岩溶地层联络通道突涌处理技术研究

张燕舞

（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司 北京 101300）

1 工程背景

岩溶地层溶洞处理达不到设计的理论要求，尤其是因周边建（构）筑物影响无法处理的，更是给施工带来极大的风险。

大舒东路站～秀湖站区间为武汉市轨道交通2号线南延线第七个正线区间，主线采用盾构法施工。该区间设置了2个联络通道，其中1号联络通道（与废水泵房合建），联络通道中心长度6.1 m，拱顶覆土埋深约19.5 m。

1号联络通道及泵房地质从上到下地层分布为（1-2）素填土、（6-1）粉质粘土、（6-2）粉质粘土、（16 g）灰岩。通道全断面位于（16 g）灰岩层，拱顶16 g灰岩埋深8.6 m。该部位灰岩（16 g）表现如下：灰黑色，薄层、微晶结构，主要成分为方解石，少量水云母、白云石等矿物成分，层间含泥质、钙质，该层总体分化较弱，偶尔沿层面风化呈白色。开挖范围内该类型地下水均埋藏于第四系黏性土隔水层下，具有承压性，承压水水头与围岩面高程相关联。

2 1号联络通道现场突涌情况描述

1号联络通道位于全断面灰岩中，通道上方有1根直径720 mm高压燃气管和1根直径720 mm中压燃气管，无法进行火工控制爆破。因灰岩强度高，风镐破除难度大，采用以劈裂机破除为主，风镐破除为辅的方法进行开挖。上台阶开挖进尺约2.5 m后，从掌子面左前方出现涌水、涌泥沙现象，在涌水口往下用小导管探孔深，发现孔深至少有3.5 m。埋设一根800 mm软管作为泄水管，其它部位马上用棉被、水泥及堵漏王进行反压封堵。启用泄水管进行减压排水，观察一夜后发现涌水量仍较大，且含有泥沙及异味。

事故发生后马上启用应急预案：①联络通道派专人轮班值守，在隧道两端拉警戒带贴警示标语；②将洞内三轮车等大型设备撤离区间，确保区间线路通道的畅通；③安排专业监测人员对附近区间管片、地表沉降及掌子面进行变形监测，每8 h测一次；④检查隧道内电箱及线路，测试发电机的好坏及功率；⑤现场抽排设备全部启用，将库房应急水泵水带搬到现场随时可以使用；⑥马上组织设计单位、业主单位、勘察单位、监理单位及具有相关丰富施工经验人员到现场，了解现场情况及商量处理方案。现场突涌情况见图1、图2。

图1 现场突涌图1

图2 现场突涌图2

3 突涌事件原因分析

（1）根据岩溶专项勘察得知1号联络通道所在区域岩溶较发育，且地下水承压性较高。受地表建（构）筑物影响（联络通道正上方地面下有一个较大砖砌污水井，井周边有自来水管、电力箱涵、地下过街通道及道路），岩溶专项处理时，仅在建构筑物间隙处采取见缝插针原则处理少量溶洞，上台阶开挖时正好遇到未处理的溶洞。

（2）勘察单位根据现场实际情况给出意见：涌水水量明显、较大、浑浊、有异味，可能是岩石裂隙水中混入上层滞水。

（3）设计单位根据现场实际情况及周边建（构）筑物的施工过程调查给出意见：涌水含泥沙、有异味，有上层滞水补给可能；开挖面上方有8 m厚16 g灰岩，6 m厚6-2粉质黏土层隔离，上层滞水直接穿透粉质粘土层补给裂隙水的可能性很小，上层滞水可能是从地质探孔中渗入（调查其他工程地质勘探过程得知，地上或地表工程在地质勘探钻孔取样后，未对勘探孔进行细石混凝土填充）。

综上分析得出上台阶突发涌水、涌泥沙主要原因是联络通道开挖遇到未处理的溶洞，岩溶水受裂隙水等的补给，水量较大，裂隙水中混入上层滞水。

4 处理方案的比选及确定

经参会各方以及具有丰富施工经验的专家探讨，初步拟定以下处理方案：

方案1：再次开挖前进行冷冻法施工，即对联络通道和泵房开挖范围进行冷冻，冻结后进行开挖及下步施工。冻结法施工虽然解决了涌水涌泥，保证通道的正常施工，但冷冻法需要投入大量的设备、电、人力、物力，施工时间长，工程费用高。

方案2：将已开挖部分上台阶进行砼回填封堵，对联络通道上方地表管线进行临时改迁，改迁后对联络通道全断面进行岩溶专项钻孔注浆处理，到达设计强度后再进行通道矿山法施工。但是通道上方管线迁改路由实施难，管线迁改周期长，施工完成后管线还需恢复，造价高；区间管片已拼装完成，联络通道在管片上下对应岩体无法进行注浆施工，很有可能遗漏部分溶洞。

方案3：对掌子面进行挂网喷射混凝土封闭，待喷射混凝土达到一定强度后，对准涌水溶洞，从其它角度再次钻孔，若冒水则马上埋设注浆管，若不冒水则重新开孔，直至埋设3～4根袖阀管注浆管。然后开始注浆，首先对埋深最浅的注浆管注入双液浆，尽快对溶洞进行填充、封闭，然后再根据注浆管埋深，采取由浅到深的次序依次注入水泥浆。全过程中泄水管阀门一直打开放水泄压，水流会随水泥浆的注入而逐渐变混变浓，若浓度快接近注入水泥浆时，则停止注浆。根据注浆压力采取间隙式注浆，直至注浆管和泄水管完全堵塞为止。待注浆结束24 h后再进行下步开挖，开挖原则：验证孔（不漏水→直接开挖）漏水→再注浆→再验证孔（清水量少）→再开挖。该方案造价可控，时间较短，但存在再次涌水处理的风险。

综合讨论以上3种方案，结合现场实施的可行性、工期以及费用，优先选择第三种方案进行处理，若处理效果不理想，再商讨确定处理方案。

5 现场施工步骤及方法

5.1 现场实际施工步骤

（1）对掌子面进行挂网喷射混凝土封闭，待喷射混凝土达到设计强度等级75%后，对准涌水溶洞从各个角度再次钻孔，若冒水则马上埋设袖阀管，若不冒水则重新开孔，直至埋设3～4根袖阀管注浆管（袖阀管长度需采取长短不一，管四周封堵长度不宜短于50 cm，且必须封堵严实）。

（2）先用双液浆从短管开始注浆，尽快将溶洞进行填充、封闭。

（3）封闭住，涌水控制住后，再用单液浆，高压进行注浆，用来封闭涌水源头。

（4）下步开挖前探孔、注浆：

（a）探孔原则：30°角方向，0.5 m长，开挖时径向每隔0.5 m布置超前探孔，纵向每隔0.5 m布置超前探孔，超前探孔深度为0.5 m，斜孔倾斜角度为45°，从上中下及前方对每次开挖面进行验证（见图3）：

图3 探孔图

（b）有少量清水则注意观察，并加密验证孔：

（c）若有大量清水或有浑浊水流出则先进行单液浆注浆，验证孔验证。

（d）验证孔（不漏水→直接开挖）漏水→再注浆→再验证孔（清水量少）→再开挖。

5.2 注浆施工方法

（1）注浆在注浆管封堵严实，各种材料准备好后进行，注浆施工采用KBY—50/70型注浆机，如开挖面有浑水或泥水，且水压不大，采用单液浆注浆封堵，如水流过大采用双液浆进行封堵。单液浆采用普通水泥浆，P.O42.5的普通硅酸盐水泥，浆液水灰比为1:1，注浆压力控制在0.3-0.5MPa。双液浆采用P.O42.5水泥-水玻璃（或超细水泥-水玻璃双液浆）为注浆材料，配比为1:0.5，见图4。

图4 注浆布孔图

（2）水泥浆液的配合比需根据现场实际情况试验确定，按确定的配合比拌制水泥浆浆液。水泥浆应该随拌随用，静置时间不应超过2 h，在压浆过程中应不停搅拌，确保浆液均匀，不出现沉积现象。

（3）注浆管采用Φ42热轧钢管加工，加工成前端长1 m注浆花管，前端管口段50 cm设注浆孔，并在前端切割焊连成尖。注浆管前端50 cm按管纵向20 cm间距割成Φ8 mm孔，沿管周梅花型布置，详见图5所示。

图5 注浆管加工图

（4）注浆开始时，同时打开注浆闸阀，注浆结束后，应立即关闭注浆闸阀，防止水泥浆液回流。

5.3 注浆施工保证措施

（1）注浆管应按方案要求埋设，确保注浆加固的填充范围和深度。

（2）注浆施工时应安排专人密切注意施工周围是否有漏水加大和渗漏水泥浆情况；如果有漏浆加快情况，应暂停后及时采用快硬水泥或堵漏剂封堵，确保注浆质量。

（3）水泥浆拌制应严格按照现场试验确定的配合比拌制，严禁擅自向水泥浆中加水稀释水泥浆。

（4）注浆过程中注不进去时严禁采用增大压力来保证注浆量，因为大压力注浆可能会破坏隧道初支或掌子面结构，遇特殊情况无法注进时应暂停注浆及时与现场管理人员商量研究，并做好书面记录。

6 现场处理效果

1号联络通道上台阶开挖进尺3 m前共注浆2次，第一次钻孔埋设袖阀管2根约注入水泥浆10.5 m3（消耗水泥约5.5 t）后停止涌水，第二次钻孔埋设袖阀管3根约注入浆液106 m3（消耗水泥约78 t、水玻璃2桶）后停止涌水。后期开挖过程中无明显涌水，只有少量裂隙水渗出，且为清水。实时监测数据反映，联络通道大量涌水后地表会出现少许下沉，累计最大达到-16 mm（粘土层中含水量减少土壤自然固结），涌水堵住后反弹回归至-5 mm（上层滞水补给平衡后又反弹），管片四周和椭圆度几乎没有变形。从施工工期，花费造价，以及变形情况，可以说明该处理方案是适合该工程的，是满足各方面要求的。

7 结语

岩溶地层下施工前不可能对所有溶洞全部处理完，矿山法开挖过程中极有可能遇到未处理溶洞。针对现场实际情况采取验证--袖阀管注浆处理相结合的方法，可满足在灰岩地层中开挖的各种要求，取得较好的施工效果。