巖溶地層聯絡通道突涌處理技術研究

張燕舞

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司 北京 101300）

1 工程背景

巖溶地層溶洞處理達不到設計的理論要求，尤其是因周邊建（構）筑物影響無法處理的，更是給施工帶來極大的風險。

大舒東路站～秀湖站區間為武漢市軌道交通2號線南延線第七個正線區間，主線采用盾構法施工。該區間設置了2個聯絡通道，其中1號聯絡通道（與廢水泵房合建），聯絡通道中心長度6.1 m，拱頂覆土埋深約19.5 m。

1號聯絡通道及泵房地質從上到下地層分布為（1-2）素填土、（6-1）粉質粘土、（6-2）粉質粘土、（16 g）灰巖。通道全斷面位于（16 g）灰巖層，拱頂16 g灰巖埋深8.6 m。該部位灰巖（16 g）表現如下：灰黑色，薄層、微晶結構，主要成分為方解石，少量水云母、白云石等礦物成分，層間含泥質、鈣質，該層總體分化較弱，偶爾沿層面風化呈白色。開挖范圍內該類型地下水均埋藏于第四系黏性土隔水層下，具有承壓性，承壓水水頭與圍巖面高程相關聯。

2 1號聯絡通道現場突涌情況描述

1號聯絡通道位于全斷面灰巖中，通道上方有1根直徑720 mm高壓燃氣管和1根直徑720 mm中壓燃氣管，無法進行火工控制爆破。因灰巖強度高，風鎬破除難度大，采用以劈裂機破除為主，風鎬破除為輔的方法進行開挖。上臺階開挖進尺約2.5 m后，從掌子面左前方出現涌水、涌泥沙現象，在涌水口往下用小導管探孔深，發現孔深至少有3.5 m。埋設一根800 mm軟管作為泄水管，其它部位馬上用棉被、水泥及堵漏王進行反壓封堵。啟用泄水管進行減壓排水，觀察一夜后發現涌水量仍較大，且含有泥沙及異味。

事故發生后馬上啟用應急預案：①聯絡通道派專人輪班值守，在隧道兩端拉警戒帶貼警示標語；②將洞內三輪車等大型設備撤離區間，確保區間線路通道的暢通；③安排專業監測人員對附近區間管片、地表沉降及掌子面進行變形監測，每8 h測一次；④檢查隧道內電箱及線路，測試發電機的好壞及功率；⑤現場抽排設備全部啟用，將庫房應急水泵水帶搬到現場隨時可以使用；⑥馬上組織設計單位、業主單位、勘察單位、監理單位及具有相關豐富施工經驗人員到現場，了解現場情況及商量處理方案。現場突涌情況見圖1、圖2。

圖1 現場突涌圖1

圖2 現場突涌圖2

3 突涌事件原因分析

（1）根據巖溶專項勘察得知1號聯絡通道所在區域巖溶較發育，且地下水承壓性較高。受地表建（構）筑物影響（聯絡通道正上方地面下有一個較大磚砌污水井，井周邊有自來水管、電力箱涵、地下過街通道及道路），巖溶專項處理時，僅在建構筑物間隙處采取見縫插針原則處理少量溶洞，上臺階開挖時正好遇到未處理的溶洞。

（2）勘察單位根據現場實際情況給出意見：涌水水量明顯、較大、渾濁、有異味，可能是巖石裂隙水中混入上層滯水。

（3）設計單位根據現場實際情況及周邊建（構）筑物的施工過程調查給出意見：涌水含泥沙、有異味，有上層滯水補給可能；開挖面上方有8 m厚16 g灰巖，6 m厚6-2粉質黏土層隔離，上層滯水直接穿透粉質粘土層補給裂隙水的可能性很小，上層滯水可能是從地質探孔中滲入（調查其他工程地質勘探過程得知，地上或地表工程在地質勘探鉆孔取樣后，未對勘探孔進行細石混凝土填充）。

綜上分析得出上臺階突發涌水、涌泥沙主要原因是聯絡通道開挖遇到未處理的溶洞，巖溶水受裂隙水等的補給，水量較大，裂隙水中混入上層滯水。

4 處理方案的比選及確定

經參會各方以及具有豐富施工經驗的專家探討，初步擬定以下處理方案：

方案1：再次開挖前進行冷凍法施工，即對聯絡通道和泵房開挖范圍進行冷凍，凍結后進行開挖及下步施工。凍結法施工雖然解決了涌水涌泥，保證通道的正常施工，但冷凍法需要投入大量的設備、電、人力、物力，施工時間長，工程費用高。

方案2：將已開挖部分上臺階進行砼回填封堵，對聯絡通道上方地表管線進行臨時改遷，改遷后對聯絡通道全斷面進行巖溶專項鉆孔注漿處理，到達設計強度后再進行通道礦山法施工。但是通道上方管線遷改路由實施難，管線遷改周期長，施工完成后管線還需恢復，造價高；區間管片已拼裝完成，聯絡通道在管片上下對應巖體無法進行注漿施工，很有可能遺漏部分溶洞。

方案3：對掌子面進行掛網噴射混凝土封閉，待噴射混凝土達到一定強度后，對準涌水溶洞，從其它角度再次鉆孔，若冒水則馬上埋設注漿管，若不冒水則重新開孔，直至埋設3～4根袖閥管注漿管。然后開始注漿，首先對埋深最淺的注漿管注入雙液漿，盡快對溶洞進行填充、封閉，然后再根據注漿管埋深，采取由淺到深的次序依次注入水泥漿。全過程中泄水管閥門一直打開放水泄壓，水流會隨水泥漿的注入而逐漸變混變濃，若濃度快接近注入水泥漿時，則停止注漿。根據注漿壓力采取間隙式注漿，直至注漿管和泄水管完全堵塞為止。待注漿結束24 h后再進行下步開挖，開挖原則：驗證孔（不漏水→直接開挖）漏水→再注漿→再驗證孔（清水量少）→再開挖。該方案造價可控，時間較短，但存在再次涌水處理的風險。

綜合討論以上3種方案，結合現場實施的可行性、工期以及費用，優先選擇第三種方案進行處理，若處理效果不理想，再商討確定處理方案。

5 現場施工步驟及方法

5.1 現場實際施工步驟

（1）對掌子面進行掛網噴射混凝土封閉，待噴射混凝土達到設計強度等級75%后，對準涌水溶洞從各個角度再次鉆孔，若冒水則馬上埋設袖閥管，若不冒水則重新開孔，直至埋設3～4根袖閥管注漿管（袖閥管長度需采取長短不一，管四周封堵長度不宜短于50 cm，且必須封堵嚴實）。

（2）先用雙液漿從短管開始注漿，盡快將溶洞進行填充、封閉。

（3）封閉住，涌水控制住后，再用單液漿，高壓進行注漿，用來封閉涌水源頭。

（4）下步開挖前探孔、注漿：

（a）探孔原則：30°角方向，0.5 m長，開挖時徑向每隔0.5 m布置超前探孔，縱向每隔0.5 m布置超前探孔，超前探孔深度為0.5 m，斜孔傾斜角度為45°，從上中下及前方對每次開挖面進行驗證（見圖3）：

圖3 探孔圖

（b）有少量清水則注意觀察，并加密驗證孔：

（c）若有大量清水或有渾濁水流出則先進行單液漿注漿，驗證孔驗證。

（d）驗證孔（不漏水→直接開挖）漏水→再注漿→再驗證孔（清水量少）→再開挖。

5.2 注漿施工方法

（1）注漿在注漿管封堵嚴實，各種材料準備好后進行，注漿施工采用KBY—50/70型注漿機，如開挖面有渾水或泥水，且水壓不大，采用單液漿注漿封堵，如水流過大采用雙液漿進行封堵。單液漿采用普通水泥漿，P.O42.5的普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比為1:1，注漿壓力控制在0.3-0.5MPa。雙液漿采用P.O42.5水泥-水玻璃（或超細水泥-水玻璃雙液漿）為注漿材料，配比為1:0.5，見圖4。

圖4 注漿布孔圖

（2）水泥漿液的配合比需根據現場實際情況試驗確定，按確定的配合比拌制水泥漿漿液。水泥漿應該隨拌隨用，靜置時間不應超過2 h，在壓漿過程中應不停攪拌，確保漿液均勻，不出現沉積現象。

（3）注漿管采用Φ42熱軋鋼管加工，加工成前端長1 m注漿花管，前端管口段50 cm設注漿孔，并在前端切割焊連成尖。注漿管前端50 cm按管縱向20 cm間距割成Φ8 mm孔，沿管周梅花型布置，詳見圖5所示。

圖5 注漿管加工圖

（4）注漿開始時，同時打開注漿閘閥，注漿結束后，應立即關閉注漿閘閥，防止水泥漿液回流。

5.3 注漿施工保證措施

（1）注漿管應按方案要求埋設，確保注漿加固的填充范圍和深度。

（2）注漿施工時應安排專人密切注意施工周圍是否有漏水加大和滲漏水泥漿情況；如果有漏漿加快情況，應暫停后及時采用快硬水泥或堵漏劑封堵，確保注漿質量。

（3）水泥漿拌制應嚴格按照現場試驗確定的配合比拌制，嚴禁擅自向水泥漿中加水稀釋水泥漿。

（4）注漿過程中注不進去時嚴禁采用增大壓力來保證注漿量，因為大壓力注漿可能會破壞隧道初支或掌子面結構，遇特殊情況無法注進時應暫停注漿及時與現場管理人員商量研究，并做好書面記錄。

6 現場處理效果

1號聯絡通道上臺階開挖進尺3 m前共注漿2次，第一次鉆孔埋設袖閥管2根約注入水泥漿10.5 m3（消耗水泥約5.5 t）后停止涌水，第二次鉆孔埋設袖閥管3根約注入漿液106 m3（消耗水泥約78 t、水玻璃2桶）后停止涌水。后期開挖過程中無明顯涌水，只有少量裂隙水滲出，且為清水。實時監測數據反映，聯絡通道大量涌水后地表會出現少許下沉，累計最大達到-16 mm（粘土層中含水量減少土壤自然固結），涌水堵住后反彈回歸至-5 mm（上層滯水補給平衡后又反彈），管片四周和橢圓度幾乎沒有變形。從施工工期，花費造價，以及變形情況，可以說明該處理方案是適合該工程的，是滿足各方面要求的。

7 結語

巖溶地層下施工前不可能對所有溶洞全部處理完，礦山法開挖過程中極有可能遇到未處理溶洞。針對現場實際情況采取驗證--袖閥管注漿處理相結合的方法，可滿足在灰巖地層中開挖的各種要求，取得較好的施工效果。