復雜巖溶地層超大型溶洞處理施工工藝

莫達鐘

【摘要】在地下工程建設中，常常會遇到石灰巖溶地區的大斷面隧道工程建設，不同程度的巖溶工程地質問題，并且嚴重影響了地下工程的施工和運營安全。由于溶洞發育條件和規模的不可預見性，其處理方式也不可能千篇一律，只能結合現場條件因地制宜的采取相應的溶洞處理方式，以確保施工和工程使用安全。【關鍵詞】復雜巖溶地層；溶洞；施工；工藝1、工程巖溶發育概況本工程地連墻形式采用格型地連墻形式，墻厚1.2米，前期超前鉆施工，共計260個鉆孔，按設計鉆孔的技術要求，鉆孔的鉆探深度在22.60～57.75m之間不等，總計鉆孔深度10270.86m，其中有155個鉆孔遇到溶洞，遇洞率59.62%。探明溶洞共計173個，最大線巖溶率57.55%，平均線巖溶率13.03%。溶洞中的96.53%為半充填，少量全充填及空洞；充填物一般是中粗砂、卵石土為主，夾粘性土或砂性土，局部充填軟塑～流塑粘性土或砂性土，部分溶洞洞高在10米以上。工程施工區附近的地貌形態為峰林谷地，巖溶作用已經進入晚期階段。在河谷兩側條形山體及孤峰處展現裸露型巖溶，其余均為第四系沉積物覆蓋的覆蓋型巖溶，工程區范圍內的巖溶為覆蓋型巖溶，以分布在河床及階地以下為主，其形態有溶溝、溶槽、溶隙，高角度串珠狀溶洞和斷層溶蝕帶以及較深處的管道型溶洞。2、溶洞處理施工工藝2.1、施工順序針對超大型溶洞（洞高>10m），先在地連墻槽段內進行預處理，施工先導孔，溶洞內充填素混凝土。再在地連接結構外采用灌漿加固溶洞內原有充填料，確保地連墻施工安全。灌漿分Ⅰ序孔和Ⅱ序孔，Ⅰ序孔采用雙管雙液灌漿，Ⅱ序孔采用單液灌漿。2.2、溶洞灌漿施工工藝流程水泥漿采用袖閥管注漿施工，袖閥注漿管為每節長4m、直徑48mm的硬質塑料管，它是由鈣塑聚丙烯制造而成，袖伐管埋設最少應高于地面50cm。注漿管內壁光滑，接頭有螺扣，端頭有斜口。注漿管分實管和花管兩種，實管上未開設溢漿孔，用于非注漿地層；每節花管上開有Φ8mm的溢漿孔12個，每組小孔間距30cm，用于需注漿地層。在花管有孔部位外面套有橡膠套，橡膠套覆蓋著溢漿孔，起到單向閥作用。注漿芯管采用雙塞注漿芯管，通過注漿壓力使得兩堵頭與花管密貼，達到分段注漿的效果。在鉆孔完畢下放袖閥管的過程中，根據溶洞頂部、底部的埋深計算花管的埋設位置，溶洞的高度范圍內用花管覆蓋，其余部位用實管覆蓋，花管覆蓋遵循“寧高勿低、寧深勿淺”的原則。同時為防止漿液由管外（孔內）從上部砂卵石層中流失，下袖閥管后及時采用粘土封堵管材和孔壁間的空隙。袖閥管該工法同其它注漿工法相比，具有以下特點：（1）具有上下2個阻塞器（橡皮圈），能將漿液限定在注漿區域的任一段范圍內進行灌注，達到分段注漿的目的，每段注漿高度約500mm。（2）阻塞器在光滑的袖閥管中可以自由移動，可根據需要在注漿區域內某一段反復注漿。（3）根據地層特點，可在一根注漿管內采用不同的注漿材料，選用不同的注漿參數進行注漿施工。2.3、注漿參數超大型溶洞Ⅰ序孔采用水泥-水玻璃雙液漿灌漿。雙液漿質量比為水：水泥：水玻璃=（0.8～1.0）：1：（0.08～0.2）；雙液漿體積比水：水泥：水玻璃=1：1.88：0.63，每1m3漿液體積比中水泥的體積為0.28、水的體積為0.54，水玻璃的體積為0.18；水玻璃波美度為38～43Be，模數為2.4～3.0，施工中根據現場試驗確定；注漿壓力控制在0.1～0.4MPa，由低向高分級升壓，注漿速度30～70L/min。Ⅱ序孔采用普通水泥單液漿灌漿，水泥采用42.5R普通硅酸鹽水泥，配合比采用水：水泥（重量比）=1、0.8和0.5三個比級，先以水灰比為1的水泥漿灌漿，并逐級加濃。注漿壓力控制在0.1～0.4MPa，由低向高分級升壓，注漿速度30～70L/min。當某級漿液注入量已達300L以上，或灌漿時間已達30min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應采用濃一級的水灰比。2.4、漿液配制現場水泥漿攪拌采用配套的相關設備，水泥存儲在罐倉內，罐倉儲量約20t。拌制漿液時通過兩個螺旋輸送器將水泥輸送到一次攪拌池內，攪拌完成后放漿至二次攪拌池內，二次攪拌池與注漿泵連接，需要注漿時漿液通過注漿泵從二次攪拌池內吸出注漿。水泥、水、注漿泵設有自動流量計。2.5、注漿施工開注前先進行注水試驗，以檢查注漿管路是否正常和判斷地層的吸漿能力等，防止堵管；采用灌漿量按拌漿桶桶數進行計量。注漿施工的操作方法為：1）注漿方式采取后退式分段注漿工藝，即在注漿管內由孔底自下而上進行注漿，每次注漿段長0.5m，注完第一段漿段后，上提注漿芯管，進行第二注漿段注漿施工。2）在芯管拔出長度大于一節管長時，停注拆除該節芯管及接頭，將接頭接在未拔出的芯管上繼續注漿，依此進行直至完成注漿。3）注漿過程中如需暫停注漿時，必須先將水泥漿管拿出放入清水桶中，并同時將注漿芯管提升0.4m，向孔內注清水后再停止注漿，這樣既保持管路暢通，又保證注漿不受注水影響。4）對于雙液注漿，需下入兩根注漿芯管到溶洞底部，雙液（水泥漿水玻璃）同時注入在溶洞底部混合，需暫停注漿時或每次注漿完成前，改用單液漿注漿1min，提出注漿芯管后，用鋼管插入注漿管底部用清水由下至上沖洗注漿管，單液漿則直接停注后進行沖洗，并在管頂蓋上悶蓋。5）注漿過程中，壓力要控制在小的范圍，遵循“低壓多次”的原則進行，為保證注漿效果，一般采用間斷性、反復性注漿方法。兩次注漿時間間隔為3～10h，注漿3～4次，滿足終孔壓力時停止注漿，并用水泥漿封孔。6）對于大于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時進行注漿。7）注漿過程中作好注漿工作記錄表，注漿孔的注漿工作情況及注漿工序作業時間。注漿過程中隨時分析和改進注漿作業；并且認真記錄實際孔位、孔深、孔內地下物、涌水等，當與地質報告不符時，應采取措施進行修正。2.6、注漿順序注漿順序采用跳孔方式，即先施工Ⅰ序孔，即采用水泥-水玻璃雙液注漿，形成止水、止漿帷幕，將處理范圍內溶洞與外界洞體隔離。然后施工Ⅱ序孔，使漿液在溶洞內充填物擴散，對溶洞內充填料板結成整體，達到溶洞加固效果。2.7、灌漿結束及封孔灌漿結束標準：（1）水泥漿液在規定的灌漿壓力下，當注入率不大于0.4L/min時，繼續灌注30min，或不大于1L/min時，繼續灌注60min，灌漿即可結束。（2）單孔注漿孔可視實際注漿情況進行補漿，當注漿結束拔出注漿管后，立即用M7.5水泥砂漿或帽塞封孔；封孔完畢后，位于該注漿孔周邊的溶洞即完成了封閉。2.8、溶洞處理效果檢查由于溶洞處理目的就是地連墻槽段進行沖孔成槽，因此能夠順利成槽是溶洞處理的檢驗標準。