结合案例对地铁溶洞处理方法的探讨.doc

专业知识分享版摘 要：城市轨道地铁通常穿越了很多种地形地质，不同地质有着不同的施工方法。本文笔者结合武汉地铁X号线对地铁溶洞处理方法进行了详细的分析，希望能够为类似的工程提供一些参考。关键词：地铁建设；溶洞处理；异常处理；钻孔；灌浆 1工程案例 武汉地铁X号线地质条件复杂多变，多为松软土岩溶路基，上覆黏土，为硬塑层，下伏风化灰岩、岩溶及裂隙发育区。规划红线的宽度是30m。基坑开挖深度二倍范围内，站位北面有12层房屋，南面分布有2栋56层的宿舍楼，建筑物基础为条型浅基础，距基坑开挖线大约78m。站牌周围的车流量较大；沿着主干道两旁的慢车道、人行道上分布有路灯线、光缆、天然气管道、自来水管道、污水管道，地下管线埋深 12m。 2岩溶处理概述2.1岩溶处理范围 本标段车站结构底板下伏基岩为灰岩、泥质灰岩、泥岩夹灰岩地段，均为岩溶发育地段，位于高风险范围内且隧道轮廓线外放5m范围内已揭示全部溶洞，自地面进行注浆充填加固，且进一步完成岩面注浆施工。灌浆对象为无填充或半填充溶洞、全填充溶洞、土洞和岩面注浆等，施工范围为： （1）对高风险范围内的溶洞进行充填灌浆； （2）结合溶洞处理，对岩土界面进行注浆加固； （3）对物探异常区进行钻孔验证，同时对岩土分界面进行注浆加固。2.2岩溶处理的目的 满足永久结构的承载力、变形；降低施工期间突水时间发生的机率。通过对洞体内充填物加固处理，提高其自身强度，从而提高洞体的稳定性，降低洞体坍塌引起的地层塌陷，减小变形缝处的差异沉降。2.3岩溶处理原则 根据本标段的工程地质和水文地质资料，类比以往地铁施工经验，以及相关规范规程，将本区段对工程工程风险程度，划分为高风险区和低风险区段。 具体处理原则如下： （1）按照车站结构底板以下完整基岩厚度不小于6m，地铁结构轮廓线外5m范围确定为高风险区。对高风险区内的溶洞进行处理，对高风险区内的物探异常区进行验证并处理。溶洞处理必须填充密实； （2）对溶洞自地面进行注浆填充加固，并完成岩面注浆施工； （3）对于施工期间土层中钻孔出现掉钻等异常得现象，我们应做好相应的记录并及时反映给监理工程师跟设计单位。对车站范围内揭示的土洞，不管埋深多少，所有自地面进行充填加固，全部完成岩面注浆施工； （4）在施工期间发现的溶、土洞按照以上原则办理，遇见的溶洞洞经大于5m的特大型溶洞的时候，需召开专题会议研究决定处理方案； （5）针对高风险区内的物探异常区进行钻孔验证，若发现存在溶、土洞应按照以上原则来做处理； （6）如果没发现溶洞，自地面要进行注浆加固，应完成岩面注浆施工。 在车站的主体结构浇筑底板前，采取地质雷达分段对车站结构底板以下地层进行扫描，发现底板以下基岩6m，隧道轮廓线外5m范围内的异常区，应采取钻孔验证后对其进行注浆处理。2.4溶洞、异常区处理的方法 围护结构施工前需要对岩溶进行处理，溶洞施工顺序：探边界填碎石注浆充填注浆效果监测，异常区处理的施工顺序：钻孔验证探边界注浆充填注浆效果监测，图1和图2分别是溶洞和异常区处理平面图。 （1）在钻孔揭示岩溶洞穴的高度大于1m并无填充溶洞和半填充溶洞，灌浆采用间歇式静压灌浆。第一次应采取用水泥砂浆，灌浆的时间控制在20min，间歇6h，第二次灌浆可采用水泥砂浆或浓浆，若在20min内仍然不起压，停止灌浆，间歇6h，依次类推，一直到终孔为止。有必要时，可在水泥砂浆或水泥浆中适当添加速凝剂。对于特大型无填充溶洞，需反映给监理工程师，并经设计单位同意后，方才可考虑先投碎石（510mm），然后在采用注浆加固的方法，投碎石处理时在原钻孔附近（约0.6m）补钻两个投石孔，两投石中心与原钻孔中心需要在同一连线上，两投石孔可相互作为出去孔。投石之后，注浆加固方法见后面的全充填的处理方法。 （2）钻孔揭示岩溶洞穴高度不大于1m和全填充溶洞可直接采用纯水泥浆进行静压式灌浆。 （3）物探（CT）异常区加固的处理办法：对出现异常区进行钻孔验证，若见存在溶洞则根据溶洞大小采取对应处理加固方法，具体处理情况如表1所示。3岩溶处理施工技术3.1钻孔 首先根据设计图纸对所有灌浆孔、填石孔、检查孔进行编号，钻孔孔位偏差不大于10cm，灌浆孔伸入溶洞底板不小于0.5m，填石孔应伸入溶洞顶板以下空洞内不小于1m；土层中可采用各式适宜的钻机钻孔，灌浆孔直径110mm，填石孔钻孔直径不小于200mm，下钢套管护壁，钢套管采用吊锤直夯入地下，至岩面以上1m左右。土层中钻孔应尽量少用水，泥浆及其他钻孔润滑液。钻孔过程中要保证孔向准确，孔斜偏差值不大于孔深1%。3.2灌浆施工工艺3.2.1合理布置钻孔 对于钻孔揭示岩溶洞穴高度不大于1m的溶洞，在已揭露溶洞的勘探钻孔处钻孔1孔；对于钻孔揭示岩溶洞穴高度12m的溶洞，呈三角型布置钻孔2孔，间距2m2m；对于钻孔揭示岩溶洞穴高度大于2m的溶洞，呈梅花型布置钻孔不少与5孔，间距2m2m，施工中，以揭示到溶洞、异常区的钻孔为基准点，边钻边灌边找边界，以基本找到溶洞洞体边界为止。钻孔布置如图 3 所示。 通过生产性试验选择合理的灌浆孔布置、灌浆方法、灌浆压力和灌浆浆材等灌浆参数，并在实际灌注过程中不断完善灌浆施工工艺。3.2.2灌浆方法与浆材选 （1）对于钻孔揭示岩溶洞穴高度不大于1m的溶洞和半充填溶洞，灌浆采用间歇式静压灌浆。第一次灌浆采用水泥砂浆，灌浆时间控制在20min，间歇6h后才灌第二次，第二次灌浆可采用水泥砂浆或浓浆，若在20min内仍然不起压，停止灌浆，间歇6h后在灌注第三次，依次类推，直到终孔为止。必要时，可在水泥砂浆或水泥浆中适当添加速凝剂对于特大型无填充溶洞，需上报监理工程师，并经设计单位认可后，可考虑先投碎石（510min），后采用注浆加固的方法。投碎石处理时在原钻孔附近（约0.6m）补充两个投石孔，两投石孔中心与原钻孔中心需要在同一个连线上，两投石孔可互相作为出气孔。投石后，注浆加固的方法为全充填处理方法，投石管采用钢套管，投石管的大小可根据现场情况施工情况进行调整； （2）对于钻孔揭示岩溶洞穴高度不大于1m和全填充溶洞直接采用纯水泥浆进行静压式灌浆； （3）当灌浆施工过程中发现严重串孔、冒浆、漏浆不起压等情况时，应根据具体情况采取低压、浓浆、间歇灌浆、灌水泥砂浆、细骨料混凝土、加速凝剂等方法进行处理； （4）必要时，可采用花管注浆，花管长度12m，花孔直径8mm，间距为10cm。 4溶洞异常处理措施 通过先导孔探明溶洞发展现状，根据溶洞发展的特点，我们可以将其分为三类：一般溶洞、轻微溶蚀、复杂溶洞。由于岩溶发展复杂，对于溶洞注浆处理施工，应遵循由易到难的原则，首先应先处理轻微溶蚀或一般的溶洞，基本摸清溶洞发育情况后，再处理复杂溶洞。根据相应特点来采取施工方案。4.1一般溶洞 主要表现为溶洞较小、漏浆量小，可以采取砖块、抛碎石、粘土块、抛入成袋水泥、灌砂浆或混凝土等一系列方法，会造成结块和填堵溶洞。重新开钻的时候，我们应加大泥浆的比重，要用膨润土来护壁，然后在往下钻即可成孔。其次，如果钻孔过程中遇到小而不漏水的溶洞，此时工作人员亦能感觉到地层的变化。这种情况如不漏浆可采用膨润土护壁，均匀加大泥浆比重成孔。4.2轻微溶蚀 主要是指节理化岩体、节理岩体、岩溶发展轻微和封闭的比较小的溶洞。这类轻微溶蚀吸浆量一般通常比较小，适用于单液注浆工法。如果洞内没有填充物或者填充物不满时，注浆开始及前期注浆量较大，应均匀添加中粗砂挤密填筑溶洞，直至停止漏浆；若充填物呈松散或软塑，或者已固结呈硬塑状态的时候，可直接注浆固结就可以了。4.3复杂溶洞 复杂溶洞是指溶洞发育明显或断裂带高度发育地区，并有明显裂隙，空隙相当发育、分布广泛、孔径大、连通性好，钻机注浆孔钻进成孔施工时，钻进冷却水和泥浆泻漏浆严重。 钻孔冲透溶洞时，注意保持孔内泥浆面水头。如果发现了泥浆面下降，立即提出冲锤，可以向孔内补浆或加水。如果漏浆严重时，应采用片石加粘土、水泥回填，再冲击开孔，或者用钢护筒法。采用钢护筒方案发生漏浆情况，则复打比上层钢护简直径小的钢护筒，抛适量片石、粘土，用冲锤密击封堵钢护筒脚，来达到堵漏目的。处理方法是施工时钻机钻孔穿过溶洞至溶洞底部后，再钻进1.0m；先进行溶洞内的充填加固，把溶洞用水泥、中粗砂灰浆填满，该地区吸浆量一般均比