溶、土洞注浆填充处理技术浅析

代锋

摘要：详细论述了溶土洞注浆施工工艺在明挖浅埋地铁工程施工中的应用，并对溶土洞施工工艺及经济姓优劣进行了简述，对后续溶土洞注浆在施工中的应用有一定借鉴作用。

关键词：溶洞、土洞、注浆、高风险区段

一、工程资料

1.工程概况：广州市轨道二、八号线延长线北延段从二号线三元里站起到达嘉禾，施工13标地处广州市白云区，主要包括上林镇～嘉禾区间、永泰～嘉禾区间明挖段、嘉禾车站和嘉禾车辆段出入段线。其中嘉禾车站为二号线的终点站，三号线的中间站，双岛四层框架结构，车站长332.1m；二号线上嘉区间总长1516.21m，三号线永嘉区间总长977.1m；嘉禾车辆段出入段线长为655m。合同总价值4.668亿元，合同工期546天，全部采用明挖法施工。

2：地形地貌：所在的场地为农田、菜地，现有环境较开阔，场地平坦，施工条件便利。场地西侧有一南北走向的河涌与出入段线平行，河面距出、入段线围蔽施工场地的最近距离约23M，施工所占场地内还有一条110KV高压电缆和一条4M宽既有松园路与出、入段线交叉。

3、地质特点：区间及车站穿越地层主要为中粗砂层<3-2>、冲洪积粘性土层<4-1>、可朔状残积土层<5C-1B>、硬朔状残积土层<5C-2>。下伏基岩为栖霞组灰岩地层，岩溶发育。地下水主要为松散层孔隙水和岩溶裂隙水，基岩水位变化很不稳定。

二、 溶、土洞处理的原则及方法

1、溶、土洞处理的原则

1）对于高风险区段的溶、土洞充填加固，按照以下原则执行：

（1）无填充溶、土洞和半填充溶、土洞

对洞径大于2m且无填充溶、土洞和半填充溶、土洞，先进行吹砂处理，后采用注浆加固的方法；投砂处理时在原钻孔附近（约0.6m）补钻两个Φ200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法。投砂管采用Φ200的PVC套管。投砂孔布置见图1和图2所示。

对小于2m的无填充溶、土洞和半填充溶、土洞，可直接采用注浆填充。

（2）全充填溶、土洞或洞径小于2m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、注浆工艺

所有钻孔采用袖阀管注浆。

3、注浆材料

周边孔：纯水泥浆+水玻璃；

中央孔：纯水泥浆。

4、注浆压力和注浆量

周边孔：以相对小压力、多次数、较大量控制；压力0.6～0.8MPa，3～4次。

中央孔：压力按0.8～1.0控制，3次。

注浆扩散半径按照1.5m设计。

5、注浆间歇时间

每次间隔6～10小时。

6、溶洞处理注浆孔平面布置

充填处理前，先进行溶、土洞平面范围的试探测：以揭示到溶、土洞的钻孔为基准点，沿垂直隧道方向间隔2.0m施做一排注浆钻孔，以基本找到洞体边界为止；注浆孔布置见图1和图2所示。

7、溶洞处理施工顺序要点

（1）先施做止水、止浆帷幕，将处理范围内溶洞与外界溶洞隔离，再处理中间区域；

（2）先加固水源一侧，发现浆液流失严重时添加速凝剂，以确保注浆效果；

（3）中间区域补充孔应跳跃施工，以防止跑浆，窜浆现象；

（4）应先对洞径大于2m的无填充、半填充溶洞填砂处理，然后再进行其他溶洞注浆填充处理。

8、灌浆加固效果检查

（1）检测方法

①采用钻孔取芯，做抗压试验为主，抽水试验为辅；

②对加固地层做原位标贯试验。

（2）检测标准

①土洞：采用随机原位标贯试验，标贯击数应不小于10击；

②溶洞：采用随机钻孔取芯，做抗压试验，无侧限抗压强度≥0.15Mpa。

三、施工情况

1 、钻孔

（1）钻孔采用GY-1A型钻机，钻孔直径89～110mm。针对较软土层采用三页钻头钻进成孔，针对硬土层和破碎岩层采用金钢钻头钻进。

（2）钻孔顺序：以揭示到溶、土洞的详勘钻孔为基准点，沿垂直隧道方案每孔间隔2m施一排注浆钻孔，以基本找到洞体边界为止。钻孔深度为洞底以下0.5m，如果洞底以下0.5m范围内出现泐新的溶洞，则探出新溶洞的边界一并处理；最后，根据基本探定的洞体边界施做其他钻孔。孔深进入洞底以下0.5m。

（3）钻孔过程中采用泥浆循环护壁成孔。在钻至设计溶、土洞顶板以上 1m时开始取芯，取至设计溶、土洞底板以下0.5m。通过取出的芯样可判断出溶、土洞的位置、高度和填充物特征。

2 、浇注套壳料

（1）套壳料采用P.O32.5R水泥和粘土拌制，施工配合比为水泥：粘土：水=1：1.5：1.88，浆液比重约为1.5，粘度24-26s。

（2）套壳料采用水泥浆搅拌筒拌制。

（3）套壳料浇注：钻孔结束后，进行清孔，接着将拌制好的套壳料采用GY-1A型钻机钻杆从孔底压入，利用套壳料比重比泥浆大的特点，将孔内泥浆全部置换到孔外，套壳料充满整个孔内。

3 、安放袖阀管

（1）袖阀管采用Φ48的管径，根据注浆要求，在溶、土洞顶板以上的部位用实管，在溶、土洞内使用花管，袖阀浆管底部加下闷盖，顶部加上闷盖；

（2）止浆系统由皮碗式止浆塞、花管、宝塔头和管堵组成，止浆塞必须采用双塞系统，而且一套塞子只能包含一环灌浆孔。

（3）套壳料浇注完成后，在孔内下袖阀管。袖阀管接长采用套管用胶粘连接，在下管过程中为减小袖阀管的浮力，可在管内注入清水；

（4）袖阀管沿钻孔下到溶、土洞底以下0.5m，并露出地表0.3～0.5m；

（5）袖阀管安放完成后，孔内地表以下1m范围内采用M7.5砂浆作为止浆料进行封堵。

4 、注浆

（1）单注浆配置

水泥浆拌制采用P.O32.5R水泥，水灰比为1：1，即每方单液浆配合比为水泥769Kg、水769Kg；

（2）双液浆配置

经多次现场配比试验，最终确定双液浆配比：

①水泥浆拌制采用P.O32.5R水泥，水灰比为1：1；

②在现场将玻美度为40°的水玻璃稀释至16°；

③双液浆混合后，现场试验失去可泵性的时间为60秒，则双液浆配合比为：

使用双液注浆机：1：1.4：0.4（质量比）

使用BW-150型注浆机（注水泥浆）+三缸柱塞泵：1：1.38：0.29（质量比）

（3）灌浆

灌浆量采用流量计进行计量。待套壳料养护2～3d后进行开环。

开环时应注意以下情况：

①、套壳未破坏前，泵压随时间而增大，流量则始终为零；

②、套壳破坏后，泵压骤降。这种情况下，即便开环压力较大，也不会给受灌浆地层带来危害；

③、当继续施加泵压时，流量与压力的关系接近无套壳时地层的吸浆情况，因此在较小的压力下，就能产生较大的注入量。

外侧孔注浆采用KBY-50/70型双液注浆泵（后经过比选，改为BW-150型注浆机（注水泥浆）+三缸柱塞泵）进行注浆作业，内侧孔采用BW-150型注浆机注浆。

①、注浆方式采取后退式分段注浆工艺，即在注浆带内由孔底自下而上进行注浆，每次注浆段长0.5 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，直至完成注浆带；

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0.4m，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。

④、每次注浆完成后，及时用清水将注浆管冲洗干净，管顶盖上闷盖。

⑤、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，应采取补救措施。

注浆顺序

注浆顺序采取由外到内约束-开放型方式，即先注溶、土洞最外侧后注内侧，隔孔交替进行，以控制浆液扩散范围，保证注浆效果。

注浆压力

周边孔注浆压力控制在0.6～0.8MPa，中央孔控制在0.8～1.0MPa；

5 、计量

（1）根据设计配合比算出每1m3水泥浆液和1m3双液浆的水泥和水玻璃各自单位用量，由实际的水泥用量除以每方水泥浆水泥用量得出实际灌水泥浆用量，由实际的水玻璃用量除以每方双液浆水玻璃用量得出实际灌双液浆用量。

（2）在孔口注浆管上设置电子流量计，在现场做好每孔注入量的记录，原始记录附在工程报验单和工程量确认单后。

（3）注浆浆液方量以施工中实际的水泥用量和水玻璃用量为主，以流量计读数和浆液搅拌桶数为辅。

6、 注浆情况统计

二、八线13标上嘉（永嘉）区间溶土洞处理情况表

编号 单液浆 双液浆 合计 理论注浆量 实际量/

理论量 备注 洞身中心里程

MBZ3-SJ-01

MBZ3-SLZ-33 909.48 522.44 1431.92 796.66 1.80 溶洞 YCK29+712.4

MBZ3-SJ-06 708.76 509.12 1217.88 607.5 2.00 溶洞 YCK29+806.3

MBZ2-N130 16.64 59.2 75.84 46.77 1.62 溶洞 YCK30+419.69

MBZ3-SJ-N131 29.12 74 103.12 49.95 2.06 土洞 YCK30+494.43

MBZ3-SJ-23 3714.36 1952.86 5667.22 2620.22 2.16 土洞 YCK30+200

MBZ3-SJ-38 2134.08 894.66 3028.74 1749.58 1.73 土洞 YDK30+325

MBZ3-SJ-57 4262.44 421.06 4683.5 2697.59 1.74 土洞 YDK30+540

MBZ3-SJ-63/64 2451.52 580.16 3031.68 1749.58 1.73 溶洞/土洞 YCK30+634

D节点（自编号） 1464.32 632.7 2097.02 1330 1.58 土洞 YCK30+692

MBZ3-SJ-71 12419.68 2857.88 15277.56 12759.05 1.20 土洞 YCK30+750

MBZ3-SJ-78 479.96 148.74 628.7 217.2 2.89 溶洞 YCK30+850

MBZ3-SJ-81 1383.2 204.98 1588.18 1210 1.31 溶洞 YCK30+910

总计 29973.56 8857.8 38831.36 25834.1 1.82

四、结论和建议

（1）钢花管相对于袖阀管存在注浆压力难于控制、不可分段、重复注浆等缺点，最重要的是钢花管埋入太深，无法拔出，对后续明挖基坑土方开挖产生不利影响，建议在以后的溶、土洞处理中使用袖阀管注浆工艺；

（2）灌砂和灌填砂浆施工困难的原因：由钻探孔底部连线看出，溶土洞底部起伏很大，而砂石和砂浆流动性较差，施工时，砂石或砂浆很快在吹砂或灌填砂浆孔下堆积，堵塞吹砂管，不利于溶土洞充填；

（3）周边孔注浆压力控制在0.6～0.8MPa，中央孔压力控制在0.8～1.0MPa，从取芯结果看：充填密实，强度达到设计要求，从监测结果看：地表隆起最大不足5mm，比较合理，建议作为以后注浆施工的控制指标；

（4）双液浆现场配比试验时，应以初凝时间为指标进行控制，但应考虑浆液失去可泵性时间，经过现场多次接管试验，初凝时间确定为60S；

（5）以BW-150型注浆机（注水泥浆）+三缸柱塞泵（注水玻璃浆）代替KBY-50/70型双液注浆泵注双注浆可有效地解决堵管问题，质量可控，功效较高。双液浆配比为水泥：水：水玻璃（40 ）=1：1.38：0.29（质量比）；

（6）当存在注浆时间过长但压力仍然没有上升的情况时，周边孔的双液浆和中央孔的单液浆交替进行，每孔每次注浆不用压力来控制，定量多次间歇注浆，可适当减少双液浆的使用；

（7）建议适当加大注浆孔间距，间距5m比较合适，以减少工程投资，降低工程造价；

（8）建议单液浆更改配合比，适当掺细砂、粘土等成本较低材料以降低工程造价。

（8）建议明挖地段在工期充足的条件前提下采取开挖土方至基底后进行钻孔及下管注浆，减少工程投资，如施工13标空孔达2.7万米，按合同价空孔算单价每延米50.27元，合计约135.7万元。

参考文献：

[1] 林培元，试论岩溶地层的工程地质风险评估与其工程应对措施 ，广州：广州市南岭沿途工程研究所.

[2] 梁炯均.锚固与注浆技术手册[M].北京：中国电力出版社.

[3] 陈国亮.岩溶地面塌陷的成因与防治[M].中国铁道出版社，1994年.