注漿法處理溶洞在地鐵車站中應(yīng)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(jié)構(gòu)，側(cè)式站臺(tái)，下伏基巖為微風(fēng)化灰?guī)r、強(qiáng)全風(fēng)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(yùn)營(yíng)安全，需在主體施工前對(duì)溶洞溶隙進(jìn)行注漿處理，結(jié)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(guò)對(duì)地鐵車站施工，總結(jié)了施工前及過(guò)程中的注意事項(xiàng)、控制要點(diǎn)和施工后檢測(cè)參數(shù)及結(jié)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(guān)鍵詞：地鐵站場(chǎng)；巖溶；溶洞；注漿；檢測(cè)
1工程概況
深圳地鐵16號(hào)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(jié)構(gòu)，側(cè)式站臺(tái)，車站南端設(shè)置龍城公園停車場(chǎng)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(jī)動(dòng)車道?，F(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(diǎn)屬于沖洪積平原地貌單元（龍崗河流域），場(chǎng)地地層巖性復(fù)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(xiàng)和詳勘鉆探過(guò)程中，56個(gè)可溶巖勘探孔有30個(gè)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(guān)規(guī)范，本站巖溶發(fā)率等級(jí)為強(qiáng)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(shè)施工中。對(duì)巖溶區(qū)進(jìn)行注漿處理可起到以下作用：①當(dāng)注漿孔的間距較密時(shí)，密布的注漿孔在施工過(guò)程中可以揭露未發(fā)現(xiàn)的溶（土）洞，達(dá)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(shí)漿液擴(kuò)散滲透，也可擊破消除相鄰（隱伏）土洞，達(dá)到（預(yù)）處理或降低塌陷的目的；③注漿漿液進(jìn)入巖土界面可固結(jié)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?fù)炼吹陌l(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(jié)注漿，使其形成固結(jié)體并具有一定強(qiáng)度和抗?jié)B性能，可有效阻止由于下部溶洞發(fā)展帶來(lái)上部砂層的塌陷；⑤注漿可以提高土體的密度，增強(qiáng)土體強(qiáng)度與穩(wěn)定性；當(dāng)巖溶頂板破碎、較薄或不穩(wěn)定時(shí)，對(duì)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(qiáng)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(guān)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(shí)要結(jié)合可靠性、經(jīng)濟(jì)性和耐久性。主要注漿材料有：純水泥漿液，雙液漿，化學(xué)漿液等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工需要，選取一種作為填充、注漿用料或同時(shí)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(wú)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(wú)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(dāng)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(wú)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(shí)流失嚴(yán)重，可用雙液漿對(duì)其進(jìn)行封邊后再內(nèi)部注漿處理；⑤對(duì)涌水量較大出現(xiàn)險(xiǎn)情的溶洞，需先用化學(xué)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(xué)漿液：聚氨酯、瑪麗散，用于滲流水量大或存在重大安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí)使用。注漿材料配比可參考表1，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(shí)：（圖1）②溶洞投影面邊a、b大于2m，小于3m時(shí)：（圖2）③溶洞投影面邊a、b大于3m，小于5m時(shí)：（圖3）④溶洞投影面邊a大于5m，b小于5m時(shí)：（圖4）
3.4施工參數(shù)
①注漿壓力。注漿壓力參考類似經(jīng)驗(yàn)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(shí)壓力應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及施工需要逐漸調(diào)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(kuò)散半徑和巖層填充率按照如下公式計(jì)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(zhǎng)；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(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況經(jīng)試驗(yàn)確定，主要取決于底層的吸漿能力（地層的孔隙率）和注漿設(shè)備的動(dòng)力參數(shù)。
4施工控制要點(diǎn)
4.1鉆進(jìn)
溶洞在處理前，要先對(duì)試探測(cè)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(duì)于地下車站工程，勘探點(diǎn)應(yīng)鉆至圍護(hù)結(jié)構(gòu)底、樁底或基底以下5m穩(wěn)定相對(duì)不透水層或完整巖體；若圍護(hù)結(jié)構(gòu)底、樁底或基底以下遇串珠狀溶、土洞時(shí)，需鉆穿洞底，當(dāng)穿越巖體厚度累計(jì)達(dá)5m，勘探點(diǎn)可在溶洞底入完整巖體1.5m后終孔。而在結(jié)構(gòu)底板區(qū)域內(nèi)的溶洞，則探邊及注漿孔應(yīng)鉆至車站底板結(jié)構(gòu)下不小于10m。鉆孔探邊前應(yīng)先進(jìn)行管線探挖，探明地下管線分部情況，確保鉆孔位置沒(méi)有地下管線。鉆探過(guò)程中，應(yīng)逐一記錄好每一孔的芯樣，并進(jìn)行標(biāo)識(shí)、分析、拍照及描述，為下一步注漿施工提供依據(jù)；鉆孔結(jié)束后應(yīng)及時(shí)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(zhì)量，每個(gè)溶洞都需設(shè)置有效的排氣孔，確保注漿順利進(jìn)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(shí)泥漿進(jìn)入管內(nèi)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(zhǎng)度以正好到達(dá)溶洞頂板為宜，伸入溶洞洞體不宜過(guò)長(zhǎng)以確保排氣孔有效排出氣體，故在地質(zhì)鉆孔施工時(shí)應(yīng)做好溶洞頂板及底板的埋深記錄。
4.3下管
根據(jù)施工過(guò)程中探測(cè)的溶洞邊界和溶洞大小等確定下管類型和注漿方案。每個(gè)溶洞至少選確保一個(gè)出氣口，Ø50PVC管應(yīng)達(dá)到溶洞頂部，注漿用Ø50袖閥管需下達(dá)溶洞底部，當(dāng)需填充投料時(shí)其投料管管徑為Ø150。（圖5）下管后應(yīng)及時(shí)注入套殼料，并在靠近地面2m的孔壁間隙范圍內(nèi)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(shí)，可先用清水或稀漿加壓開環(huán)。當(dāng)出現(xiàn)壓力突降，進(jìn)漿量劇增，說(shuō)明已經(jīng)“開環(huán)”。即可按設(shè)計(jì)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(jìn)行，一排孔眼作為一個(gè)灌漿段，灌漿段長(zhǎng)50cm。注漿液采用42.5普硅水泥，注漿時(shí)按先稀漿后濃漿的原則逐步調(diào)整水灰比至穩(wěn)定。開環(huán)時(shí)壓力為0.35MPa左右，具體數(shù)值應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出。注漿壓力控制在1.0MPa以內(nèi)，一般為0.4~0.8MPa。具體可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況作適當(dāng)調(diào)整。注漿要隔孔進(jìn)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(shí)間再進(jìn)行二次注漿，間歇時(shí)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(yīng)緊接著進(jìn)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(chǎng)注漿情況進(jìn)行調(diào)整。
4.5注漿過(guò)程異常情況處理
①注漿中斷。注漿過(guò)程中如出現(xiàn)中斷，應(yīng)盡快找出原因，及時(shí)恢復(fù)注漿；若不能及時(shí)恢復(fù)注漿時(shí)，應(yīng)馬上沖洗注漿管，以免堵塞。在恢復(fù)注漿后，注漿量明顯下降或在短時(shí)間內(nèi)停止吸漿時(shí)，應(yīng)采取補(bǔ)救措施。②大量漏漿。產(chǎn)生大量漏漿時(shí)，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(shí)間的方法進(jìn)行，間歇時(shí)間可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定，可取6~8小時(shí)；2）必要時(shí)，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(jié)時(shí)間。③串漿。串漿是指漿液在灌注過(guò)程中從其它鉆孔中流出。預(yù)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(dāng)延長(zhǎng)相鄰孔的施工間隔時(shí)間，等其注的漿液初凝后，再進(jìn)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(shí)進(jìn)行注漿，但必須單孔單泵對(duì)應(yīng)注漿，否則需將串漿孔加以堵塞，等注漿孔結(jié)束注漿后，再對(duì)串漿孔進(jìn)行沖洗后注漿。④地表冒漿。地表冒漿發(fā)生時(shí)可降低注漿壓力同時(shí)增大漿液濃度，必要時(shí)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(fù)到正常注漿壓力，也可用間歇注漿來(lái)處理。
5試驗(yàn)檢測(cè)
5.1檢測(cè)方法與標(biāo)準(zhǔn)
①檢測(cè)驗(yàn)收應(yīng)選擇代表性和薄弱部位地段，應(yīng)在注漿完成后28d進(jìn)行；②溶洞溶隙注漿完成后宜采取隨機(jī)鉆孔抽芯檢測(cè)，要求芯樣無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥0.2MPa；③對(duì)溶洞采用注漿加固處理后兼做止水帷幕的，檢測(cè)孔壓水試驗(yàn)透水率應(yīng)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(yīng)超過(guò)7.5×10-5/cm/s，且不得集中；達(dá)不到上述檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)對(duì)受測(cè)溶洞進(jìn)行灌漿補(bǔ)強(qiáng)，同時(shí)可據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況增加檢測(cè)孔數(shù)。
5.2檢測(cè)原則和數(shù)量
①注漿檢測(cè)強(qiáng)度評(píng)定應(yīng)重視注漿前后試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，檢測(cè)孔不小于總注漿孔數(shù)的5％，且不少于3點(diǎn)，復(fù)雜場(chǎng)地巖溶地基處理應(yīng)適當(dāng)增加檢測(cè)數(shù)量；②每個(gè)溶洞檢測(cè)不少于1次，檢測(cè)孔位距離注漿孔宜200~300cm；③注漿效果滲透性評(píng)定的壓水檢查，其試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)不小于注漿孔數(shù)的2%，單體不少于3點(diǎn)且滿足設(shè)計(jì)要求。
5.3實(shí)體檢測(cè)情況
①壓水實(shí)驗(yàn)檢測(cè)情況：通過(guò)數(shù)碼城站溶洞處理完成孔洞進(jìn)行了壓水實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，合格率100%，滿足設(shè)計(jì)要求。（表2）②鉆芯檢測(cè)情況：通過(guò)對(duì)數(shù)碼城站區(qū)間巖溶處理完成孔洞進(jìn)行了鉆芯檢測(cè)，合格率100%，滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。（表3）
6結(jié)語(yǔ)
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(shí)結(jié)合溶洞、溶隙類型選好相關(guān)注漿參數(shù)。在施工過(guò)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(shí)要觀察是否有注漿異常現(xiàn)象發(fā)生，發(fā)生時(shí)及時(shí)做好異常情況處理。本文通過(guò)對(duì)地鐵數(shù)碼城站的施工參數(shù)的總結(jié)為以后同類地鐵溶洞施工提供參考借鑒。
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作者:王麗 單位:中鐵建南方建設(shè)投資有限公司