复杂岩溶地层超大型溶洞处理施工工艺

莫达钟

【摘要】在地下工程建设中，常常会遇到石灰岩溶地区的大断面隧道工程建设，不同程度的岩溶工程地质问题，并且严重影响了地下工程的施工和运营安全。由于溶洞发育条件和规模的不可预见性，其处理方式也不可能千篇一律，只能结合现场条件因地制宜的采取相应的溶洞处理方式，以确保施工和工程使用安全。【关键词】复杂岩溶地层；溶洞；施工；工艺1、工程岩溶发育概况本工程地连墙形式采用格型地连墙形式，墙厚1.2米，前期超前钻施工，共计260个钻孔，按设计钻孔的技术要求，钻孔的钻探深度在22.60～57.75m之间不等，总计钻孔深度10270.86m，其中有155个钻孔遇到溶洞，遇洞率59.62%。探明溶洞共计173个，最大线岩溶率57.55%，平均线岩溶率13.03%。溶洞中的96.53%为半充填，少量全充填及空洞；充填物一般是中粗砂、卵石土为主，夹粘性土或砂性土，局部充填软塑～流塑粘性土或砂性土，部分溶洞洞高在10米以上。工程施工区附近的地貌形态为峰林谷地，岩溶作用已经进入晚期阶段。在河谷两侧条形山体及孤峰处展现裸露型岩溶，其余均为第四系沉积物覆盖的覆盖型岩溶，工程区范围内的岩溶为覆盖型岩溶，以分布在河床及阶地以下为主，其形态有溶沟、溶槽、溶隙，高角度串珠状溶洞和断层溶蚀带以及较深处的管道型溶洞。2、溶洞处理施工工艺2.1、施工顺序针对超大型溶洞（洞高>10m），先在地连墙槽段内进行预处理，施工先导孔，溶洞内充填素混凝土。再在地连接结构外采用灌浆加固溶洞内原有充填料，确保地连墙施工安全。灌浆分Ⅰ序孔和Ⅱ序孔，Ⅰ序孔采用双管双液灌浆，Ⅱ序孔采用单液灌浆。2.2、溶洞灌浆施工工艺流程水泥浆采用袖阀管注浆施工，袖阀注浆管为每节长4m、直径48mm的硬质塑料管，它是由钙塑聚丙烯制造而成，袖伐管埋设最少应高于地面50cm。注浆管内壁光滑，接头有螺扣，端头有斜口。注浆管分实管和花管两种，实管上未开设溢浆孔，用于非注浆地层；每节花管上开有Φ8mm的溢浆孔12个，每组小孔间距30cm，用于需注浆地层。在花管有孔部位外面套有橡胶套，橡胶套覆盖着溢浆孔，起到单向阀作用。注浆芯管采用双塞注浆芯管，通过注浆压力使得两堵头与花管密贴，达到分段注浆的效果。在钻孔完毕下放袖阀管的过程中，根据溶洞顶部、底部的埋深计算花管的埋设位置，溶洞的高度范围内用花管覆盖，其余部位用实管覆盖，花管覆盖遵循“宁高勿低、宁深勿浅”的原则。同时为防止浆液由管外（孔内）从上部砂卵石层中流失，下袖阀管后及时采用粘土封堵管材和孔壁间的空隙。袖阀管该工法同其它注浆工法相比，具有以下特点：（1）具有上下2个阻塞器（橡皮圈），能将浆液限定在注浆区域的任一段范围内进行灌注，达到分段注浆的目的，每段注浆高度约500mm。（2）阻塞器在光滑的袖阀管中可以自由移动，可根据需要在注浆区域内某一段反复注浆。（3）根据地层特点，可在一根注浆管内采用不同的注浆材料，选用不同的注浆参数进行注浆施工。2.3、注浆参数超大型溶洞Ⅰ序孔采用水泥-水玻璃双液浆灌浆。双液浆质量比为水：水泥：水玻璃=（0.8～1.0）：1：（0.08～0.2）；双液浆体积比水：水泥：水玻璃=1：1.88：0.63，每1m3浆液体积比中水泥的体积为0.28、水的体积为0.54，水玻璃的体积为0.18；水玻璃波美度为38～43Be，模数为2.4～3.0，施工中根据现场试验确定；注浆压力控制在0.1～0.4MPa，由低向高分级升压，注浆速度30～70L/min。Ⅱ序孔采用普通水泥单液浆灌浆，水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥，配合比采用水：水泥（重量比）=1、0.8和0.5三个比级，先以水灰比为1的水泥浆灌浆，并逐级加浓。注浆压力控制在0.1～0.4MPa，由低向高分级升压，注浆速度30～70L/min。当某级浆液注入量已达300L以上，或灌浆时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应采用浓一级的水灰比。2.4、浆液配制现场水泥浆搅拌采用配套的相关设备，水泥存储在罐仓内，罐仓储量约20t。拌制浆液时通过两个螺旋输送器将水泥输送到一次搅拌池内，搅拌完成后放浆至二次搅拌池内，二次搅拌池与注浆泵连接，需要注浆时浆液通过注浆泵从二次搅拌池内吸出注浆。水泥、水、注浆泵设有自动流量计。2.5、注浆施工开注前先进行注水试验，以检查注浆管路是否正常和判断地层的吸浆能力等，防止堵管；采用灌浆量按拌浆桶桶数进行计量。注浆施工的操作方法为：1）注浆方式采取后退式分段注浆工艺，即在注浆管内由孔底自下而上进行注浆，每次注浆段长0.5m，注完第一段浆段后，上提注浆芯管，进行第二注浆段注浆施工。2）在芯管拔出长度大于一节管长时，停注拆除该节芯管及接头，将接头接在未拔出的芯管上继续注浆，依此进行直至完成注浆。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）对于双液注浆，需下入两根注浆芯管到溶洞底部，双液（水泥浆水玻璃）同时注入在溶洞底部混合，需暂停注浆时或每次注浆完成前，改用单液浆注浆1min，提出注浆芯管后，用钢管插入注浆管底部用清水由下至上冲洗注浆管，单液浆则直接停注后进行冲洗，并在管顶盖上闷盖。5）注浆过程中，压力要控制在小的范围，遵循“低压多次”的原则进行，为保证注浆效果，一般采用间断性、反复性注浆方法。两次注浆时间间隔为3～10h，注浆3～4次，满足终孔压力时停止注浆，并用水泥浆封孔。6）对于大于10米的超大型溶洞和群溶洞，采用多孔、自下而上分段的方法同时进行注浆。7）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，应采取措施进行修正。2.6、注浆顺序注浆顺序采用跳孔方式，即先施工Ⅰ序孔，即采用水泥-水玻璃双液注浆，形成止水、止浆帷幕，将处理范围内溶洞与外界洞体隔离。然后施工Ⅱ序孔，使浆液在溶洞内充填物扩散，对溶洞内充填料板结成整体，达到溶洞加固效果。2.7、灌浆结束及封孔灌浆结束标准：（1）水泥浆液在规定的灌浆压力下，当注入率不大于0.4L/min时，继续灌注30min，或不大于1L/min时，继续灌注60min，灌浆即可结束。（2）单孔注浆孔可视实际注浆情况进行补浆，当注浆结束拔出注浆管后，立即用M7.5水泥砂浆或帽塞封孔；封孔完毕后，位于该注浆孔周边的溶洞即完成了封闭。2.8、溶洞处理效果检查由于溶洞处理目的就是地连墙槽段进行冲孔成槽，因此能夠顺利成槽是溶洞处理的检验标准。