(地铁论文)注浆法处理溶洞在地铁车站中应用

【地铁论文】注浆法处理溶洞在地铁车站中应用内容摘要：注浆法主要用于溶洞和溶隙填充处理，深圳地铁16线某车站为地下一层两跨或多跨〔局部范围地下二层〕结构，侧式站台，下伏基岩为微风化灰岩、强全风化砂岩，岩溶发育类型主要为溶洞和溶隙，为确保地铁车站施工运营安全，需在主体施工前对溶洞溶隙进行注浆处理，结合溶洞情况做好注浆材料选择及合适的配比，布置好注浆孔位，确保注浆效果知足要求。本文通过对地铁车站施工，总结了施工前及过程中的注意事项、控制重点和施工后检测参数及结果。为后续处理溶洞施工及类似岩溶处理起到了一定的参考借鉴作用。本文关键词语：地铁站场；岩溶；溶洞；注浆；检测1工程大概情况深圳地铁16号线某车站站位于龙岗区。车站为地下一层两跨或多跨〔局部范围地下二层〕结构，侧式站台，车站南端设置龙城公园停车场出入线。路道路规划红线宽65m，现在状况道路宽60m，双向6车道+2条非机动车道。现在状况黄阁路为南北方向的城市干道，车流量较大，交通较繁忙。拟建站点属于冲洪积平原地貌单元〔龙岗河流域〕，场地地层岩性复杂，覆盖层主要为全新统人工填土层、第四系上更新统冲洪积层、残积层，下伏基岩为石炭系下统石蹬子组灰岩。根据勘察提供资料揭露，其岩溶为覆盖型岩溶，发育类型主要为溶洞和溶隙。岩溶专项和详勘钻探过程中，56个可溶岩勘探孔有30个揭露到溶洞，见洞隙率53.37%，线岩溶率2.02%～50.17%，总线岩溶率8.9%。依据有关规范，本站岩溶发率等级为强发育。2注浆法适用条件及作用注浆法适用于隐伏溶〔土〕洞、埋藏较深溶洞等、溶隙的处理和有水岩溶治理。注浆法广泛用于地铁建设施工中。对岩溶区进行注浆处理可起到以下作用：①当注浆孔的间距较密时，密布的注浆孔在施工过程中可以揭露未发现的溶〔土〕洞，达到消除隐患的目的；②注浆可以充填洞穴，防止土洞塌陷，同时浆液扩散渗透，也可击破消除相邻〔隐伏〕土洞，达到〔预〕处理或降低塌陷的目的；③注浆浆液进入岩土界面可固结土体或破碎带，阻隔地下水与土洞的水力联系，从而阻止或延缓土洞的发生和发展；④基底以下，岩面以上为砂层的情况，采用固结注浆，使其形成固结体并具有一定强度和抗渗性能，可有效阻止由于下部溶洞发展带来上部砂层的塌陷；⑤注浆可以提高土体的密度，增强土体强度与稳定性；当岩溶顶板破碎、较薄或不稳定时，对岩溶注浆可封堵岩溶裂隙、充填洞穴、固化破碎带，提高溶洞的整体性和稳定性，从而提高岩溶地基承载和抵抗变形能力；⑥注浆可增强抗管涌〔潜蚀〕能力，防止或减弱地下岩溶水引起的涌泥、突水，保证施工与周边建筑安全。3注浆材料选取、配比及注浆孔布置原则及相关参数注浆材料的选择主要取决于溶洞溶隙的大小、填充情况、是否有水等因素，同时要结合可靠性、经济性和耐久性。主要注浆材料有：纯水泥浆液，双液浆，化学浆液等。根据现场施工需要，选取一种作为填充、注浆用料或同时配合使用几种注浆材料。3.1注浆用材料的选择原则①根据钻孔显示溶洞高度小于1m的全填充、半填充及无填充溶洞，一般采用纯水泥浆液静压灌浆；②根据钻孔显示溶洞高度在1~3m的半填充无填充溶洞，一般采用水泥砂浆间歇式静压灌浆。如二次灌浆后未起压，可在水泥砂浆中适当添加速凝剂；③钻孔显示溶洞高度大于3m的半填充溶洞和无填充溶洞，可先填充碎石后注浆加固；④如注浆中溶洞相连通或受渗流水等影响，纯水泥浆液在注浆时流失严重，可用双液浆对其进行封边后再内部注浆处理；⑤对涌水量较大出现险情的溶洞，需先用化学浆液封堵，再多种材料相互配合使用效果更佳。3.2注浆材料及配比①水泥浆：宜用P.O42.5；②双液浆：一般采用普通水泥和水玻璃，水玻璃模数2.4~3.4，浓度为30~45Be'；③化学浆液：聚氨酯、玛丽散，用于渗流水量大或存在重大安全风险时使用。注浆材料配比可参考表1，应根据现场试验确定具体配比。3.3注浆孔孔位布置原则①溶洞投影面边a、b小于2m时：〔图1〕②溶洞投影面边a、b大于2m，小于3m时：〔图2〕③溶洞投影面边a、b大于3m，小于5m时：〔图3〕④溶洞投影面边a大于5m，b小于5m时：〔图4〕3.4施工参数①注浆压力。注浆压力参考类似经历体验选择如下：周边孔初灌压力0.2~0.3MPa，终灌压力0.6~0.8MPa；中间孔初灌压力0.2~0.3MPa，终灌压力0.8~1.0MPa。注浆时压力应由现场试验及施工需要逐渐调整。②注浆流量。注浆流量控制在30～60L/min。③注浆量。单孔注浆量根据注浆扩散半径和岩层填充率按照如下公式计算：Q=πD^2/4·L·n·α·η式中，Q-注浆量；D-注浆范围；L-注浆段长；n-土层孔隙率、岩层裂隙率；α-浆液在岩石裂隙中的充填系数；η-浆液消耗率。④注浆速率。注浆速率应根据现场实际情况经试验确定，主要取决于底层的吸浆能力〔地层的孔隙率〕和注浆设备的动力参数。4施工控制重点4.1钻进溶洞在处理前，要先对试探测其平面范围：本次探边孔以已揭露岩溶的地勘孔为中心，用6等边形〔间距2m〕向四周发散钻孔；完成第一次发散后，如揭露仍有溶洞，则以此循环发散，直至探至溶洞边；然后从中心向四周探孔，找到溶洞体边界为止。根据岩溶处理原则，对于地下车站工程，勘探点应钻至围护结构底、桩底或基底以下5m稳定相对不透水层或完整岩体；若围护结构底、桩底或基底以下遇串珠状溶、土洞时，需钻穿洞底，当穿越岩体厚度累计达5m，勘探点可在溶洞底入完整岩体1.5m后终孔。而在结构底板区域内的溶洞，则探边及注浆孔应钻至车站底板结构下不小于10m。钻孔探边前应先进行管线探挖，探明地下管线分部情况，确保钻孔位置没有地下管线。钻探过程中，应逐一记录好每一孔的芯样，并进行标识、分析、拍照及描绘叙述，为下一步注浆施工提供依据；钻孔结束后应及时封孔或下管，防止因钻透溶洞顶而发生塌方的事故。4.2排气孔施工为保证注浆或充填的质量，每个溶洞都需设置有效的排气孔，确保注浆顺利进行。排气孔施工成孔后下条φ50PVC管到溶洞顶，PVC管口需先封闭，以免在下管时泥浆进入管内造成管路堵塞，在注浆前需将排气孔用高压空气疏通。PVC管长度以正好到达溶洞顶板为宜，伸入溶洞洞体不宜过长以确保排气孔有效排出气体，故在地质钻孔施工时应做好溶洞顶板及底板的埋深记录。4.3下管根据施工过程中探测的溶洞边界和溶洞大小等确定下管类型和注浆方案。每个溶洞至少选确保一个出气口，50PVC管应达到溶洞顶部，注浆用50袖阀管需下达溶洞底部，当需填充投料时其投料管管径为150。〔图5〕下管后应及时注入套壳料，并在靠近地面2m的孔壁间隙范围内用水泥砂浆止浆料封孔。〔图6〕4.4袖阀管注浆①开环：灌浆开始时，可先用清水或稀浆加压开环。当出现压力突降，进浆量剧增，说明已经“开环〞。即可按设计配合比正式开始注浆。②注浆：选用双栓塞芯管注浆。按照注浆参数表从孔底由下上进行，一排孔眼作为一个灌浆段，灌浆段长50cm。注浆液采用42.5普硅水泥，注浆时按先稀浆后浓浆的原则逐步调整水灰比至稳定。开环时压力为0.35MPa左右，具体数值应由现场试验得出。注浆压力控制在1.0MPa以内，一般为0.4~0.8MPa。具体可根据现场试验情况作适当调整。注浆要隔孔进行，以免窜浆现象发生。③间歇注浆：全部孔位注浆完成后，间歇一段时间再进行二次注浆，间歇时间宜为15~30min之间。全部注浆孔与检查孔注浆〔或压水〕完成后应紧接着进行注浆封孔，注浆封孔用“压力注浆封孔法〞，浆液宜采用水灰比为0.5的纯水泥浆，水灰比可根据现场注浆情况进行调整。4.5注浆过程异常情况处理①注浆中断。注浆过程中如出现中断，应尽快找出原因，及时恢复注浆；若不能及时恢复注浆时，应马上冲洗注浆管，以免堵塞。在恢复注浆后，注浆量明显下降或在短时间内停止吸浆时，应采取补救措施。②大量漏浆。产生大量漏浆时，宜采取以下方法处理：1〕可采用降低注浆压力、增大浆液浓度、限制浆液流量、增加间歇时间的方法进行，间歇时间可根据现场情况确定，可取6~8小时；2〕必要时，可用水泥砂浆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缩短浆液凝结时间。③串浆。串浆是指浆液在灌注过程中从其它钻孔中流出。预防串浆的措施有：1〕在允许的情况加大相邻孔间距；2〕采取隔孔灌注且适当延长相邻孔的施工间隔时间，等其注的浆液初凝后，再进行后序孔的灌注。发生串浆后的处理措施：如发生串浆的孔具备注浆条件，可同时进行注浆，但必须单孔单泵对应注浆，否则需将串浆孔加以堵塞，等注浆孔结束注浆后，再对串浆孔进行冲洗后注浆。④地表冒浆。地表冒浆发生时可降低注浆压力同时增大浆液浓度，必要时采用水泥砂浆，等冒浆路径堵塞后，再逐渐增加注浆压力至恢复到正常注浆压力，也可用间歇注浆来处理。5试验检测5.1检测方法与标准①检测验收应选择代表性和薄弱部位地段，应在注浆完成后28d进行；②溶洞溶隙注浆完成后宜采取随机钻孔抽芯检测，要求芯样无侧限抗压强度≥0.2MPa；③对溶洞采用注浆加固处理后兼做止水帷幕的，检测孔压水试验透水率应不大5×10-5/cm/s，合格率大于85%，如有不合格孔段其透水率极值不应超过7.5×10-5/cm/s，且不得集中；达不到上述检测标准时，应对受测溶洞进行灌浆补强，同时可据现场实际情况增加检测孔数。5.2检测原则和数量①注浆检测强度评定应重视注浆前后试验数据比较，检测孔不小于总注浆孔数的5％，且不少于3点，复杂场地岩溶地基处理应适当增加检测数量；②每个溶洞检测不少于1次，检测孔位距离注浆孔宜200~300cm；③注浆效果渗透性评定的压水检查，其试验点数不小于注浆孔数的2%，单体不少于3点且知足设计要求。5.3实体检测情况①压水实验检测情况：通过数码城站溶洞处理完成孔洞进行了压水实验检测，合格率100%，知足设计要求。〔表2〕②钻芯检测情况：通过对数码城站区间岩溶处理完成孔洞进行了钻芯检测，合格率100%，知足设计和规范要求。〔表3〕注浆法施工适用于溶洞和溶隙填充处理，在注浆施工前要先选择注浆材料并选择合适的配比，根据溶洞、溶隙做好注浆孔布置；同时结合溶洞、溶隙类型选好相关注浆参数。在施工过程中要有专人巡查，注意排气孔畅通；