袖閥管注漿技術在溶洞處理中的應用

常東明

（中交三航局交建工程分公司，上海 201900）

0 引言

注漿是一種能夠有效處理石灰巖地區溶洞地層的方法，在實際應用過程中，它主要是通過充填的方式構造連續可靠的地質層來達到鞏固地基穩定、保障結構安全的目的。工程實踐表明，注漿工藝的應用能夠對石灰巖地區的溶洞進行有效地處理，技術人員在傳統注漿施工原理的基礎上，研發了采用袖閥管注漿的施工工藝，對石灰巖地區溶洞的處理更加高效且更具針對性。袖閥管注漿施工工藝與原有的注漿施工工藝相比，在工藝原理、原材料、機械設備等方面具有更加完善和成熟的管控體系，擁有定向、定量的處理特點，能夠及時處理和消除因溶洞發育給工程施工造成的影響，且在實際的應用過程中不會盲目耗費過多的經濟成本，能夠成為石灰巖地區工程項目開展溶洞處理的優先選擇，具有廣闊的應用前景。

1 工程概況及地質條件

某地鐵車輛段位于廣州市白云區，功能用地面積約24萬m2，整個段址位于廣花凹陷構造區，主要分布地層為淤泥層、砂層及石灰巖基層，由于砂層發育，特別是臨近珠江西航道，水位隨著漲退潮動態變化，是場內地下水的直接補給來源。本場地基巖為石炭系碳酸鹽巖，勘察揭示溶洞見洞率42%，洞高0.2m～24.1m，平均洞高2.9m，覆蓋層主要為厚層砂層和軟土層，呈松散～稍密狀。溶洞以表層豎向溶蝕發育為主，局部發育溶蝕深槽，常見串珠狀溶洞揭露，規律性較差，基本上呈無序狀，很不穩定。

2 施工工序及控制要點

理論上袖閥管注漿的施工工藝能夠有效處理石灰巖地區各種工況下的溶洞問題，但由于不同石灰巖地區形成的溶洞地貌存在一定的差異，在應用袖閥管注漿施工工藝時，施工人員需要事先結合溶洞地貌的實際情況，對袖閥管注漿施工工藝進行適當地調整，才能夠更好地滿足石灰巖地區工程項目施工建設的需要[1]。袖閥管注漿需要遵循以下工序：（1）選取典型溶洞發育區域開展工藝性試驗，總結出施工控制參數、漿液配置參數等技術指標；（2）借助工程勘察鉆機進行鉆孔操作，在完成清孔操作之后，借助鉆桿來實現孔內封殼料和泥漿的置換工序，用于置換的封殼料配比一般為水泥∶黏土∶水=1∶1.5∶1.88；（3）在完成置換工序之后，需要對封殼料的強度進行檢測，在封殼料的強度不超過1MPa時，就可以對其進行注漿操作，而整個注漿過程在充填工況下需要將壓力控制在1MPa的范圍之內；（4）整個注漿過程需要分段進行，以30cm~50cm為注漿分段的標準，在每一段注漿全部完成之后，才能夠進行下一段的注漿操作。在每一段注漿結束之后，還需要及時清洗干凈袖閥管和槍頭，以便能夠在下一段注漿中繼續使用。

2.1 試驗段

本工程溶洞處理試驗段選取了一個典型溶洞區進行，根據詳勘階段已揭露的溶（土）洞邊界控制點為基準點，向四周以約2m間距，合理利用相距較近、已完成的鉆孔，逐步往外逐圈鉆孔探查，最終探測出溶洞實際發育邊界，確定注漿范圍。對于淺層大型溶（土）洞，先鉆探可能造成點或面狀土層擾動，使原本具有保護作用的表土層結構遭到破壞，為大氣降水和地表水向地下滲入創造了便利條件，致使溶洞坍塌。因此，對于淺層大型溶（土）洞受制于場地、周邊管線、敏感建筑等安全因素影響時，可根據現場實際情況，經過參建各方充分論證后，采取“分區探邊、分區處理”的方式進行，在完成一塊區域探邊鉆孔工作后，及時對已探明溶洞范圍進行封邊注漿，確保施工安全及質量。本工程取300m2為限，對于不大于300m2溶洞采取先探后注的方法處理；對于大于300m2溶洞，采取探注結合的方法處理。試驗區域的選取及鉆（探）孔布置、探出的溶洞范圍見圖1、圖2所示，試驗段總結的工藝參數如表1所示。

圖1 試驗段鉆（探）孔布置

圖2 試驗段探孔揭示的溶洞處理范圍

表1 注漿施工工藝參數

2.2 鉆孔

鉆孔是進行注漿施工的前提。在對石灰巖地區的溶洞進行處理時，需要事先對溶洞形成的實際情況進行勘察，在探知溶洞的大致范圍之后，需要結合溶洞分布的情況，對鉆孔的位置進行合理的設置。在通常情況下，溶洞鉆孔以菱形或圓形兩種布設為主，布設2m孔距的鉆孔。而對于面積和分布范圍較大的溶洞來說，則需要結合溶洞分布的實際情況，適當增加鉆孔，以滿足注漿施工的需求。在確定好鉆孔的位置之后，利用XY-100型鉆機來進行鉆孔，這種鉆機后的成孔直徑大約在90mm左右。在完成鉆孔操作之后，借助鉆孔渣樣來對溶洞的大小、位置、深度進行仔細的探查，依據這些數據信息來確定需要進行注漿的工程量。一般來說，在完成鉆孔操作之后，會出現以下幾種情況：部分鉆孔為空洞，部分鉆孔為流塑狀黏性土，石灰巖地區的溶洞還會以串珠狀呈現出多層溶洞的狀態。依據勘察到的這些信息，技術人員能夠進一步計算和推導出需要處理的溶洞面積和體積，以便為后續的注漿施工提供更加科學準確的依據。

2.3 下注漿管

在完成鉆孔和溶洞探查之后，接下來就需要下注漿管。技術人員結合之前鉆孔勘察到的信息，向溶洞內下注漿管，由于石灰巖地區溶洞的體積普遍較大，因而在進行下注漿管操作時，需要在溶洞的頂部和內部應用不同的漿管，才能夠更好地實現注漿的需求。具體來說，在溶洞頂板以上的無溶洞部位，需要應用實管來進行注漿，而在溶洞的內部則需要應用花管來實現注漿。在下注漿管的過程中，為了保證達到理想的注漿效果，還需要在注漿管的底部加止漿塞（堵頭）。下注漿管的距離以距溶洞底20cm~30cm為標準，在完成下注漿管的操作之后，則需要將實管和花管按照規定的標準和操作程序進行連接，在完成連接之后，則需要向管內注入清水，用以檢查漿管的密封效果。在進行下注漿管的操作過程中，還需要注意下管后在距離地面1m~2m的范圍內應用水泥黏土封殼料來進行填充封孔，用以為后續的注漿操作提供保障(見圖3）。

圖3 袖閥管封孔方式及止漿塞位置

2.4 漿液類型的確定

在進行注漿操作之前，施工人員還需要結合溶洞形成的情況以及溶洞體積的大小，選擇合適的漿液類型，才能夠更好地達到處理溶洞的效果。在完成鉆孔和下注漿管的操作之后，就可以得到一個注漿范圍包絡圖，施工人員可以依據這個包絡圖來確定需要進行注漿施工的漿液體積。在確定的溶洞范圍內，溶洞邊界采用雙液漿進行封邊，封邊完成后，溶洞中間區域根據溶洞洞高及充填情況，選用水泥砂漿或水泥漿再進行充填。為了能夠得到更好的注漿效果，在注漿操作之前，相關人員需要采用不同類型的漿液來進行試驗，從中找出最適宜進行注漿施工的漿液配比類型。在進行注漿施工的整個過程中，還需要對注漿的情況進行觀察，以便能夠隨時對漿液配比進行調整（見表2）。

表2 不同溶洞發育狀態下漿液的選擇

2.5 注漿

在進行注漿操作時，首先需要在溶洞的邊界孔部位進行注漿，選擇的漿液類型以雙液漿為主，應用的袖閥管規格為48mm。在進行注漿之前，需要對用于注漿的水玻璃和水泥漿進行試驗，以便確定好雙液漿在灌注之后的凝結時間。一般溶洞填充注漿，需要將凝結的時間控制在45s~60s的范圍之內，而在應用雙液漿實現溶洞邊界封堵的過程中，還需要對注漿的時間、注漿壓力和注漿量進行及時地記錄，以便能夠為后續的注漿施工提供更加精確的依據。其次，在對溶洞內部注水泥漿時，可以選擇48mm的袖閥管或打孔PVC管來進行，注漿過程中施工人員需要結合實際的注漿情況，及時調整水泥漿注漿的比例，對整個注漿過程中的注漿時間、注漿壓力和注漿量進行及時地記錄。

在進行注漿施工時，對于雙液漿需要在初期以小壓力、慢速度的方式持續注漿，在施工的過程中，需要采用間歇往復的方式進行注漿，防止在注漿的過程中出現漿液流失的情況。注漿采用后退式分段注漿工藝，從孔底自下而上分段進行注漿，將注漿的段長控制在0.4m左右，在每段注漿施工完成之后，上提注漿芯管，進行下一段的注漿施工。

2.6 注漿壓力控制

注漿壓力控制是保證注漿施工質量的重要工序，在進行注漿施工操作之前，首先要借助注水試驗來檢驗注漿管路的質量，并對溶洞地層的吸漿能力進行判斷，避免在注漿施工中出現堵管的情況。在對整個注漿施工過程中的壓力進行控制時，需要注意遵循相對小壓力、多次數以及較大量的原則，將注漿壓力控制在0.2MPa~0.8MPa范圍之內，而注漿的速度也要被控制在30L/min~70L/min范圍之內。在進行多次注漿的過程中，需要將每次注漿的間隔時間控制在6h~8h左右。在注漿壓力達到0.8MPa之后，就可以在穩壓10min之后停止注漿，而在這個穩壓的過程中，進漿速度以控制不能超過初始進漿速度的1/4為標準。

2.7 注漿量控制

本工程借鑒商品混凝土攪拌站的輸送系統控制原理，散裝水泥進場后直接注入水泥罐中。施工前按照試驗確定的水灰比配制表，計算出每盤漿池的水泥用量后輸入系統，利用電子稱量系統準確計量出料，水泥通過完整的鉸刀封閉輸送管道傳輸到攪拌桶，攪拌時間達到設定值后把水泥漿注入儲存池，最后泵送至前臺注漿管，完成一次注漿。溶洞注漿處理過程中，采用泥漿噴灌電子記錄儀全程監測注漿過程中的水泥漿用量情況，并在每次結束后及時打印水泥漿用量記錄。通過自動計量裝置可以對溶洞內注漿壓力變化、水泥漿用量等工藝管控點進行量化、動態跟蹤，以便及時修正注漿參數。

2.8 注漿過程中注意事項

（1）對于一些體積比較大的溶洞，在應用袖閥管注漿工藝進行施工時，由于溶洞本身呈現出較好的連通性，導致灌漿的實際注入量也比較大。在這種情況下，需要及時利用雙液注漿或在漿液中摻加速凝劑來進行灌漿操作，讓注漿能夠在短時間內結束，并對注漿的配比和漿液類型進行調整。

（2）注漿工作需要連續進行，才能夠保證達到理想的注漿效果。如果在注漿過程中發生中斷的情況，需要及時對袖閥管進行清洗，在必要的情況下還需要進行掃孔操作，然后才能夠繼續進行注漿。而在恢復注漿操作的過程中，則需要優先選擇水泥漿來進行灌注，以保證能夠達到理想的注漿效果。

（3）如果在注漿的過程中出現回漿變濃的情況，則需要及時更換同水灰比的新漿，以保證注漿過程的持續性。如果在注漿的過程中出現冒漿以及漏漿等情況，就需要及時采用嵌縫、表面封堵以及低壓、雙液漿等操作來對其進行處理。

3 結束語

綜上所述，袖閥管注漿工藝在實際應用中，體現出以下幾個方面的特點：

（1）袖閥管注漿借助密封膠圈和封殼料來實現注漿操作，能夠大大提高注漿施工的密閉性，與傳統注漿工藝相比，不僅無需耗費過多的物資成本，還能夠達到更加理想的注漿和處理效果。

（2）袖閥管注漿工藝只需要在每次注漿完成之后清理袖閥管，就可以直接進行后續的注漿操作，對于多次注漿需求極為簡單方便。同時，由于本身具備的定向、定量特點，使以往注漿工藝應用中普遍存在的地面冒漿問題得到較大改善。

（3）對于溶洞發育地區，發現溶洞后采取分區分割處理方式，縮短溶洞暴露至注入水泥漿液的時間間隔，是降低溶洞處理危險性的重要途徑，而采用袖閥管注漿工藝就能實現這個目標。