巖溶地層聯(lián)絡(luò)通道突涌處理技術(shù)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(shè)計的理論要求，尤其是因周邊建（構(gòu)）筑物影響無法處理的，更是給施工帶來極大的風(fēng)險。

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

1號聯(lián)絡(luò)通道及泵房地質(zhì)從上到下地層分布為（1-2）素填土、（6-1）粉質(zhì)粘土、（6-2）粉質(zhì)粘土、（16 g）灰?guī)r。通道全斷面位于（16 g）灰?guī)r層，拱頂16 g灰?guī)r埋深8.6 m。該部位灰?guī)r（16 g）表現(xiàn)如下：灰黑色，薄層、微晶結(jié)構(gòu)，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(zhì)、鈣質(zhì)，該層總體分化較弱，偶爾沿層面風(fēng)化呈白色。開挖范圍內(nèi)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(guān)聯(lián)。

2 1號聯(lián)絡(luò)通道現(xiàn)場突涌情況描述

1號聯(lián)絡(luò)通道位于全斷面灰?guī)r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?guī)r強度高，風(fēng)鎬破除難度大，采用以劈裂機破除為主，風(fēng)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(xiàn)涌水、涌泥沙現(xiàn)象，在涌水口往下用小導(dǎo)管探孔深，發(fā)現(xiàn)孔深至少有3.5 m。埋設(shè)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(fā)現(xiàn)涌水量仍較大，且含有泥沙及異味。

事故發(fā)生后馬上啟用應(yīng)急預(yù)案：①聯(lián)絡(luò)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(nèi)三輪車等大型設(shè)備撤離區(qū)間，確保區(qū)間線路通道的暢通；③安排專業(yè)監(jiān)測人員對附近區(qū)間管片、地表沉降及掌子面進行變形監(jiān)測，每8 h測一次；④檢查隧道內(nèi)電箱及線路，測試發(fā)電機的好壞及功率；⑤現(xiàn)場抽排設(shè)備全部啟用，將庫房應(yīng)急水泵水帶搬到現(xiàn)場隨時可以使用；⑥馬上組織設(shè)計單位、業(yè)主單位、勘察單位、監(jiān)理單位及具有相關(guān)豐富施工經(jīng)驗人員到現(xiàn)場，了解現(xiàn)場情況及商量處理方案?，F(xiàn)場突涌情況見圖1、圖2。

圖1 現(xiàn)場突涌圖1

圖2 現(xiàn)場突涌圖2

3 突涌事件原因分析

（1）根據(jù)巖溶專項勘察得知1號聯(lián)絡(luò)通道所在區(qū)域巖溶較發(fā)育，且地下水承壓性較高。受地表建（構(gòu)）筑物影響（聯(lián)絡(luò)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(gòu)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(jù)現(xiàn)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(shè)計單位根據(jù)現(xiàn)場實際情況及周邊建（構(gòu)）筑物的施工過程調(diào)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?guī)r，6 m厚6-2粉質(zhì)黏土層隔離，上層滯水直接穿透粉質(zhì)粘土層補給裂隙水的可能性很小，上層滯水可能是從地質(zhì)探孔中滲入（調(diào)查其他工程地質(zhì)勘探過程得知，地上或地表工程在地質(zhì)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(fā)涌水、涌泥沙主要原因是聯(lián)絡(luò)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(jīng)參會各方以及具有豐富施工經(jīng)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(lián)絡(luò)通道和泵房開挖范圍進行冷凍，凍結(jié)后進行開挖及下步施工。凍結(jié)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(shè)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(lián)絡(luò)通道上方地表管線進行臨時改遷，改遷后對聯(lián)絡(luò)通道全斷面進行巖溶專項鉆孔注漿處理，到達設(shè)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(fù)，造價高；區(qū)間管片已拼裝完成，聯(lián)絡(luò)通道在管片上下對應(yīng)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(wǎng)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(shè)注漿管，若不冒水則重新開孔，直至埋設(shè)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(jù)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(jù)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(jié)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(fēng)險。

綜合討論以上3種方案，結(jié)合現(xiàn)場實施的可行性、工期以及費用，優(yōu)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(xiàn)場施工步驟及方法

5.1 現(xiàn)場實際施工步驟

（1）對掌子面進行掛網(wǎng)噴射混凝土封閉，待噴射混凝土達到設(shè)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(shè)袖閥管，若不冒水則重新開孔，直至埋設(shè)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(jù)現(xiàn)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(yīng)該隨拌隨用，靜置時間不應(yīng)超過2 h，在壓漿過程中應(yīng)不停攪拌，確保漿液均勻，不出現(xiàn)沉積現(xiàn)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(shè)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(jié)束后，應(yīng)立即關(guān)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(yīng)按方案要求埋設(shè)，確保注漿加固的填充范圍和深度。

（2）注漿施工時應(yīng)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(yīng)暫停后及時采用快硬水泥或堵漏劑封堵，確保注漿質(zhì)量。

（3）水泥漿拌制應(yīng)嚴格按照現(xiàn)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(jié)構(gòu)，遇特殊情況無法注進時應(yīng)暫停注漿及時與現(xiàn)場管理人員商量研究，并做好書面記錄。

6 現(xiàn)場處理效果

1號聯(lián)絡(luò)通道上臺階開挖進尺3 m前共注漿2次，第一次鉆孔埋設(shè)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(shè)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(jiān)測數(shù)據(jù)反映，聯(lián)絡(luò)通道大量涌水后地表會出現(xiàn)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(jié)），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(jié)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(xiàn)場實際情況采取驗證--袖閥管注漿處理相結(jié)合的方法，可滿足在灰?guī)r地層中開挖的各種要求，取得較好的施工效果。