盾构隧道区间溶土洞处理技术

卫晓波

1 工程概况

广佛地铁某两个盾构区间存在溶洞、土洞,盾构施工前,必须采取措施使溶、土洞密实。本次溶土洞处理试验段根据物探勘探成果显示,本试验段范围内有土洞4个,编号为T4,T5,T6,T7,溶洞2个,编号为 R5,R6(见图 1)。

2 设计处理

2.1 处理范围

隧道边线5 m和隧道底板10 m范围内的溶土洞。

2.2 溶土洞的处理方法

1)无填充溶、土洞和半填充溶洞:对洞径大于2 m且无充填或半充填的溶、土洞,先进行投砂处理,后采用注浆加固的方法;投砂处理时在原钻孔附近(约0.6 m)补钻两个φ 250的投砂孔,两投砂孔中心与原钻孔中心需在同一连线上,两投砂孔可相互作为出气孔。投砂后,注浆加固的方法见后面的全充填处理方案。投砂管采用φ 200的PVC套管。2)对小于2 m的无或半填充溶、土洞可直接采用注浆填充。3)全充填溶、土洞或洞径小于2 m的溶、土洞:采用压力注浆的方法进行填充加固,注浆压力从低到高,间歇、反复压浆。

2.3 岩面注浆方法

采用袖阀管注单液浆。

2.4 工艺参数

1)溶土洞注浆。a.单液浆配制。水泥浆采用32.5级普通硅酸盐水泥,水灰比=0.5∶1～1∶1。b.双液浆配制。水泥浆采用32.5级普通硅酸盐水泥。水玻璃:模数m=2.4～3.4,浓度30 Be′～40 Be′;双液浆混合后,现场试验失去可泵性时间可为60 s;具体施工时参数应根据实际情况、现场试验进行调整。c.注浆压力和注浆量。周边孔:注浆压力控制在0.6 MPa～0.8 M Pa,持续 3次～4次。中央孔:注浆压力控制在 0.8 MPa～1.0 M Pa,持续3次～4次。注浆速度:30 L/min～70 L/min;注浆扩散半径按1.5 m设计。d.注浆间歇时间及单孔注浆结束标准。每次间歇6 h～10 h;要求少量多次、反复灌浆,注浆量达到估算的注浆量时,同时注浆终压达到设计终压,即可结束本孔注浆,但应以设计终压力控制为主。

2)岩面注浆。岩面注浆土层厚度为岩土分界面以上1 m范围,钻孔进入岩层0.5 m。水泥浆采用32.5级普通硅酸盐水泥,水灰比=1∶1,并根据进浆状态适当调整;注浆压力0.2 MPa～1.0 MPa,上限按最大压力为准;注浆扩散半径:1 500 mm;注浆孔间距3.0 m×3.0 m,横向5排,加固宽度为线路中线两侧各6 m。当注浆过程中遇到岩面表层溶土洞时,可利用注浆孔进行充填;若出现串珠状溶洞时应及时止浆,防止浆液流失严重。

3)灌砂。钻孔在原勘察孔附近(约60 cm)补钻两个φ 250 mm的灌砂孔进行灌砂;钻孔完毕下入φ 200 mm PVC管作为套管,套管下入距溶土洞洞顶0.5 m的位置;灌砂材料采用中砂,采用自来水将砂灌入孔内,采用小胶桶按体积计量;灌砂时利用两个灌砂孔相互作为出气孔。

3 现场施工情况

3.1 钻孔

1)注浆孔孔位布置。钻孔以揭示到溶、土洞的钻孔为基准点,以2 m×2 m梅花形钻孔,以基本找到洞体边界为止,将无洞的孔定义为周边孔,其余为中央孔(如图2所示)。2)钻孔过程。选用XY-100型钻机,钻孔过程中采用泥浆循环护壁成孔,成孔后须立即清孔。3)浇筑套壳料。4)安设注浆管。注浆管采用φ 48的袖阀管,需注浆的部位用花管,其余的使用实管,注浆管底部加下闷盖;将实、花管根据要求连接后,沿钻孔下到洞底0.5 m。5)固孔。固孔的材料采用水灰比1∶1.5的水泥浆,一般固孔的高度为地面以下2.0 m。

3.2 注浆

3.2.1 注浆设备

中央孔采用BW-150型注浆机注浆,周边孔采用W-3/5型水玻璃泵和BW-150型注浆机一起注浆。浆液搅拌采用自制的500 L快速搅拌筒,转速250 r/min,制浆量为6 m3/h。灌浆管采用φ 32×2.5无缝钢管,工作压力为 9 MPa。注浆时采用双塞注浆芯管,通过注浆压力使得两堵头与花管密贴,以达到分段注浆的效果,双塞注浆芯管如图3所示。

3.2.2 浆液配制

现场的单液浆水灰比为水泥∶水=1∶1。双液浆的配比——水泥∶水∶水玻璃=1∶1∶0.15,水玻璃的浓度为 30 Be′,从现场的调试试验看,这种浆液的凝结时间约为35 s～40 s。

3.2.3 注浆

1)注浆方式采取后退式分段注浆工艺,即在注浆段内由孔底自下而上进行注浆,每次注浆段长0.4 m,注完第一注浆段后,后退注浆芯管,进行第二注浆段的注浆;2)在芯管拔出长度大于一节管长时,停注拆取该节芯管及接头,将接头接在未拔出的芯管上继续注浆,以此下去,直至完成注浆段;3)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0.4 m,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。

3.2.4 注浆压力和注浆量的控制

1)周边孔注浆:注浆开始阶段,在注土洞T7的周边孔时,进浆量大,注浆压力约为 0.3 MPa～0.6 M Pa,压力达不到设计的0.6 MPa～0.8 MPa,后来经过总体设计和业主的现场协调会讨论认为如果压力达不到0.8 MPa,则按扩散半径1.5 m,渗透系数1.5来计算注浆量,当注浆量达到计算注浆量时,停止注浆,停止6 h～8 h再进行第二次注浆,如果还是相同情况该孔就停止注浆,等中央孔注完一次后再进行第三次注浆。

2)中央孔注浆:中央孔注浆开始阶段采用的注浆压力是0.8 MPa～1.0 MPa,冒浆、串浆现象比较多,经后来讨论将压力降到0.4 MPa,冒浆、串浆现象有所减小(华广佛地监雷～南区间会[2008]字第 05号总第07号)。

注浆情况分析:从后来注双液浆的情况来看,在第一次注浆,注浆量达到计算方量时,压力0.4 MPa～0.6 MPa,间隔6 h～8 h进行第二次注浆,注浆压力约为0.8 MPa～1.0 MPa,高的甚至在开始的时候就达到1.2 MPa。如果中央孔的压力是按0.4 MPa来控制,那么我们认为注双液浆在不冒浆的情况下,按照计算方量来控制注浆就足够了,不需进行第二次、第三次注浆。

3.3 灌砂

灌砂孔套管为φ 200的PVC管,灌砂时先将空压机的风管下至PVC管底部,然后灌砂到PVC管内,启动空压机,将砂吹入溶洞内。灌砂试验第一次是选在R5,灌砂孔周围洞高约为1.5 m～4 m,钻孔时有掉钻、漏水现象,最大掉钻为3.4 m,在灌砂时只灌进0.1 m3砂。第二次是选在R7,灌砂孔周围洞高约为1.8 m～3.7 m,钻孔时有掉钻、漏水现象,最大掉钻为 3 m,在灌砂时只灌进0.2 m3砂。原因分析:在钻孔时虽有掉钻、漏水的现象,但我们认为溶洞并不存在完全的空洞,而是填充满了水或泥浆,因为出气孔直接排出的就是泥浆,而且泥浆浓度还比较高。

4 结语

1)灌砂:由于试验段洞体多为全填充,极少有完全空洞的存在,且该段地层地下水丰富,灌砂效果不理想,建议今后在此类溶土洞中不采用灌砂工艺。2)周边孔的注浆:周边孔用袖阀管注双液浆,建议双液浆的配比为水∶水泥∶水玻璃=1∶1∶0.15(水玻璃浓度为 30 Be′),压力0.4 MPa～0.6 MPa,达到设计压力即可,无需进行重复注浆。3)中央孔的注浆:土洞的中央孔用袖阀管注单液浆,水灰比1∶1,压力0.4 MPa,建议进行重复注浆,试验段溶洞的中央孔注浆效果不好,不宜用这种方法进行注浆。4)根据试验段地层的特点,浆液扩散性较好,建议中央注浆孔的布置间距增大一倍,即以4 m×4 m梅花形布置。