续发展，会造成地表塌陷。土洞的生成、发育与岩溶的发育和上覆土层的土质、厚度以及地下水的活动等因素密切相关。由于溶洞处理费用很高，对于一般的建构（筑）物不考虑对溶洞进行处理，基础可采用桩基础形式，将桩的底端进入到岩面或者穿过溶洞进入到溶洞底板作为桩的持力层；而地铁是修建在地下的结构物，当隧道底有溶洞而地基承载力不能满足要求时，则必须对其进行处理。隧道有其特殊性，考虑施工条件和经济的合理性等，难以采用钻孔桩、冲孔桩、沉管灌注桩来支撑隧道的管片，可以对溶洞进行填充处理提高地基的承载力或增加溶洞顶板的厚度来保证地铁施工和运营的安全需要。一、前言溶洞是石灰岩的节理裂隙经流水的溶蚀作用，经过百万年、2二、岩溶处理方案1、溶洞处理的原则⑴溶洞处理采用地面上加固的方法，即溶洞处理+岩面注浆。⑵溶洞处理钻孔要钻到溶洞底部，由底部向上进行溶洞加固，岩面注浆钻孔要进入岩面0.5米后开始注浆。⑶溶洞处理利用加密注浆孔进行。⑷重点对隧道一定影响范围内的溶（土）洞填充物进行处理。⑸溶洞处理效果要通过控制参数和抽芯试验确定。二、岩溶处理方案1、溶洞处理的原则32、溶洞是否需要处理的判定

溶洞不是全部进行处理，而是针对溶洞与隧道的位置关系，对隧道周边一定范围内的溶洞进行处理：隧道结构底板下5m内（隧道底板到溶洞顶板的距离不计沙层的厚度）和结构边线外5m之内的溶洞。为确保施工和使用安全的其他要求。2、溶洞是否需要处理的判定43、岩溶处理方法溶洞处理方法主要三种：岩面注浆、吹砂夹石、注浆。因溶洞的不规则性，决定了其处理的最有效和比较经济的方法是灌浆法、回填砂及碎石等综合施工方法。3、岩溶处理方法53.1、岩溶处理方法

A、全填充溶洞处理全填充溶洞处理的原理是：通过高压注浆，使填充物被压溃、劈裂、挤压、水化、置换等物理填充和化学填充，达到封堵溶缝隔断水源，并将填充物转变为具有一定强度的结石体或硬塑状土。具体加固方法见图1。

3.1、岩溶处理方法A、全填充溶洞处理6图1全填充溶洞注浆加固图图1全填充溶洞注浆加固图7B、半填充、未填充溶洞处理采用吹砂夹石+灌浆的方法。对于溶洞高度大于2m，且少填充的情况采用吹砂夹石回填，然后静压灌浆的方法。对于溶洞高度小于2m，且半填充或未填充时采用水泥浆直接填充，见图2。吹砂夹石施工工艺如下：选择探到有溶洞的钻孔，放入钢套管并固定，将注砂管（采用喷射混凝土用的黑皮胶管）放至溶洞上，在注浆前灌砂。用高压风机将干砂压入，为防止洞内高压阻止灌砂，利用其它钻孔作为减压孔，待达到计算的填充体积，压力稳定时，即可停止。或采用石料充填，钻大直径钻孔，下入钢套管护壁，然后直接从孔口投入小石料充填溶洞。对于小于2m的溶洞直接灌入水泥浆进行回填。溶洞填充物填满后采用静压化学灌浆法，与全填充溶洞处理方法相同。B、半填充、未填充溶洞处理8图2大体积半填充、未填充溶洞注浆加固图图2大体积半填充、未填充溶洞注浆加固图9⑴灌浆方法及工艺①灌浆法的加固机理：对溶洞中的粘土、砂和碎石等，浆液是通过渗透作用板结砂和碎石的；对于溶洞中的粘土、砂等，浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体；对于无填充物和半填充溶洞的空间，浆液是通过充填作用填满溶洞的。浆液在充填物的渗透扩散方向是往小主应力面方向，浆液固化后，小主应力面得到加固，而原次小主应力面变成小主应力面。这样反复不断的，渗透、挤密和加固溶洞，从而提高溶洞中充填物的强度。⑴灌浆方法及工艺①灌浆法的加固机理：对溶洞中的粘土、砂和10②灌浆采用袖阀管(PVC花管)注浆，袖阀管采用φ48mmPVC管，袖阀管下到溶洞底面，在溶洞段的管壁上钻花眼φ6@300作为出浆孔，外包橡皮箍作为单向阀。对于高度0～2m的溶洞，把送浆管直接连通花管，对溶洞内的充填物进行压力注浆；对于高度2m以上的溶洞，在袖阀管内下入双塞芯管，对溶洞内的充填物分层进行压力注浆，分层厚度为0.5～1.0m。②灌浆采用袖阀管(PVC花管)注浆，袖阀管采用φ48mm11③单液浆（水泥浆）设计配比参数：a、注浆压力0.2～1.5MPa；注浆压力从0.4MPa逐步提高，达到注浆终压1.2MPa并继续注浆10min以上；b、水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥；水灰比=0.5：1～1：1；c、注浆速度：30～70L/min；d、注浆扩散半径设计为1.5m；e、每个注浆孔每米的灌浆量初步按8.0立方米考虑。实际灌浆参数根据现场实验确定。对于溶洞水有流动性时，周边孔应在浆液中加入速凝剂或采用水泥-水玻璃双液浆，浓度Be＝30～40。③单液浆（水泥浆）设计配比参数：12⑵灌浆设备①采用BW-150型注浆机，设置回浆管路和溢流阀，在设计范围内可调节注浆压力，当工作压力超过设计压力时，溢流阀会自动开启，油缸停止工作，起到安全保护作用。注浆泵主要性能要求：流量80L/min，最大压力4.5Mpa，动力7.5KW，重量516kg。②浆液搅拌采用自制的500L快速搅拌筒，转速250r/min，制浆量为6m3/h。③灌浆管采用φ32×2.5无缝钢管和φ32五层钢丝编织胶管，工作压力为9Mpa。⑵灌浆设备①采用BW-150型注浆机，设置回浆管路和溢流阀13⑶灌浆法加固的实施要点①注浆孔布置区间钻孔间距2.0m×2.0m，对于有管线和建筑物的地方施作斜孔。②单孔注浆结束标准要求少量多次、反复灌浆；每孔注浆都正常进行，至少复灌两次以上。注浆终压达到设计终压，注浆量达到设计注浆量的80%；或虽未达到设计终压，但注浆量已达到设计注浆量，即可结束本孔注浆。⑶灌浆法加固的实施要点①注浆孔布置143.2、施工方法和步骤⑴全充填溶洞处理方法和步骤见表一⑵半充填、未充填（大体积）溶洞处理方法和步骤见表二⑶半充填、未充填（小体积）溶洞处理方法和步骤见表三3.2、施工方法和步骤⑴全充填溶洞处理方法和步骤153.3、溶洞处理施工机具及材料⑴钻孔①成孔设备选用GY-1A型钻机，不同的孔径采用不同的钻头。钻孔护壁：采用优质稀泥浆护壁。当砂层较厚、孔内塌孔时，用φ108mm套管护孔，待孔内注入套壳料并下入袖阀管后，才将φ108mm套管提出孔外。钻孔深度：溶洞处理孔至溶洞底部。注意事项：钻孔布置注意避开管线和既有建筑物基础。钻机必须保证安放水平、牢固。确保钻孔深度满足要求。3.3、溶洞处理施工机具及材料⑴钻孔16⑵安装袖阀管(花管)、浇注套壳料及固管止浆①成孔后清水洗孔，立即将套壳料通过钻杆泵送至孔底，自下而上灌注套壳料至孔口溢出符合浓度要求的原浆液为止。②依次下入按注浆段配备的袖阀管（花管）和芯管，下管时及时向管内加入清水，克服浮力，顺畅下入至孔底。③套壳料采用粘土和水泥配制，配比为水泥：粘土：水=1:1.5:1.88，浆液比重约为1.5，粘度24-26s；实际施工时应通过多组室内及现场试验，选取最佳配比。根据工程中的要求，套壳料凝固时间和强度增长速率应控制在2-5d内可灌浆。④袖阀管（花管）采用φ48的聚氯乙烯塑料管，在管子注浆段上每隔30cm钻一排（3-4个）孔眼，孔眼直径6mm。针对每排孔眼，在管子外面套上一段长10cm厚1-2mm紧贴的橡皮箍并加以固定。⑤固管止浆：在袖阀管（花管）与孔壁之间的环状间隙处下入注浆管，在孔口上部2米孔段压入止浆固管料，直至孔口返浓浆为止。止浆固管料采用速凝水泥浆，水:水泥=1：1.5。可采用水玻璃或氯化钙作速凝剂。⑵安装袖阀管(花管)、浇注套壳料及固管止浆①成孔后清水洗孔17图3袖阀管结构示意图图3袖阀管结构示意图18⑶待凝

要待孔口段止浆料凝固后才能灌浆。待凝时间控制在2～5天以内。⑶待凝要待孔口段止浆料凝固后才能灌浆。19⑷开环注浆①浆液：采用32.5普硅水泥，注浆时按先灌入稀浆后灌入浓浆的原则逐渐调整水灰比。②开环：注浆的前期阶段，使用稀浆（或清水）加压开环。在加压过程中，一旦出现压力突降，进浆量剧增，表示已经“开环”。开环后即按设计配比开始正式注浆。开环压力为0.35mpa。③注浆：采用双栓塞芯管进行注浆。从孔底自下而上进行注浆，每排孔眼作为一个注浆段，段长为1m。正常注浆压力为0.4～0.8mpa。注浆压力控制在0.4～1.2MPa以内，并由下而上逐渐减小，视具体情况分别采用或作适当调整。④注浆次序：每次都必须跳开一个孔进行注浆，以防止发生窜浆现象。⑤间歇注浆：全孔段注浆完成后，间歇一段时间再进行第二次注浆，间歇时间控制在6～10h之内。⑷开环注浆①浆液：采用32.5普硅水泥，注浆时按先灌入稀浆20⑸终灌标准

①当地层中有了足够的注入浆量时。②当注浆压力达到设计值时。③发现被加固建筑物有上抬的趋势时，立即停止注浆。④发生窜浆或浆液漏失严重时，立即停止注浆。⑸终灌标准①当地层中有了足够的注入浆量时。21⑹后备注浆措施每孔注完浆后，用φ20水管插入袖阀管内，泵入清水把袖阀管内残留水泥浆冲洗干净，以备复注。⑹后备注浆措施22⑺压力注浆时的监测

在注浆过程中，要密切监测地面及建筑物的沉降情况，如发现建筑物有上抬的趋势，立即停止注浆，严格控制注浆前后建筑物的上抬量不得超过2mm。⑺压力注浆时的监测

在注浆过程中，要密切监测地面及建筑物的23⑻灌注材料及配比用32.5R普通硅酸盐水泥作灌注主料，确定各种灌注材料的合理配比，在施工中使用的材料配比（重量比）如下：浆液配合比：水泥：水——1：1（重量比，配方由现场试验最后确定）；水泥浆：水玻璃——1：0.1速凝剂：如发现孔内漏浆严重时，可掺入适量的的水玻璃作为速凝剂。⑻灌注材料及配比用32.5R普通硅酸盐水泥作灌注主料，确定24实例实例25(一)、工程概况广州地铁三号线北延段施工10标，盾构隧道结构底板埋深为4.5~17m，隧道洞身范围内的主要岩土层为粉细砂<3-1>、中粗砂<3-2>、砾砂<3-3>，岩土分界面距隧道底板6~13m，大部分为8m。本标段先后进行了三次地质详勘和补勘，根据第三次《广州市轨道交通三号线北延段（新机场线）人和~高增区间岩溶发育区补充详细勘察阶段岩土工程勘察报告》（2008年12月，广州省重工建筑设计院），场地钻探局部地段岩溶发育，主要分布在三个区段。其中，科技城岩溶区段为其中之一，包括右线140m，里程YDK-24-078~YDK-24-213；左线150m，里程ZDK-24-095~ZDK-24-241。根据重工院地质勘察报告，该区段前后三次勘察钻孔56孔，揭露到溶土洞29个，见洞率为51.8%。溶洞高度0.20~6.50m，平均洞高度为1.38m。溶洞有充填物的占溶洞总数的47.6%。受业主委托，广东省重工建筑设计院于2009年4月份进场，进一步补勘，施工一序孔56个，其中30个钻孔揭露到溶洞，见洞率53%。其中，揭露洞高大于3m的钻孔2个，洞内均有软塑-可塑状粉质粘土填充物。揭露到溶洞的钻孔有填充的占76.7%，洞内堆填物质多为灰色、黑色软塑或可塑状粉质粘土。与施工方钻孔揭露溶洞发育情况基本相似。见表四(一)、工程概况广州地铁三号线北延段施工10标，盾构隧道结构26见图4见图427(二)、溶洞处理的目的1、满足永久隧道结构的承载力要求，通过对溶洞洞体的填充加固处理，提高其强度，从而提高洞体的稳定性，减少不同地层之间的差异沉降，减少隧道管片的变形渗水，以满足地铁安全运营。2、防止盾构机施工时,溶、土洞发生坍塌,引起盾构机载头,发生安全事故。3、降低了新生土洞对隧道稳定性的不利影响。(二)、溶洞处理的目的1、满足永久隧道结构的承载力要求，通过28（三）、溶洞处理原则

1、由于隧道底板下只有5~10m的砂层，粉质粘土层，溶洞发育于基岩为灰岩的岩面附近，而且溶洞的顶板岩都较薄，经地质勘察所揭示的溶洞必须从地面钻孔进行填充注浆处理。2、除对已揭示的溶洞进行加固处理，其余隧道底下伏基岩为石灰岩岩层的地段需补充钻孔进行探查溶洞发育的可能，发现有溶洞一并进行处理。3、溶洞处理范围：沿隧道横向到左、右线隧道边缘外5m，沿隧道纵向到揭示有溶洞的范围，在盾构掘进之前完成处理施工。4、岩溶地段的隧道管片及道床预留注浆管，盾构隧道成型后，监测发现异常情况时，如发生局部沉降，可通过预留的注浆管进行注浆加固。（三）、溶洞处理原则1、由于隧道底板下只有5~10m的砂层29（四）、溶、土洞处理方法

1、以已揭示到溶、土洞的钻孔为基准点，垂直隧道方向2m间距和沿顺隧道方向间距2m，逐步往外钻孔探查。垂直隧道方向以探查到隧道边缘外5m为止。如在隧道边缘外5m的钻探孔仍然见到溶、土洞则以该孔作为处理边界施作止浆墙，如果钻探孔没有溶洞，可退缩一个孔作为处理边界，沿顺隧道方向以探查到溶洞边界为止。见图5。（四）、溶、土洞处理方法1、以已揭示到溶、土洞的钻孔为基准302、探查钻孔深度：钻孔钻入到岩面以下5m，如未发现溶洞，即可终孔，并进行封孔、若见到溶洞则要钻入到溶洞的底板2m，若见到双层或多层溶洞，以底层溶洞的洞底一并进行处理，见到溶洞的钻孔终孔后随即下套壳料，安设袖阀管，袖阀管底端下到溶洞底板之下0.5m。3、对揭示高度大于2m而又无充填物的溶土、洞的钻孔，在其两侧0.6m各钻一个投砂孔，投砂孔管采用不小于直径200mm的PVC套管，管底端下到溶、土洞的顶板之下0.5m，投砂后按全充填溶、土洞的填充处理方法进行注浆加固。4、对揭示高度大于2m的全充填、半充填的溶、土洞或高度小于2m而无充填物溶、土洞，则采用袖阀注浆方法进行注浆加固。2、探查钻孔深度：钻孔钻入到岩面以下5m，如未发现溶洞，即可31（五）、溶、土洞填充、注浆加固施工顺序及工艺1、对应投砂的溶、土洞，先进行投砂（吹砂）填充。2、以隧道边缘外5m探有溶、土洞的钻孔作为对溶、土洞处理边界，并做止浆墙。止浆墙采用双液浆：水泥浆+水玻璃。双液浆的配制应以初凝时间为指标，并要考虑浆液的可泵性。建议配合比：水灰比：0.8：1或1：1（重量比），水泥浆：水玻璃为1：1（体积比），水玻璃浓度Be=35。施工时以现场试配确定。对溶洞处理的周边孔，注浆压力为小压力、多次数、较大量进行控制，压力在0.4—1.0Mpa，注浆次数3—4次。3、以中间部位开始，间隔一个孔注浆之后再回插未注浆的孔进行注浆，逐步向周边推进。水灰比0.8：1~1：1，注浆压力为0.8~1.5Mpa控制，注浆次数2~3次，注浆压力从低到高，达到注浆终压再继续注浆10min以上。对溶、土洞进行填充，注浆加固处理之后，按注浆孔数的1%随机钻孔抽芯，检测结果符合设计要求，达到预期的处理效果。（五）、溶、土洞填充、注浆加固施工顺序及工艺1、对应投砂的溶32（六）、溶土洞处理效果检查1、检测方法采用钻孔取芯，做抗压试验为主，对加固地层做标贯试验。2、检查标准土洞：每个土洞处理区域需检测一次，按1%孔数抽查，不小于3点，采用随机原位标贯试验，标贯击数应不小于10击。溶洞：每个溶洞处理区域需检测一次，按1%孔数抽查，不小于3点，采用随机钻孔取芯，做抗压试验，无侧限抗压强度≥0.20MPa。本项目的溶洞抽芯和标贯试验结果：见表五。（六）、溶土洞处理效果检查1、检测方法33表五处理后溶洞内填充物标贯和抗压试验表孔号溶洞进深范围（m）

溶洞高度（m）溶洞填充物抽检情况

标准贯入试验深度位置（m）

实测锤击数

C2128.33~28.560.23全填充粘土28.48~28.562反弹C5926.30~26.800.50全填充粘土6.45~25.6712C9026.71~28.501.79全填充粘土26.86~27.1610C6226.90~27.400.50全填充粘土27.05~27.3513溶洞内填充物无侧限抗压强度最小值为1.0MPa表五处理后溶洞内填充物标贯和抗压试验表孔号溶洞进深范围（34探查溶洞现场探查溶洞现场35溶洞注浆后台溶洞注浆后台36溶洞处理反复注浆图溶洞处理反复注浆图37见图6见图638溶洞处理效果抽芯检测E160附近钻孔溶洞处理效果抽芯检测E160附近钻孔39E191附近钻孔E191附近钻孔40RB12附近钻孔RB12附近钻孔41RGY-33#附近钻孔RGY-33#附近钻孔42（七）、对溶、土洞处理施工时应注意的几点事项

1、探查溶、土洞钻孔施工，见到溶、土洞应及时、准确记录洞顶、洞底标高，并了解清楚洞里充填物情况。2、袖阀管管底的安设深度要按钻孔所见的洞底孔深确定，注浆时注浆芯管底端也要下到洞的底板以下。注浆压力从小到大，逐渐提高。因为溶、土洞里免不了充盈有水或者有流动的水；注浆的浆液应从洞底往上返，好似钻孔灌注桩灌注混凝土一样。不然的话水泥浆会被洞里的水稀析或被流水带走。3、第一次注浆完之后，注浆芯管和袖阀管都必须用清水冲洗，为下一次注浆创造条件，否则会被水泥凝固不能再次注浆。（七）、对溶、土洞处理施工时应注意的几点事项1、探查溶、土43（八）、几个值得讨论的问题

1、在溶、土洞探查孔完成之后最好进行水文观测，了解溶、土洞里的水文情况、流水方向，流速，做好纵、横剖面图，结合探查溶、土洞钻孔平面图，掌握溶、土洞的分布情况及洞底标高等再确定注浆顺序和注浆方法。2、对高度大于2m的半填充溶、土洞采用投砂或灌注水泥砂浆进行填充，经多次试验，投砂投不下去，灌注水泥砂浆灌注量也极少，没法减少灌注水泥浆而达到减少处理费用的设想。3、半填充、无填充的溶洞，下套壳料之后安设袖阀管，这套壳料将流入到溶、土洞里去；或者与溶、土洞里的水掺和混合，失去套壳料的作用。最好在溶、土洞的顶板位置，袖阀管的外缘与孔壁的环缝之间安装止水环，这止浆环的位置要恰当，且要牢靠，实际又很难操作；这种情况的固管止浆墙也要进行适当处理。4、隧道结构外5M处的止浆墙虽然采用双液浆进行灌注，是否能按设想的那样会形成墙？尤其是边缘的钻孔见到的是高大的洞，而碰巧又是进水口或出水口，更难想象能否成墙？双液浆凝固后强度不高，在注浆压力作用下，止浆墙是否会开裂而失去作用？5、对溶、土洞压力注浆能否注满？假设注满了，水泥浆硬结也有收缩，这收缩系数多少？（八）、几个值得讨论的问题1、在溶、土洞探查孔完成之后最好44谢谢！谢谢！45

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溶洞处理技术总结46一、前言溶洞是石灰岩的节理裂隙经流水的溶蚀作用，经过百万年、几百万年或者更久远的时间不断地溶蚀发育所形成的洞。同样是流水溶蚀形成的由于其形态不同而有的叫溶穴，溶沟或溶槽等。由于地壳的升降运动，现在的溶洞、溶穴和溶沟有的出现在山上，有的埋藏于地下。现在埋藏在地下的是由于该地段或称地块在不断的下降，致使在岩面上沉积了河、湖相的冲（洪）积层——第四系砂、土层。土洞是埋藏在岩溶地区可溶性岩层上覆土层里的空洞。当上覆有适宜被冲蚀的土体，其下又有排泄，储存冲蚀物的通道和空间，经地表水往下渗透或地下水位在岩土层交界附近做频繁升降，由于水对土层的潜蚀作用所产生的洞称为土洞。土洞继续发展，会造成地表塌陷。土洞的生成、发育与岩溶的发育和上覆土层的土质、厚度以及地下水的活动等因素密切相关。由于溶洞处理费用很高，对于一般的建构（筑）物不考虑对溶洞进行处理，基础可采用桩基础形式，将桩的底端进入到岩面或者穿过溶洞进入到溶洞底板作为桩的持力层；而地铁是修建在地下的结构物，当隧道底有溶洞而地基承载力不能满足要求时，则必须对其进行处理。隧道有其特殊性，考虑施工条件和经济的合理性等，难以采用钻孔桩、冲孔桩、沉管灌注桩来支撑隧道的管片，可以对溶洞进行填充处理提高地基的承载力或增加溶洞顶板的厚度来保证地铁施工和运营的安全需要。一、前言溶洞是石灰岩的节理裂隙经流水的溶蚀作用，经过百万年、47二、岩溶处理方案1、溶洞处理的原则⑴溶洞处理采用地面上加固的方法，即溶洞处理+岩面注浆。⑵溶洞处理钻孔要钻到溶洞底部，由底部向上进行溶洞加固，岩面注浆钻孔要进入岩面0.5米后开始注浆。⑶溶洞处理利用加密注浆孔进行。⑷重点对隧道一定影响范围内的溶（土）洞填充物进行处理。⑸溶洞处理效果要通过控制参数和抽芯试验确定。二、岩溶处理方案1、溶洞处理的原则482、溶洞是否需要处理的判定

溶洞不是全部进行处理，而是针对溶洞与隧道的位置关系，对隧道周边一定范围内的溶洞进行处理：隧道结构底板下5m内（隧道底板到溶洞顶板的距离不计沙层的厚度）和结构边线外5m之内的溶洞。为确保施工和使用安全的其他要求。2、溶洞是否需要处理的判定493、岩溶处理方法溶洞处理方法主要三种：岩面注浆、吹砂夹石、注浆。因溶洞的不规则性，决定了其处理的最有效和比较经济的方法是灌浆法、回填砂及碎石等综合施工方法。3、岩溶处理方法503.1、岩溶处理方法

A、全填充溶洞处理全填充溶洞处理的原理是：通过高压注浆，使填充物被压溃、劈裂、挤压、水化、置换等物理填充和化学填充，达到封堵溶缝隔断水源，并将填充物转变为具有一定强度的结石体或硬塑状土。具体加固方法见图1。

3.1、岩溶处理方法A、全填充溶洞处理51图1全填充溶洞注浆加固图图1全填充溶洞注浆加固图52B、半填充、未填充溶洞处理采用吹砂夹石+灌浆的方法。对于溶洞高度大于2m，且少填充的情况采用吹砂夹石回填，然后静压灌浆的方法。对于溶洞高度小于2m，且半填充或未填充时采用水泥浆直接填充，见图2。吹砂夹石施工工艺如下：选择探到有溶洞的钻孔，放入钢套管并固定，将注砂管（采用喷射混凝土用的黑皮胶管）放至溶洞上，在注浆前灌砂。用高压风机将干砂压入，为防止洞内高压阻止灌砂，利用其它钻孔作为减压孔，待达到计算的填充体积，压力稳定时，即可停止。或采用石料充填，钻大直径钻孔，下入钢套管护壁，然后直接从孔口投入小石料充填溶洞。对于小于2m的溶洞直接灌入水泥浆进行回填。溶洞填充物填满后采用静压化学灌浆法，与全填充溶洞处理方法相同。B、半填充、未填充溶洞处理53图2大体积半填充、未填充溶洞注浆加固图图2大体积半填充、未填充溶洞注浆加固图54⑴灌浆方法及工艺①灌浆法的加固机理：对溶洞中的粘土、砂和碎石等，浆液是通过渗透作用板结砂和碎石的；对于溶洞中的粘土、砂等，浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体；对于无填充物和半填充溶洞的空间，浆液是通过充填作用填满溶洞的。浆液在充填物的渗透扩散方向是往小主应力面方向，浆液固化后，小主应力面得到加固，而原次小主应力面变成小主应力面。这样反复不断的，渗透、挤密和加固溶洞，从而提高溶洞中充填物的强度。⑴灌浆方法及工艺①灌浆法的加固机理：对溶洞中的粘土、砂和55②灌浆采用袖阀管(PVC花管)注浆，袖阀管采用φ48mmPVC管，袖阀管下到溶洞底面，在溶洞段的管壁上钻花眼φ6@300作为出浆孔，外包橡皮箍作为单向阀。对于高度0～2m的溶洞，把送浆管直接连通花管，对溶洞内的充填物进行压力注浆；对于高度2m以上的溶洞，在袖阀管内下入双塞芯管，对溶洞内的充填物分层进行压力注浆，分层厚度为0.5～1.0m。②灌浆采用袖阀管(PVC花管)注浆，袖阀管采用φ48mm56③单液浆（水泥浆）设计配比参数：a、注浆压力0.2～1.5MPa；注浆压力从0.4MPa逐步提高，达到注浆终压1.2MPa并继续注浆10min以上；b、水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥；水灰比=0.5：1～1：1；c、注浆速度：30～70L/min；d、注浆扩散半径设计为1.5m；e、每个注浆孔每米的灌浆量初步按8.0立方米考虑。实际灌浆参数根据现场实验确定。对于溶洞水有流动性时，周边孔应在浆液中加入速凝剂或采用水泥-水玻璃双液浆，浓度Be＝30～40。③单液浆（水泥浆）设计配比参数：57⑵灌浆设备①采用BW-150型注浆机，设置回浆管路和溢流阀，在设计范围内可调节注浆压力，当工作压力超过设计压力时，溢流阀会自动开启，油缸停止工作，起到安全保护作用。注浆泵主要性能要求：流量80L/min，最大压力4.5Mpa，动力7.5KW，重量516kg。②浆液搅拌采用自制的500L快速搅拌筒，转速250r/min，制浆量为6m3/h。③灌浆管采用φ32×2.5无缝钢管和φ32五层钢丝编织胶管，工作压力为9Mpa。⑵灌浆设备①采用BW-150型注浆机，设置回浆管路和溢流阀58⑶灌浆法加固的实施要点①注浆孔布置区间钻孔间距2.0m×2.0m，对于有管线和建筑物的地方施作斜孔。②单孔注浆结束标准要求少量多次、反复灌浆；每孔注浆都正常进行，至少复灌两次以上。注浆终压达到设计终压，注浆量达到设计注浆量的80%；或虽未达到设计终压，但注浆量已达到设计注浆量，即可结束本孔注浆。⑶灌浆法加固的实施要点①注浆孔布置593.2、施工方法和步骤⑴全充填溶洞处理方法和步骤见表一⑵半充填、未充填（大体积）溶洞处理方法和步骤见表二⑶半充填、未充填（小体积）溶洞处理方法和步骤见表三3.2、施工方法和步骤⑴全充填溶洞处理方法和步骤603.3、溶洞处理施工机具及材料⑴钻孔①成孔设备选用GY-1A型钻机，不同的孔径采用不同的钻头。钻孔护壁：采用优质稀泥浆护壁。当砂层较厚、孔内塌孔时，用φ108mm套管护孔，待孔内注入套壳料并下入袖阀管后，才将φ108mm套管提出孔外。钻孔深度：溶洞处理孔至溶洞底部。注意事项：钻孔布置注意避开管线和既有建筑物基础。钻机必须保证安放水平、牢固。确保钻孔深度满足要求。3.3、溶洞处理施工机具及材料⑴钻孔61⑵安装袖阀管(花管)、浇注套壳料及固管止浆①成孔后清水洗孔，立即将套壳料通过钻杆泵送至孔底，自下而上灌注套壳料至孔口溢出符合浓度要求的原浆液为止。②依次下入按注浆段配备的袖阀管（花管）和芯管，下管时及时向管内加入清水，克服浮力，顺畅下入至孔底。③套壳料采用粘土和水泥配制，配比为水泥：粘土：水=1:1.5:1.88，浆液比重约为1.5，粘度24-26s；实际施工时应通过多组室内及现场试验，选取最佳配比。根据工程中的要求，套壳料凝固时间和强度增长速率应控制在2-5d内可灌浆。④袖阀管（花管）采用φ48的聚氯乙烯塑料管，在管子注浆段上每隔30cm钻一排（3-4个）孔眼，孔眼直径6mm。针对每排孔眼，在管子外面套上一段长10cm厚1-2mm紧贴的橡皮箍并加以固定。⑤固管止浆：在袖阀管（花管）与孔壁之间的环状间隙处下入注浆管，在孔口上部2米孔段压入止浆固管料，直至孔口返浓浆为止。止浆固管料采用速凝水泥浆，水:水泥=1：1.5。可采用水玻璃或氯化钙作速凝剂。⑵安装袖阀管(花管)、浇注套壳料及固管止浆①成孔后清水洗孔62图3袖阀管结构示意图图3袖阀管结构示意图63⑶待凝

要待孔口段止浆料凝固后才能灌浆。待凝时间控制在2～5天以内。⑶待凝要待孔口段止浆料凝固后才能灌浆。64⑷开环注浆①浆液：采用32.5普硅水泥，注浆时按先灌入稀浆后灌入浓浆的原则逐渐调整水灰比。②开环：注浆的前期阶段，使用稀浆（或清水）加压开环。在加压过程中，一旦出现压力突降，进浆量剧增，表示已经“开环”。开环后即按设计配比开始正式注浆。开环压力为0.35mpa。③注浆：采用双栓塞芯管进行注浆。从孔底自下而上进行注浆，每排孔眼作为一个注浆段，段长为1m。正常注浆压力为0.4～0.8mpa。注浆压力控制在0.4～1.2MPa以内，并由下而上逐渐减小，视具体情况分别采用或作适当调整。④注浆次序：每次都必须跳开一个孔进行注浆，以防止发生窜浆现象。⑤间歇注浆：全孔段注浆完成后，间歇一段时间再进行第二次注浆，间歇时间控制在6～10h之内。⑷开环注浆①浆液：采用32.5普硅水泥，注浆时按先灌入稀浆65⑸终灌标准

①当地层中有了足够的注入浆量时。②当注浆压力达到设计值时。③发现被加固建筑物有上抬的趋势时，立即停止注浆。④发生窜浆或浆液漏失严重时，立即停止注浆。⑸终灌标准①当地层中有了足够的注入浆量时。66⑹后备注浆措施每孔注完浆后，用φ20水管插入袖阀管内，泵入清水把袖阀管内残留水泥浆冲洗干净，以备复注。⑹后备注浆措施67⑺压力注浆时的监测

在注浆过程中，要密切监测地面及建筑物的沉降情况，如发现建筑物有上抬的趋势，立即停止注浆，严格控制注浆前后建筑物的上抬量不得超过2mm。⑺压力注浆时的监测

在注浆过程中，要密切监测地面及建筑物的68⑻灌注材料及配比用32.5R普通硅酸盐水泥作灌注主料，确定各种灌注材料的合理配比，在施工中使用的材料配比（重量比）如下：浆液配合比：水泥：水——1：1（重量比，配方由现场试验最后确定）；水泥浆：水玻璃——1：0.1速凝剂：如发现孔内漏浆严重时，可掺入适量的的水玻璃作为速凝剂。⑻灌注材料及配比用32.5R普通硅酸盐水泥作灌注主料，确定69实例实例70(一)、工程概况广州地铁三号线北延段施工10标，盾构隧道结构底板埋深为4.5~17m，隧道洞身范围内的主要岩土层为粉细砂<3-1>、中粗砂<3-2>、砾砂<3-3>，岩土分界面距隧道底板6~13m，大部分为8m。本标段先后进行了三次地质详勘和补勘，根据第三次《广州市轨道交通三号线北延段（新机场线）人和~高增区间岩溶发育区补充详细勘察阶段岩土工程勘察报告》（2008年12月，广州省重工建筑设计院），场地钻探局部地段岩溶发育，主要分布在三个区段。其中，科技城岩溶区段为其中之一，包括右线140m，里程YDK-24-078~YDK-24-213；左线150m，里程ZDK-24-095~ZDK-24-241。根据重工院地质勘察报告，该区段前后三次勘察钻孔56孔，揭露到溶土洞29个，见洞率为51.8%。溶洞高度0.20~6.50m，平均洞高度为1.38m。溶洞有充填物的占溶洞总数的47.6%。受业主委托，广东省重工建筑设计院于2009年4月份进场，进一步补勘，施工一序孔56个，其中30个钻孔揭露到溶洞，见洞率53%。其中，揭露洞高大于3m的钻孔2个，洞内均有软塑-可塑状粉质粘土填充物。揭露到溶洞的钻孔有填充的占76.7%，洞内堆填物质多为灰色、黑色软塑或可塑状粉质粘土。与施工方钻孔揭露溶洞发育情况基本相似。见表四(一)、工程概况广州地铁三号线北延段施工10标，盾构隧道结构71见图4见图472(二)、溶洞处理的目的1、满足永久隧道结构的承载力要求，通过对溶洞洞体的填充加固处理，提高其强度，从而提高洞体的稳定性，减少不同地层之间的差异沉降，减少隧道管片的变形渗水，以满足地铁安全运营。2、防止盾构机施工时,溶、土洞发生坍塌,引起盾构机载头,发生安全事故。3、降低了新生土洞对隧道稳定性的不利影响。(二)、溶洞处理的目的1、满足永久隧道结构的承载力要求，通过73（三）、溶洞处理原则

1、由于隧道底板下只有5~10m的砂层，粉质粘土层，溶洞发育于基岩为灰岩的岩面附近，而且溶洞的顶板岩都较薄，经地质勘察所揭示的溶洞必须从地面钻孔进行填充注浆处理。2、除对已揭示的溶洞进行加固处理，其余隧道底下伏基岩为石灰岩岩层的地段需补充钻孔进行探查溶洞发育的可能，发现有溶洞一并进行处理。3、溶洞处理范围：沿隧道横向到左、右线隧道边缘外5m，沿隧道纵向到揭示有溶洞的范围，在盾构掘进之前完成处理施工。4、岩溶地段的隧道管片及道床预留注浆管，盾构隧道成型后，监测发现异常情况时，如发生局部沉降，可通过预留的注浆管进行注浆加固。（三）、溶洞处理原则1、由于隧道底板下只有5~10m的砂层74（四）、溶、土洞处理方法

1、以已揭示到溶、土洞的钻孔为基准点，垂直隧道方向2m间距和沿顺隧道方向间距2m，逐步往外钻孔探查。垂直隧道方向以探查到隧道边缘外5m为止。如在隧道边缘外5m的钻探孔仍然见到溶、土洞则以该孔作为处理边界施作止浆墙，如果钻探孔没有溶洞，可退缩一个孔作为处理边界，沿顺隧道方向以探查到溶洞边界为止。见图5。（四）、溶、土洞处理方法1、以已揭示到溶、土洞的钻孔为基准752、探查钻孔深度：钻孔钻入到岩面以下5m，如未发现溶洞，即可终孔，并进行封孔、若见到溶洞则要钻入到溶洞的底板2m，若见到双层或多层溶洞，以底层溶洞的洞底一并进行处理，见到溶洞的钻孔终孔后随即下套壳料，安设袖阀管，袖阀管底端下到溶洞底板之下0.5m。3、对揭示高度大于2m而又无充填物的溶土、洞的钻孔，在其两侧0.6m各钻一个投砂孔，投砂孔管采用不小于直径200mm的PVC套管，管底端下到溶、土洞的顶板之下0.5m，投砂后按全充填溶、土洞的填充处理方法进行注浆加固。4、对揭示高度大于2m的全充填、半充填的溶、土洞或高度小于2m而无充填物溶、土洞，则采用袖阀注浆方法进行注浆加固。2、探查钻孔深度：钻孔钻入到岩面以下5m，如未发现溶洞，即可76（五）、溶、土洞填充、注浆加固施工顺序及工艺1、对应投砂的溶、土洞，先进行投砂（吹砂）填充。2、以隧道边缘外5m探有溶、土洞的钻孔作为对溶、土洞处理边界，并做止浆墙。止浆墙采用双液浆：水泥浆+水玻璃。双液浆的配制应以初凝时间为指标，并要考虑浆液的可泵性。建议配合比：水灰比：0.8：1或1：1（重量比），水泥浆：水玻璃为1：1（体积比），水玻璃浓度Be=35。施工时以现场试配确定。对溶洞处理的周边孔，注浆压力为小压力、多次数、较大量进行控制，压力在0.4—1.0Mpa，注浆次数3—4次。3、以中间部位开始，间隔一个孔注浆之后再回插未注浆的孔进行注浆，逐步向周边推进。水灰比0.8：1~1：1，注浆压力为0.8~1.5Mpa控制，注浆次数2~3次，注浆压力从低到高，达到注浆终压再继续注浆10min以上。对溶、土洞进行填充，注浆加