注漿法處理溶洞在地鐵車站中的應用

王麗WANG Li

（中鐵建南方建設投資有限公司，深圳 518000）

1 工程概況

深圳地鐵16 號線某車站站位于龍崗區。車站為地下一層兩跨或多跨（局部范圍地下二層）結構，側式站臺，車站南端設置龍城公園停車場出入線。路道路規劃紅線寬65m，現狀道路寬60m，雙向6 車道+2 條非機動車道。現狀黃閣路為南北方向的城市干道，車流量較大，交通較繁忙。擬建站點屬于沖洪積平原地貌單元（龍崗河流域），場地地層巖性復雜，覆蓋層主要為全新統人工填土層、第四系上更新統沖洪積層、殘積層，下伏基巖為石炭系下統石蹬子組灰巖。根據勘察提供資料揭露，其巖溶為覆蓋型巖溶，發育類型主要為溶洞和溶隙。巖溶專項和詳勘鉆探過程中，56 個可溶巖勘探孔有30 個揭露到溶洞，見洞隙率53.37%，線巖溶率2.02%～50.17%，總線巖溶率8.9%。依據有關規范，本站巖溶發率等級為強發育。

2 注漿法適用條件及作用

注漿法適用于隱伏溶（土）洞、埋藏較深溶洞等、溶隙的處理和有水巖溶治理。注漿法廣泛用于地鐵建設施工中。對巖溶區進行注漿處理可起到以下作用：①當注漿孔的間距較密時，密布的注漿孔在施工過程中可以揭露未發現的溶（土）洞，達到消除隱患的目的；②注漿可以充填洞穴，防止土洞塌陷，同時漿液擴散滲透，也可擊破消除相鄰（隱伏）土洞，達到（預）處理或降低塌陷的目的；③注漿漿液進入巖土界面可固結土體或破碎帶，阻隔地下水與土洞的水力聯系，從而阻止或延緩土洞的發生和發展；④基底以下，巖面以上為砂層的情況，采用固結注漿，使其形成固結體并具有一定強度和抗滲性能，可有效阻止由于下部溶洞發展帶來上部砂層的塌陷；⑤注漿可以提高土體的密度，增強土體強度與穩定性；當巖溶頂板破碎、較薄或不穩定時，對巖溶注漿可封堵巖溶裂隙、充填洞穴、固化破碎帶，提高溶洞的整體性和穩定性，從而提高巖溶地基承載和抵抗變形能力；⑥注漿可增強抗管涌（潛蝕）能力，防止或減弱地下巖溶水引起的涌泥、突水，保證施工與周邊建筑安全。

3 注漿材料選取、配比及注漿孔布置原則及相關參數

注漿材料的選擇主要取決于溶洞溶隙的大小、填充情況、是否有水等因素，同時要結合可靠性、經濟性和耐久性。主要注漿材料有：純水泥漿液，雙液漿，化學漿液等。根據現場施工需要，選取一種作為填充、注漿用料或同時配合使用幾種注漿材料。

3.1 注漿用材料的選擇原則

①根據鉆孔顯示溶洞高度小于1m 的全填充、半填充及無填充溶洞，一般采用純水泥漿液靜壓灌漿；②根據鉆孔顯示溶洞高度在1~3m 的半填充無填充溶洞，一般采用水泥砂漿間歇式靜壓灌漿。如二次灌漿后未起壓，可在水泥砂漿中適當添加速凝劑；③鉆孔顯示溶洞高度大于3m的半填充溶洞和無填充溶洞，可先填充碎石后注漿加固；④如注漿中溶洞相連通或受滲流水等影響，純水泥漿液在注漿時流失嚴重，可用雙液漿對其進行封邊后再內部注漿處理；⑤對涌水量較大出現險情的溶洞，需先用化學漿液封堵，再多種材料互相配合使用效果更佳。

3.2 注漿材料及配比

①水泥漿：宜用P.O42.5；②雙液漿：一般采用普通水泥和水玻璃，水玻璃模數2.4~3.4，濃度為30~45Be'；③化學漿液：聚氨酯、瑪麗散，用于滲流水量大或存在重大安全風險時使用。注漿材料配比可參考表1，應根據現場試驗確定具體配比。

表1 參考配合比

3.3 注漿孔孔位布置原則

①溶洞投影面邊a、b 小于2m 時：（圖1）

圖1 區間溶洞鉆孔布置示意圖1

②溶洞投影面邊a、b 大于2m，小于3m 時：（圖2）

圖2 區間溶洞鉆孔布置示意圖2

③溶洞投影面邊a、b 大于3m，小于5m 時：（圖3）

圖3 區間溶洞鉆孔布置示意圖3

④溶洞投影面邊a 大于5m，b 小于5m 時：（圖4）

圖4 區間溶洞鉆孔布置示意圖4

3.4 施工參數

①注漿壓力。

注漿壓力參考類似經驗選擇如下：周邊孔初灌壓力0.2~0.3MPa，終灌壓力0.6~0.8MPa；中間孔初灌壓力0.2~0.3MPa，終灌壓力0.8~1.0MPa。注漿時壓力應由現場試驗及施工需要逐漸調整。

②注漿流量。注漿流量控制在30~60L/min。

③注漿量。單孔注漿量根據注漿擴散半徑和巖層填充率按照如下公式計算：Q=πD^2/4·L·n·α·η

式中，Q-注漿量；D-注漿范圍；L-注漿段長；n-土層孔隙率、巖層裂隙率；α-漿液在巖石裂隙中的充填系數；η-漿液消耗率。

④注漿速率。注漿速率應根據現場實際情況經試驗確定，主要取決于底層的吸漿能力（地層的孔隙率）和注漿設備的動力參數。

4 施工控制要點

4.1 鉆進

溶洞在處理前，要先對試探測其平面范圍：本次探邊孔以已揭露巖溶的地勘孔為中心，用6 等邊形（間距2m）向四周發散鉆孔；完成第一次發散后，如揭露仍有溶洞，則以此循環發散，直至探至溶洞邊；然后從中心向四周探孔，找到溶洞體邊界為止。根據巖溶處理原則，對于地下車站工程，勘探點應鉆至圍護結構底、樁底或基底以下5m 穩定相對不透水層或完整巖體；若圍護結構底、樁底或基底以下遇串珠狀溶、土洞時，需鉆穿洞底，當穿越巖體厚度累計達5m，勘探點可在溶洞底入完整巖體1.5m 后終孔。而在結構底板區域內的溶洞，則探邊及注漿孔應鉆至車站底板結構下不小于10m。鉆孔探邊前應先進行管線探挖，探明地下管線分部情況，確保鉆孔位置沒有地下管線。鉆探過程中，應逐一記錄好每一孔的芯樣，并進行標識、分析、拍照及描述，為下一步注漿施工提供依據；鉆孔結束后應及時封孔或下管，防止因鉆透溶洞頂而發生塌方的事故。

4.2 排氣孔施工

為保證注漿或充填的質量，每個溶洞都需設置有效的排氣孔，確保注漿順利進行。排氣孔施工成孔后下條φ50PVC 管到溶洞頂，PVC 管口需先封閉，以免在下管時泥漿進入管內造成管路堵塞，在注漿前需將排氣孔用高壓空氣疏通。PVC 管長度以正好到達溶洞頂板為宜，伸入溶洞洞體不宜過長以確保排氣孔有效排出氣體，故在地質鉆孔施工時應做好溶洞頂板及底板的埋深記錄。

4.3 下管

根據施工過程中探測的溶洞邊界和溶洞大小等確定下管類型和注漿方案。每個溶洞至少選確保一個出氣口，?50PVC 管應達到溶洞頂部，注漿用?50 袖閥管需下達溶洞底部，當需填充投料時其投料管管徑為?150。（圖5）

圖5 管位布置示意圖

下管后應及時注入套殼料，并在靠近地面2m 的孔壁間隙范圍內用水泥砂漿止漿料封孔。（圖6）

圖6 止漿料布置示意圖

4.4 袖閥管注漿

①開環：灌漿開始時，可先用清水或稀漿加壓開環。當出現壓力突降，進漿量劇增，說明已經“開環”。即可按設計配合比正式開始注漿。②注漿：選用雙栓塞芯管注漿。按照注漿參數表從孔底由下上進行，一排孔眼作為一個灌漿段，灌漿段長50cm。注漿液采用42.5 普硅水泥，注漿時按先稀漿后濃漿的原則逐步調整水灰比至穩定。開環時壓力為0.35MPa 左右，具體數值應由現場試驗得出。注漿壓力控制在1.0MPa 以內，一般為0.4~0.8MPa。具體可根據現場試驗情況作適當調整。注漿要隔孔進行，以免竄漿現象發生。③間歇注漿：全部孔位注漿完成后，間歇一段時間再進行二次注漿，間歇時間宜為15~30min 之間。全部注漿孔與檢查孔注漿（或壓水）完成后應緊接著進行注漿封孔，注漿封孔用“壓力注漿封孔法”，漿液宜采用水灰比為0.5 的純水泥漿，水灰比可根據現場注漿情況進行調整。

4.5 注漿過程異常情況處理

①注漿中斷。注漿過程中如出現中斷，應盡快找出原因，及時恢復注漿；若不能及時恢復注漿時，應馬上沖洗注漿管，以免堵塞。在恢復注漿后，注漿量明顯下降或在短時間內停止吸漿時，應采取補救措施。②大量漏漿。產生大量漏漿時，宜采取以下方法處理：1）可采用降低注漿壓力、增大漿液濃度、限制漿液流量、增加間歇時間的方法進行，間歇時間可根據現場情況確定，可取6~8 小時；2）必要時，可用水泥砂漿或碎石等填充材料填堵空隙后再用方法1）灌注；3）可用水泥--水玻璃灌注或采用其他速凝材料縮短漿液凝結時間。③串漿。串漿是指漿液在灌注過程中從其它鉆孔中流出。預防串漿的措施有：1）在允許的情況加大相鄰孔間距；2）采取隔孔灌注且適當延長相鄰孔的施工間隔時間，等其注的漿液初凝后，再進行后序孔的灌注。發生串漿后的處理措施：如發生串漿的孔具備注漿條件，可同時進行注漿，但必須單孔單泵對應注漿，否則需將串漿孔加以堵塞，等注漿孔結束注漿后，再對串漿孔進行沖洗后注漿。④地表冒漿。地表冒漿發生時可降低注漿壓力同時增大漿液濃度，必要時采用水泥砂漿，等冒漿路徑堵塞后，再逐漸增加注漿壓力至恢復到正常注漿壓力，也可用間歇注漿來處理。

5 試驗檢測

5.1 檢測方法與標準 ①檢測驗收應選擇代表性和薄弱部位地段，應在注漿完成后28d 進行；②溶洞溶隙注漿完成后宜采取隨機鉆孔抽芯檢測，要求芯樣無側限抗壓強度≥0.2MPa；③對溶洞采用注漿加固處理后兼做止水帷幕的，檢測孔壓水試驗透水率應不大5×10-5/cm/s，合格率大于85%，如有不合格孔段其透水率極值不應超過7.5×10-5/cm/s，且不得集中；達不到上述檢測標準時，應對受測溶洞進行灌漿補強，同時可據現場實際情況增加檢測孔數。

5.2 檢測原則和數量 ①注漿檢測強度評定應重視注漿前后試驗數據比較，檢測孔不小于總注漿孔數的5%，且不少于3 點，復雜場地巖溶地基處理應適當增加檢測數量；②每個溶洞檢測不少于1 次，檢測孔位距離注漿孔宜200~300cm；③注漿效果滲透性評定的壓水檢查，其試驗點數不小于注漿孔數的2%，單體不少于3 點且滿足設計要求。

5.3 實體檢測情況 ①壓水實驗檢測情況：通過數碼城站溶洞處理完成孔洞進行了壓水實驗檢測，合格率100%，滿足設計要求。（表2）②鉆芯檢測情況：通過對數碼城站區間巖溶處理完成孔洞進行了鉆芯檢測，合格率100%，滿足設計和規范要求。（表3）

表2 溶洞壓水實驗統計表

表3 區間溶洞鉆芯檢測統計表

6 結語

注漿法施工適用于溶洞和溶隙填充處理，在注漿施工前要先選擇注漿材料并選擇合適的配比，根據溶洞、溶隙做好注漿孔布置；同時結合溶洞、溶隙類型選好相關注漿參數。在施工過程中要有專人巡查，注意排氣孔暢通；控制注漿壓力和注漿量；同時要觀察是否有注漿異常現象發生，發生時及時做好異常情況處理。本文通過對地鐵數碼城站的施工參數的總結為以后同類地鐵溶洞施工提供參考借鑒。