注漿法處理溶洞在地鐵車站中應用

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摘要：注漿法主要用于溶洞和溶隙填充處理，深圳地鐵16線某車站為地下一層兩跨或多跨（局部范圍地下二層）結構，側式站臺，下伏基巖為微風化灰?guī)r、強全風化砂巖，巖溶發(fā)育類型主要為溶洞和溶隙，為確保地鐵車站施工運營安全，需在主體施工前對溶洞溶隙進行注漿處理，結合溶洞情況做好注漿材料選擇及合適的配比，布置好注漿孔位，確保注漿效果滿足要求。本文通過對地鐵車站施工，總結了施工前及過程中的注意事項、控制要點和施工后檢測參數(shù)及結果。為后續(xù)處理溶洞施工及類似巖溶處理起到了一定的參考借鑒作用。

關鍵詞：地鐵站場；巖溶；溶洞；注漿；檢測

1工程概況

深圳地鐵16號線某車站站位于龍崗區(qū)。車站為地下一層兩跨或多跨（局部范圍地下二層）結構，側式站臺，車站南端設置龍城公園停車場出入線。路道路規(guī)劃紅線寬65m，現(xiàn)狀道路寬60m，雙向6車道+2條非機動車道。現(xiàn)狀黃閣路為南北方向的城市干道，車流量較大，交通較繁忙。擬建站點屬于沖洪積平原地貌單元（龍崗河流域），場地地層巖性復雜，覆蓋層主要為全新統(tǒng)人工填土層、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層、殘積層，下伏基巖為石炭系下統(tǒng)石蹬子組灰?guī)r。根據(jù)勘察提供資料揭露，其巖溶為覆蓋型巖溶，發(fā)育類型主要為溶洞和溶隙。巖溶專項和詳勘鉆探過程中，56個可溶巖勘探孔有30個揭露到溶洞，見洞隙率53.37%，線巖溶率2.02%～50.17%，總線巖溶率8.9%。依據(jù)有關規(guī)范，本站巖溶發(fā)率等級為強發(fā)育。

2注漿法適用條件及作用

注漿法適用于隱伏溶（土）洞、埋藏較深溶洞等、溶隙的處理和有水巖溶治理。注漿法廣泛用于地鐵建設施工中。對巖溶區(qū)進行注漿處理可起到以下作用：①當注漿孔的間距較密時，密布的注漿孔在施工過程中可以揭露未發(fā)現(xiàn)的溶（土）洞，達到消除隱患的目的；②注漿可以充填洞穴，防止土洞塌陷，同時漿液擴散滲透，也可擊破消除相鄰（隱伏）土洞，達到（預）處理或降低塌陷的目的；③注漿漿液進入巖土界面可固結土體或破碎帶，阻隔地下水與土洞的水力聯(lián)系，從而阻止或延緩土洞的發(fā)生和發(fā)展；④基底以下，巖面以上為砂層的情況，采用固結注漿，使其形成固結體并具有一定強度和抗?jié)B性能，可有效阻止由于下部溶洞發(fā)展帶來上部砂層的塌陷；⑤注漿可以提高土體的密度，增強土體強度與穩(wěn)定性；當巖溶頂板破碎、較薄或不穩(wěn)定時，對巖溶注漿可封堵巖溶裂隙、充填洞穴、固化破碎帶，提高溶洞的整體性和穩(wěn)定性，從而提高巖溶地基承載和抵抗變形能力；⑥注漿可增強抗管涌（潛蝕）能力，防止或減弱地下巖溶水引起的涌泥、突水，保證施工與周邊建筑安全。

3注漿材料選取、配比及注漿孔布置原則及相關參數(shù)

注漿材料的選擇主要取決于溶洞溶隙的大小、填充情況、是否有水等因素，同時要結合可靠性、經濟性和耐久性。主要注漿材料有：純水泥漿液，雙液漿，化學漿液等。根據(jù)現(xiàn)場施工需要，選取一種作為填充、注漿用料或同時配合使用幾種注漿材料。

3.1注漿用材料的選擇原則

①根據(jù)鉆孔顯示溶洞高度小于1m的全填充、半填充及無填充溶洞，一般采用純水泥漿液靜壓灌漿；②根據(jù)鉆孔顯示溶洞高度在1~3m的半填充無填充溶洞，一般采用水泥砂漿間歇式靜壓灌漿。如二次灌漿后未起壓，可在水泥砂漿中適當添加速凝劑；③鉆孔顯示溶洞高度大于3m的半填充溶洞和無填充溶洞，可先填充碎石后注漿加固；④如注漿中溶洞相連通或受滲流水等影響，純水泥漿液在注漿時流失嚴重，可用雙液漿對其進行封邊后再內部注漿處理；⑤對涌水量較大出現(xiàn)險情的溶洞，需先用化學漿液封堵，再多種材料互相配合使用效果更佳。

3.2注漿材料及配比

①水泥漿：宜用P.O42.5；②雙液漿：一般采用普通水泥和水玻璃，水玻璃模數(shù)2.4~3.4，濃度為30~45Be'；③化學漿液：聚氨酯、瑪麗散，用于滲流水量大或存在重大安全風險時使用。注漿材料配比可參考表1，應根據(jù)現(xiàn)場試驗確定具體配比。

3.3注漿孔孔位布置原則

①溶洞投影面邊a、b小于2m時：（圖1）②溶洞投影面邊a、b大于2m，小于3m時：（圖2）③溶洞投影面邊a、b大于3m，小于5m時：（圖3）④溶洞投影面邊a大于5m，b小于5m時：（圖4）

3.4施工參數(shù)

①注漿壓力。注漿壓力參考類似經驗選擇如下：周邊孔初灌壓力0.2~0.3MPa，終灌壓力0.6~0.8MPa；中間孔初灌壓力0.2~0.3MPa，終灌壓力0.8~1.0MPa。注漿時壓力應由現(xiàn)場試驗及施工需要逐漸調整。②注漿流量。注漿流量控制在30～60L/min。③注漿量。單孔注漿量根據(jù)注漿擴散半徑和巖層填充率按照如下公式計算：Q=πD^2/4·L·n·α·η式中，Q-注漿量；D-注漿范圍；L-注漿段長；n-土層孔隙率、巖層裂隙率；α-漿液在巖石裂隙中的充填系數(shù)；η-漿液消耗率。④注漿速率。注漿速率應根據(jù)現(xiàn)場實際情況經試驗確定，主要取決于底層的吸漿能力（地層的孔隙率）和注漿設備的動力參數(shù)。

4施工控制要點

4.1鉆進

溶洞在處理前，要先對試探測其平面范圍：本次探邊孔以已揭露巖溶的地勘孔為中心，用6等邊形（間距2m）向四周發(fā)散鉆孔；完成第一次發(fā)散后，如揭露仍有溶洞，則以此循環(huán)發(fā)散，直至探至溶洞邊；然后從中心向四周探孔，找到溶洞體邊界為止。根據(jù)巖溶處理原則，對于地下車站工程，勘探點應鉆至圍護結構底、樁底或基底以下5m穩(wěn)定相對不透水層或完整巖體；若圍護結構底、樁底或基底以下遇串珠狀溶、土洞時，需鉆穿洞底，當穿越巖體厚度累計達5m，勘探點可在溶洞底入完整巖體1.5m后終孔。而在結構底板區(qū)域內的溶洞，則探邊及注漿孔應鉆至車站底板結構下不小于10m。鉆孔探邊前應先進行管線探挖，探明地下管線分部情況，確保鉆孔位置沒有地下管線。鉆探過程中，應逐一記錄好每一孔的芯樣，并進行標識、分析、拍照及描述，為下一步注漿施工提供依據(jù)；鉆孔結束后應及時封孔或下管，防止因鉆透溶洞頂而發(fā)生塌方的事故。

4.2排氣孔施工

為保證注漿或充填的質量，每個溶洞都需設置有效的排氣孔，確保注漿順利進行。排氣孔施工成孔后下條φ50PVC管到溶洞頂，PVC管口需先封閉，以免在下管時泥漿進入管內造成管路堵塞，在注漿前需將排氣孔用高壓空氣疏通。PVC管長度以正好到達溶洞頂板為宜，伸入溶洞洞體不宜過長以確保排氣孔有效排出氣體，故在地質鉆孔施工時應做好溶洞頂板及底板的埋深記錄。

4.3下管

根據(jù)施工過程中探測的溶洞邊界和溶洞大小等確定下管類型和注漿方案。每個溶洞至少選確保一個出氣口，Ø50PVC管應達到溶洞頂部，注漿用Ø50袖閥管需下達溶洞底部，當需填充投料時其投料管管徑為Ø150。（圖5）下管后應及時注入套殼料，并在靠近地面2m的孔壁間隙范圍內用水泥砂漿止?jié){料封孔。（圖6）

4.4袖閥管注漿

①開環(huán)：灌漿開始時，可先用清水或稀漿加壓開環(huán)。當出現(xiàn)壓力突降，進漿量劇增，說明已經“開環(huán)”。即可按設計配合比正式開始注漿。②注漿：選用雙栓塞芯管注漿。按照注漿參數(shù)表從孔底由下上進行，一排孔眼作為一個灌漿段，灌漿段長50cm。注漿液采用42.5普硅水泥，注漿時按先稀漿后濃漿的原則逐步調整水灰比至穩(wěn)定。開環(huán)時壓力為0.35MPa左右，具體數(shù)值應由現(xiàn)場試驗得出。注漿壓力控制在1.0MPa以內，一般為0.4~0.8MPa。具體可根據(jù)現(xiàn)場試驗情況作適當調整。注漿要隔孔進行，以免竄漿現(xiàn)象發(fā)生。③間歇注漿：全部孔位注漿完成后，間歇一段時間再進行二次注漿，間歇時間宜為15~30min之間。全部注漿孔與檢查孔注漿（或壓水）完成后應緊接著進行注漿封孔，注漿封孔用“壓力注漿封孔法”，漿液宜采用水灰比為0.5的純水泥漿，水灰比可根據(jù)現(xiàn)場注漿情況進行調整。

4.5注漿過程異常情況處理

①注漿中斷。注漿過程中如出現(xiàn)中斷，應盡快找出原因，及時恢復注漿；若不能及時恢復注漿時，應馬上沖洗注漿管，以免堵塞。在恢復注漿后，注漿量明顯下降或在短時間內停止吸漿時，應采取補救措施。②大量漏漿。產生大量漏漿時，宜采取以下方法處理：1）可采用降低注漿壓力、增大漿液濃度、限制漿液流量、增加間歇時間的方法進行，間歇時間可根據(jù)現(xiàn)場情況確定，可取6~8小時；2）必要時，可用水泥砂漿或碎石等填充材料填堵空隙后再用方法1）灌注；3）可用水泥--水玻璃灌注或采用其他速凝材料縮短漿液凝結時間。③串漿。串漿是指漿液在灌注過程中從其它鉆孔中流出。預防串漿的措施有：1）在允許的情況加大相鄰孔間距；2）采取隔孔灌注且適當延長相鄰孔的施工間隔時間，等其注的漿液初凝后，再進行后序孔的灌注。發(fā)生串漿后的處理措施：如發(fā)生串漿的孔具備注漿條件，可同時進行注漿，但必須單孔單泵對應注漿，否則需將串漿孔加以堵塞，等注漿孔結束注漿后，再對串漿孔進行沖洗后注漿。④地表冒漿。地表冒漿發(fā)生時可降低注漿壓力同時增大漿液濃度，必要時采用水泥砂漿，等冒漿路徑堵塞后，再逐漸增加注漿壓力至恢復到正常注漿壓力，也可用間歇注漿來處理。

5試驗檢測

5.1檢測方法與標準

①檢測驗收應選擇代表性和薄弱部位地段，應在注漿完成后28d進行；②溶洞溶隙注漿完成后宜采取隨機鉆孔抽芯檢測，要求芯樣無側限抗壓強度≥0.2MPa；③對溶洞采用注漿加固處理后兼做止水帷幕的，檢測孔壓水試驗透水率應不大5×10-5/cm/s，合格率大于85%，如有不合格孔段其透水率極值不應超過7.5×10-5/cm/s，且不得集中；達不到上述檢測標準時，應對受測溶洞進行灌漿補強，同時可據(jù)現(xiàn)場實際情況增加檢測孔數(shù)。

5.2檢測原則和數(shù)量

①注漿檢測強度評定應重視注漿前后試驗數(shù)據(jù)比較，檢測孔不小于總注漿孔數(shù)的5％，且不少于3點，復雜場地巖溶地基處理應適當增加檢測數(shù)量；②每個溶洞檢測不少于1次，檢測孔位距離注漿孔宜200~300cm；③注漿效果滲透性評定的壓水檢查，其試驗點數(shù)不小于注漿孔數(shù)的2%，單體不少于3點且滿足設計要求。

5.3實體檢測情況

①壓水實驗檢測情況：通過數(shù)碼城站溶洞處理完成孔洞進行了壓水實驗檢測，合格率100%，滿足設計要求。（表2）②鉆芯檢測情況：通過對數(shù)碼城站區(qū)間巖溶處理完成孔洞進行了鉆芯檢測，合格率100%，滿足設計和規(guī)范要求。（表3）

6結語

注漿法施工適用于溶洞和溶隙填充處理，在注漿施工前要先選擇注漿材料并選擇合適的配比，根據(jù)溶洞、溶隙做好注漿孔布置；同時結合溶洞、溶隙類型選好相關注漿參數(shù)。在施工過程中要有專人巡查，注意排氣孔暢通；控制注漿壓力和注漿量；同時要觀察是否有注漿異常現(xiàn)象發(fā)生，發(fā)生時及時做好異常情況處理。本文通過對地鐵數(shù)碼城站的施工參數(shù)的總結為以后同類地鐵溶洞施工提供參考借鑒。

參考文獻：

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作者:王麗 單位:中鐵建南方建設投資有限公司