袖阀管注浆技术在溶洞处理中的应用

常东明

（中交三航局交建工程分公司，上海 201900）

0 引言

注浆是一种能够有效处理石灰岩地区溶洞地层的方法，在实际应用过程中，它主要是通过充填的方式构造连续可靠的地质层来达到巩固地基稳定、保障结构安全的目的。工程实践表明，注浆工艺的应用能够对石灰岩地区的溶洞进行有效地处理，技术人员在传统注浆施工原理的基础上，研发了采用袖阀管注浆的施工工艺，对石灰岩地区溶洞的处理更加高效且更具针对性。袖阀管注浆施工工艺与原有的注浆施工工艺相比，在工艺原理、原材料、机械设备等方面具有更加完善和成熟的管控体系，拥有定向、定量的处理特点，能够及时处理和消除因溶洞发育给工程施工造成的影响，且在实际的应用过程中不会盲目耗费过多的经济成本，能够成为石灰岩地区工程项目开展溶洞处理的优先选择，具有广阔的应用前景。

1 工程概况及地质条件

某地铁车辆段位于广州市白云区，功能用地面积约24万m²，整个段址位于广花凹陷构造区，主要分布地层为淤泥层、砂层及石灰岩基层，由于砂层发育，特别是临近珠江西航道，水位随着涨退潮动态变化，是场内地下水的直接补给来源。本场地基岩为石炭系碳酸盐岩，勘察揭示溶洞见洞率42%，洞高0.2m～24.1m，平均洞高2.9m，覆盖层主要为厚层砂层和软土层，呈松散～稍密状。溶洞以表层竖向溶蚀发育为主，局部发育溶蚀深槽，常见串珠状溶洞揭露，规律性较差，基本上呈无序状，很不稳定。

2 施工工序及控制要点

理论上袖阀管注浆的施工工艺能够有效处理石灰岩地区各种工况下的溶洞问题，但由于不同石灰岩地区形成的溶洞地貌存在一定的差异，在应用袖阀管注浆施工工艺时，施工人员需要事先结合溶洞地貌的实际情况，对袖阀管注浆施工工艺进行适当地调整，才能够更好地满足石灰岩地区工程项目施工建设的需要[1]。袖阀管注浆需要遵循以下工序：（1）选取典型溶洞发育区域开展工艺性试验，总结出施工控制参数、浆液配置参数等技术指标；（2）借助工程勘察钻机进行钻孔操作，在完成清孔操作之后，借助钻杆来实现孔内封壳料和泥浆的置换工序，用于置换的封壳料配比一般为水泥∶黏土∶水=1∶1.5∶1.88；（3）在完成置换工序之后，需要对封壳料的强度进行检测，在封壳料的强度不超过1MPa时，就可以对其进行注浆操作，而整个注浆过程在充填工况下需要将压力控制在1MPa的范围之内；（4）整个注浆过程需要分段进行，以30cm~50cm为注浆分段的标准，在每一段注浆全部完成之后，才能够进行下一段的注浆操作。在每一段注浆结束之后，还需要及时清洗干净袖阀管和枪头，以便能够在下一段注浆中继续使用。

2.1 试验段

本工程溶洞处理试验段选取了一个典型溶洞区进行，根据详勘阶段已揭露的溶（土）洞边界控制点为基准点，向四周以约2m间距，合理利用相距较近、已完成的钻孔，逐步往外逐圈钻孔探查，最终探测出溶洞实际发育边界，确定注浆范围。对于浅层大型溶（土）洞，先钻探可能造成点或面状土层扰动，使原本具有保护作用的表土层结构遭到破坏，为大气降水和地表水向地下渗入创造了便利条件，致使溶洞坍塌。因此，对于浅层大型溶（土）洞受制于场地、周边管线、敏感建筑等安全因素影响时，可根据现场实际情况，经过参建各方充分论证后，采取“分区探边、分区处理”的方式进行，在完成一块区域探边钻孔工作后，及时对已探明溶洞范围进行封边注浆，确保施工安全及质量。本工程取300m²为限，对于不大于300m²溶洞采取先探后注的方法处理；对于大于300m²溶洞，采取探注结合的方法处理。试验区域的选取及钻（探）孔布置、探出的溶洞范围见图1、图2所示，试验段总结的工艺参数如表1所示。

图1 试验段钻（探）孔布置

图2 试验段探孔揭示的溶洞处理范围

表1 注浆施工工艺参数

2.2 钻孔

钻孔是进行注浆施工的前提。在对石灰岩地区的溶洞进行处理时，需要事先对溶洞形成的实际情况进行勘察，在探知溶洞的大致范围之后，需要结合溶洞分布的情况，对钻孔的位置进行合理的设置。在通常情况下，溶洞钻孔以菱形或圆形两种布设为主，布设2m孔距的钻孔。而对于面积和分布范围较大的溶洞来说，则需要结合溶洞分布的实际情况，适当增加钻孔，以满足注浆施工的需求。在确定好钻孔的位置之后，利用XY-100型钻机来进行钻孔，这种钻机后的成孔直径大约在90mm左右。在完成钻孔操作之后，借助钻孔渣样来对溶洞的大小、位置、深度进行仔细的探查，依据这些数据信息来确定需要进行注浆的工程量。一般来说，在完成钻孔操作之后，会出现以下几种情况：部分钻孔为空洞，部分钻孔为流塑状黏性土，石灰岩地区的溶洞还会以串珠状呈现出多层溶洞的状态。依据勘察到的这些信息，技术人员能够进一步计算和推导出需要处理的溶洞面积和体积，以便为后续的注浆施工提供更加科学准确的依据。

2.3 下注浆管

在完成钻孔和溶洞探查之后，接下来就需要下注浆管。技术人员结合之前钻孔勘察到的信息，向溶洞内下注浆管，由于石灰岩地区溶洞的体积普遍较大，因而在进行下注浆管操作时，需要在溶洞的顶部和内部应用不同的浆管，才能够更好地实现注浆的需求。具体来说，在溶洞顶板以上的无溶洞部位，需要应用实管来进行注浆，而在溶洞的内部则需要应用花管来实现注浆。在下注浆管的过程中，为了保证达到理想的注浆效果，还需要在注浆管的底部加止浆塞（堵头）。下注浆管的距离以距溶洞底20cm~30cm为标准，在完成下注浆管的操作之后，则需要将实管和花管按照规定的标准和操作程序进行连接，在完成连接之后，则需要向管内注入清水，用以检查浆管的密封效果。在进行下注浆管的操作过程中，还需要注意下管后在距离地面1m~2m的范围内应用水泥黏土封壳料来进行填充封孔，用以为后续的注浆操作提供保障(见图3）。

图3 袖阀管封孔方式及止浆塞位置

2.4 浆液类型的确定

在进行注浆操作之前，施工人员还需要结合溶洞形成的情况以及溶洞体积的大小，选择合适的浆液类型，才能够更好地达到处理溶洞的效果。在完成钻孔和下注浆管的操作之后，就可以得到一个注浆范围包络图，施工人员可以依据这个包络图来确定需要进行注浆施工的浆液体积。在确定的溶洞范围内，溶洞边界采用双液浆进行封边，封边完成后，溶洞中间区域根据溶洞洞高及充填情况，选用水泥砂浆或水泥浆再进行充填。为了能够得到更好的注浆效果，在注浆操作之前，相关人员需要采用不同类型的浆液来进行试验，从中找出最适宜进行注浆施工的浆液配比类型。在进行注浆施工的整个过程中，还需要对注浆的情况进行观察，以便能够随时对浆液配比进行调整（见表2）。

表2 不同溶洞发育状态下浆液的选择

2.5 注浆

在进行注浆操作时，首先需要在溶洞的边界孔部位进行注浆，选择的浆液类型以双液浆为主，应用的袖阀管规格为48mm。在进行注浆之前，需要对用于注浆的水玻璃和水泥浆进行试验，以便确定好双液浆在灌注之后的凝结时间。一般溶洞填充注浆，需要将凝结的时间控制在45s~60s的范围之内，而在应用双液浆实现溶洞边界封堵的过程中，还需要对注浆的时间、注浆压力和注浆量进行及时地记录，以便能够为后续的注浆施工提供更加精确的依据。其次，在对溶洞内部注水泥浆时，可以选择48mm的袖阀管或打孔PVC管来进行，注浆过程中施工人员需要结合实际的注浆情况，及时调整水泥浆注浆的比例，对整个注浆过程中的注浆时间、注浆压力和注浆量进行及时地记录。

在进行注浆施工时，对于双液浆需要在初期以小压力、慢速度的方式持续注浆，在施工的过程中，需要采用间歇往复的方式进行注浆，防止在注浆的过程中出现浆液流失的情况。注浆采用后退式分段注浆工艺，从孔底自下而上分段进行注浆，将注浆的段长控制在0.4m左右，在每段注浆施工完成之后，上提注浆芯管，进行下一段的注浆施工。

2.6 注浆压力控制

注浆压力控制是保证注浆施工质量的重要工序，在进行注浆施工操作之前，首先要借助注水试验来检验注浆管路的质量，并对溶洞地层的吸浆能力进行判断，避免在注浆施工中出现堵管的情况。在对整个注浆施工过程中的压力进行控制时，需要注意遵循相对小压力、多次数以及较大量的原则，将注浆压力控制在0.2MPa~0.8MPa范围之内，而注浆的速度也要被控制在30L/min~70L/min范围之内。在进行多次注浆的过程中，需要将每次注浆的间隔时间控制在6h~8h左右。在注浆压力达到0.8MPa之后，就可以在稳压10min之后停止注浆，而在这个稳压的过程中，进浆速度以控制不能超过初始进浆速度的1/4为标准。

2.7 注浆量控制

本工程借鉴商品混凝土搅拌站的输送系统控制原理，散装水泥进场后直接注入水泥罐中。施工前按照试验确定的水灰比配制表，计算出每盘浆池的水泥用量后输入系统，利用电子称量系统准确计量出料，水泥通过完整的铰刀封闭输送管道传输到搅拌桶，搅拌时间达到设定值后把水泥浆注入储存池，最后泵送至前台注浆管，完成一次注浆。溶洞注浆处理过程中，采用泥浆喷灌电子记录仪全程监测注浆过程中的水泥浆用量情况，并在每次结束后及时打印水泥浆用量记录。通过自动计量装置可以对溶洞内注浆压力变化、水泥浆用量等工艺管控点进行量化、动态跟踪，以便及时修正注浆参数。

2.8 注浆过程中注意事项

（1）对于一些体积比较大的溶洞，在应用袖阀管注浆工艺进行施工时，由于溶洞本身呈现出较好的连通性，导致灌浆的实际注入量也比较大。在这种情况下，需要及时利用双液注浆或在浆液中掺加速凝剂来进行灌浆操作，让注浆能够在短时间内结束，并对注浆的配比和浆液类型进行调整。

（2）注浆工作需要连续进行，才能够保证达到理想的注浆效果。如果在注浆过程中发生中断的情况，需要及时对袖阀管进行清洗，在必要的情况下还需要进行扫孔操作，然后才能够继续进行注浆。而在恢复注浆操作的过程中，则需要优先选择水泥浆来进行灌注，以保证能够达到理想的注浆效果。

（3）如果在注浆的过程中出现回浆变浓的情况，则需要及时更换同水灰比的新浆，以保证注浆过程的持续性。如果在注浆的过程中出现冒浆以及漏浆等情况，就需要及时采用嵌缝、表面封堵以及低压、双液浆等操作来对其进行处理。

3 结束语

综上所述，袖阀管注浆工艺在实际应用中，体现出以下几个方面的特点：

（1）袖阀管注浆借助密封胶圈和封壳料来实现注浆操作，能够大大提高注浆施工的密闭性，与传统注浆工艺相比，不仅无需耗费过多的物资成本，还能够达到更加理想的注浆和处理效果。

（2）袖阀管注浆工艺只需要在每次注浆完成之后清理袖阀管，就可以直接进行后续的注浆操作，对于多次注浆需求极为简单方便。同时，由于本身具备的定向、定量特点，使以往注浆工艺应用中普遍存在的地面冒浆问题得到较大改善。

（3）对于溶洞发育地区，发现溶洞后采取分区分割处理方式，缩短溶洞暴露至注入水泥浆液的时间间隔，是降低溶洞处理危险性的重要途径，而采用袖阀管注浆工艺就能实现这个目标。