地鐵隧道溶洞處理技術(shù)
魏立峰
摘要 溶洞是石灰?guī)r地區(qū)特有的地質(zhì)現(xiàn)象，由于溶洞的存在，給石灰?guī)r地區(qū)地鐵施工帶來(lái)了很大困難，工程中常發(fā)生突發(fā)性涌水、塌陷等工程事故，因此，施工單位對(duì)地鐵隧道施工過(guò)程中所遇溶洞，必須采取有效措施進(jìn)行處理，防患于未然。本文依據(jù)溶洞的不同特征，對(duì)地鐵隧道溶洞的一般處理方法進(jìn)行了分析和介紹。
關(guān)鍵詞 地鐵 溶洞 隧道 注漿
地鐵為滿足城市交通的需要，多通過(guò)城市繁華地帶。地鐵隧道一般埋深較淺，穿越地層的地質(zhì)條件復(fù)雜，上層地面建筑物容易受到地鐵隧道施工的影響。地鐵隧道施工多采用礦山法或盾構(gòu)法，為保障施工生產(chǎn)的順利進(jìn)行，減少隧道施工對(duì)地面建筑物及周邊環(huán)境的影響，當(dāng)施工中遇到溶洞時(shí)，必須采取科學(xué)有效的方法對(duì)其進(jìn)行及時(shí)必要時(shí)超前處理。
1 工程背景
地鐵隧道多穿越城市繁華地帶。我國(guó)一些城市，如大連、廣州部分地區(qū)，地下巖層多為中風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化的石灰?guī)r地層，地鐵隧道設(shè)計(jì)埋深較淺，穿越地層地質(zhì)條件復(fù)雜，時(shí)有溶洞出現(xiàn)，部分施工段出現(xiàn)涌水，涌泥，給施工生產(chǎn)帶來(lái)諸多不便，同時(shí)對(duì)地鐵周邊環(huán)境造成了一定的影響。在施工方法上，大部分地鐵隧道采用淺埋暗挖法施工，即采用鉆爆法或單臂掘進(jìn)機(jī)法開(kāi)挖土石方，接著做初期支護(hù)、初期支護(hù)背后注漿，然后施做二次襯砌混凝土、二次襯砌背后注漿的施工方法，個(gè)別施工段采取了盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)機(jī)法施工。
2 溶洞處理的目的
(1) 確保施工安全。隧道開(kāi)挖過(guò)程中，位于隧道拱頂、和側(cè)壁的大型溶洞和空洞，極易造成隧道開(kāi)挖面圍巖失去穩(wěn)定性，進(jìn)而造成開(kāi)挖面塌方，給施工人員、設(shè)備帶來(lái)安全隱患；位于隧道底部的溶洞，則容易造成人員設(shè)備突然陷落，造成事故，因此，溶洞必須提前處理。
(2) 確保隧道結(jié)構(gòu)的永久穩(wěn)定性，滿足隧道結(jié)構(gòu)變形和防水要求。隧道溶洞內(nèi)大量填充有泥砂或水，而且很多溶洞為連續(xù)分布，通過(guò)一定的方法進(jìn)行處理，才能確保溶洞區(qū)域地層的承載力，提高圍巖的自穩(wěn)能力，進(jìn)而確保隧道洞室結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。
(3) 防止地表沉降和塌陷。位于隧道穿越地段的大型空洞，隧道開(kāi)挖過(guò)程中已經(jīng)破壞了其自有結(jié)構(gòu)，溶洞內(nèi)的泥砂、水大量涌出，溶洞周圍圍巖的巨大壓力易在溶洞處釋放、坍塌，進(jìn)而造成地表沉陷，為避地表塌陷和沉降過(guò)大，需對(duì)溶洞進(jìn)行處理。
3 溶洞處理原則及重點(diǎn)
城市地鐵隧道施工過(guò)程中的溶洞處理，須把握如下原則進(jìn)行：
(1) 早發(fā)現(xiàn)、提前處理。在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，依據(jù)施工圖，采用現(xiàn)代地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)或其他先進(jìn)技術(shù)對(duì)隧道前進(jìn)方向的圍巖進(jìn)行探測(cè)，做到提前發(fā)現(xiàn)溶洞、在隧道開(kāi)挖至溶洞處之前處理溶洞。
(2) 以安全經(jīng)濟(jì)為原則，依據(jù)地質(zhì)情況采取不同的處理方法。對(duì)于含水量大的地層，以采用雙液注漿，填充及止水要求；對(duì)于一般無(wú)水或水量很小的空洞，注入水泥砂漿或直接用滿足強(qiáng)度的速混凝土填充密實(shí)。
(3) 全方位處理。對(duì)隧道拱頂、底部、側(cè)墻溶洞要同步重視，避免圍巖失去自穩(wěn)能力，造成塌方。
4 溶洞處理的一般方法
溶洞處理的方法大多以注漿等填充方法為主，具體處理方案依據(jù)地質(zhì)情況確定。
(1) 空洞型溶洞的處理方法：對(duì)于洞徑大于2m的無(wú)填充或半填充的溶洞，通常先采取填砂處理，然后進(jìn)行注漿加固。小于2m的溶洞，可采取直接注漿填充，區(qū)分地層含水情況和結(jié)構(gòu)防水要求來(lái)選擇不同種類的漿液。
(2) 充水溶洞的處理方法。在含水豐富的地層中，個(gè)別溶洞內(nèi)積留有大量的水，溶洞水的處理成為溶洞處理成敗的關(guān)鍵。一般采取排、堵結(jié)合的方法來(lái)處理這種類型的溶洞。
溶洞內(nèi)水體若非承壓水，或水體壓力小于0.5MPa，可直接采取超前注入雙液漿的方法進(jìn)行封堵；對(duì)于充有承壓水的溶洞，直接封堵困難，應(yīng)根據(jù)情況，采取 “先排后堵，排堵結(jié)合”的方法進(jìn)行處理， 一般，溶洞內(nèi)區(qū)域有流動(dòng)水，但水壓力在1.0MPa一下的，可布置降水井減壓，減壓至0.5MPa以下時(shí)注入水泥、水玻璃混合漿液進(jìn)行封堵，注意降水降壓過(guò)程中要監(jiān)測(cè)好周邊環(huán)境；
如溶洞區(qū)域流動(dòng)水水壓超過(guò)1.0MPa，則應(yīng)首先摸清水路徑流方向，在隧道外適當(dāng)位置開(kāi)挖豎井，設(shè)置過(guò)水通道進(jìn)行引排，然后利用豎井回填混凝土、注漿填充。
（3）全填充砂泥溶洞處理方法：采用壓力注漿的方法，進(jìn)行加固填充，注漿材料宜采用水泥將或水泥水玻璃混合漿液。注漿時(shí)，采用端頭帶有梅花形小孔的花管或采取袖閥管，控制壓力從低到高，間歇、反復(fù)注入。
5 超前地質(zhì)探測(cè)的一般方法
超前地質(zhì)探測(cè)，在溶洞處理過(guò)程中起到預(yù)報(bào)、預(yù)警的作用，能使施工人員對(duì)溶洞地段地質(zhì)情況做到早了解、早準(zhǔn)備，在溶洞處理過(guò)程中，這一環(huán)節(jié)至關(guān)重要。目前常用的地質(zhì)探測(cè)方法主要有：
(1) 地質(zhì)雷達(dá)法（LTD-10型），適用于地質(zhì)界面、裂隙及溶洞形狀、大小的勘測(cè)。
(2) 瑞雷波檢測(cè)儀法，利用瑞雷波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行地質(zhì)堪察的物探方法，可以確定溶洞的位置、大小和溶洞內(nèi)填充物的性質(zhì)，為溶洞填充處理提供依據(jù)。
(3) CT地質(zhì)預(yù)報(bào)。其基本原理與醫(yī)學(xué)CT技術(shù)原理相當(dāng)�？蓪�(duì)探測(cè)剖面范圍內(nèi)地質(zhì)情況進(jìn)行直觀的三維圖像描述，準(zhǔn)確了解溶洞段地質(zhì)情況。
在實(shí)際應(yīng)用中，以上三種探測(cè)方法常常配合使用，以便更準(zhǔn)確的把握溶洞地段圍巖狀況，為采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧┨峁┮罁?jù)科學(xué)依據(jù)。
6 溶洞注漿工藝流程及注意事項(xiàng)
注漿，是隧道溶洞處理的主要方法，隧道溶洞處理常用的注漿方法及工藝流程如下：
6.1 花管注漿及其工藝流程
花管注漿即用PVC管或鋼管管頭附近布置的小孔進(jìn)行注漿的方法。工藝流程如下：
(1) 鉆孔：確定好注漿位置后，在預(yù)定位置鉆孔至預(yù)定深度。
(2) 制作花管：可用小直徑鋼管或PVC管制作，在管的插入端一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)交替布置小孔，小孔間距及布置長(zhǎng)度視鉆孔深度而定；小孔區(qū)域外包三層防水膠帶。
(3) 放入花管：在鉆好的巖層孔中下入制作好的花管；
(4) 封孔。對(duì)已經(jīng)安放好注漿花管的的鉆孔，在距離孔口5~6m處用水泥砂漿進(jìn)行封孔；
(5) 管線連接：在封孔砂漿達(dá)到3~5天齡期后，將注漿壓力管與花管進(jìn)行連接，準(zhǔn)備注漿。
(6) 按設(shè)計(jì)方案制作漿液。
(7) 注漿：?jiǎn)��?dòng)注漿泵，壓送清水，在此過(guò)程中壓力逐步提高，直到重開(kāi)封膠壓力回落后，泵送制備的漿液，直至注漿到設(shè)計(jì)規(guī)定的壓力并穩(wěn)定為止。
(8)做好記錄，注漿完畢后清洗管路，以備下次使用。

花管注漿主要適用于填充式注漿，適合處理松散土層，有填充物、部分填充的溶洞或空洞。施工時(shí)，應(yīng)注意封孔水泥砂漿的齡期，同時(shí)此法不適合高壓注漿。
6.2 袖閥管注漿方法及其工藝流程
指用袖閥管進(jìn)行注漿控制的注漿方法。工藝流程為：
(1) 鉆孔：確定好注漿位置后，在預(yù)定位置鉆孔至預(yù)定深度；
(2) 清孔：在已完成的鉆孔中用濃泥漿進(jìn)行清孔，排除粗顆粒渣土；
(3) 下套殼料：按設(shè)計(jì)的配合比配制好套殼料，并從孔底往上灌注套殼料至孔口；
(4) 制作袖閥管：在直徑50~60mm的PVC管上按間隔33~50cm鉆一組射漿孔（即每米2~3組），并在外面套上一層約3mm后的橡膠膨脹圈（即袖閥），兩端用防水膠布密封；
(5) 下袖閥管：在下完套殼料的鉆孔中下入已制作好的袖閥管；
(6) 管線連接：在套殼料達(dá)到一定齡期后（約3~7天），在袖閥管內(nèi)下入注漿器，注漿器的中間約20cm長(zhǎng)開(kāi)槽孔，在其上下各帶有止?jié){塞，將注漿壓力管與袖閥管內(nèi)的注漿器進(jìn)行連接；
(7) 制漿：按設(shè)計(jì)規(guī)定的水灰比制備水泥漿液；
(8) 開(kāi)環(huán)注漿：將注漿器下至需要注漿的孔段，啟動(dòng)注漿泵，壓送清水，在此過(guò)程中壓力逐步提高，直到?jīng)_開(kāi)橡膠袖閥及所對(duì)應(yīng)位置的套殼，壓力回落后，泵送水泥漿液，一直注漿到設(shè)計(jì)規(guī)定的壓力并穩(wěn)定；
(9) 連續(xù)開(kāi)環(huán)注漿：根據(jù)設(shè)計(jì)要求在需要注漿的部位逐步開(kāi)環(huán)注漿；
(10) 做好記錄，清洗管路；

袖閥管注漿主要適用于土洞、充填溶洞及淤泥質(zhì)土的注漿，特點(diǎn)是能通過(guò)止?jié){塞將漿液限定在一定的部位進(jìn)行灌注，以達(dá)到分層注漿的效果；此法不適合連續(xù)聯(lián)通溶洞注漿。
7 結(jié)束語(yǔ)
總之，地鐵隧道溶洞處理，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，要想處理好溶洞，必須在工程施工的不同階段分別做好相應(yīng)的工作。
工程開(kāi)工初期，要充分熟悉施工圖紙，掌握隧道周邊圍巖狀況及溶洞的分布情況，編制好溶洞處理專項(xiàng)施工方案及涌水涌泥等應(yīng)急預(yù)案；
隧道開(kāi)挖過(guò)程中，要充分利用現(xiàn)有地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，對(duì)前方地質(zhì)情況作進(jìn)一步的探測(cè)，做到心中有數(shù)，提前處理；目前所用各種地質(zhì)預(yù)報(bào)手段都有其局限性，為此，不但需要在設(shè)計(jì)階段加強(qiáng)地質(zhì)調(diào)查和勘察工作，而且施工前要有針對(duì)性的詳細(xì)補(bǔ)充勘察，以求地質(zhì)預(yù)報(bào)資料的準(zhǔn)確。
施工穿過(guò)溶洞過(guò)程中直到二次襯砌施工完畢期間，要做好溶洞地段對(duì)應(yīng)地面的監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)分析監(jiān)測(cè)結(jié)果，必要時(shí)進(jìn)一步采取有效措施，控制地表沉降。

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