地铁隧道溶洞处理技术
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摘要溶洞是石灰岩地区特有的地质现象，由于溶洞的存在，给石灰岩地区地铁施工带来了很大困难，工程中常发生突发性涌水、塌陷等工程事故，因此，施工单位对地铁隧道施工过程中所遇溶洞，必须采取有效措施进行处理，防患于未然。本文依据溶洞的不同特征，对地铁隧道溶洞的一般处理方法进行了分析和介绍。
关键词地铁溶洞隧道注浆
地铁为满足城市交通的需要，多通过城市繁华地带。地铁隧道一般埋深较浅，穿越地层的地质条件复杂，上层地面建筑物容易受到地铁隧道施工的影响。地铁隧道施工多采用矿山法或盾构法，为保障施工生产的顺利进行，减少隧道施工对地面建筑物及周边环境的影响，当施工中遇到溶洞时，必须采取科学有效的方法对其进行及时必要时超前处理。
1 工程背景
地铁隧道多穿越城市繁华地带。我国一些城市，如大连、广州部分地区，地下岩层多为中风化或强风化的石灰岩地层，地铁隧道设计埋深较浅，穿越地层地质条件复杂，时有溶洞出现，部分施工段出现涌水，涌泥，给施工生产带来诸多不便，同时对地铁周边环境造成了一定的影响。在施工方法上，大部分地铁隧道采用浅埋暗挖法施工，即采用钻爆法或单臂掘进机法开挖土石方，接着做初期支护、初期支护背后注浆，然后施做二次衬砌混凝土、二次衬砌背后注浆的施工方法，个别施工段采取了盾构机掘进机法施工。
2 溶洞处理的目的
(1) 确保施工安全。隧道开挖过程中，位于隧道拱顶、和侧壁的大型溶洞和空洞，极易造成隧道开挖面围岩失去稳定性，进而造成开挖面塌方，给施工人员、设备带来安全隐患；位于隧道底部的溶洞，则容易造成人员设备突然陷落，造成事故，因此，溶洞必须提前处理。
(2) 确保隧道结构的永久稳定性，满足隧道结构变形和防水要求。隧道溶洞内大量填充有泥砂或水，而且很多溶洞为连续分布，通过一定的方法进行处理，才能确保溶洞区域地层的承载力，提高围岩的自稳能力，进而确保隧道洞室结构的稳定性和安全性。
(3) 防止地表沉降和塌陷。位于隧道穿越地段的大型空洞，隧道开挖过程中已经破坏了其自有结构，溶洞内的泥砂、水大量涌出，溶洞周围围岩的巨大压力易在溶洞处释放、坍塌，进而造成地表沉陷，为避地表塌陷和沉降过大，需对溶洞进行处理。
3 溶洞处理原则及重点
城市地铁隧道施工过程中的溶洞处理，须把握如下原则进行：
(1) 早发现、提前处理。在隧道开挖过程中，依据施工图，采用现代地质雷达技术或其他先进技术对隧道前进方向的围岩进行探测，做到提前发现溶洞、在隧道开挖至溶洞处之前处理溶洞。
(2) 以安全经济为原则，依据地质情况采取不同的处理方法。对于含水量大的地层，以采用双液注浆，填充及止水要求；对于一般无水或水量很小的空洞，注入水泥砂浆或直接用满足强度的速混凝土填充密实。
(3) 全方位处理。对隧道拱顶、底部、侧墙溶洞要同步重视，避免围岩失去自稳能力，造成塌方。
4 溶洞处理的一般方法
溶洞处理的方法大多以注浆等填充方法为主，具体处理方案依据地质情况确定。
(1) 空洞型溶洞的处理方法：对于洞径大于2m的无填充或半填充的溶洞，通常先采取填砂处理，然后进行注浆加固。小于2m的溶洞，可采取直接注浆填充，区分地层含水情况和结构防水要求来选择不同种类的浆液。
(2) 充水溶洞的处理方法。在含水丰富的地层中，个别溶洞内积留有大量的水，溶洞水的处理成为溶洞处理成败的关键。一般采取排、堵结合的方法来处理这种类型的溶洞。
溶洞内水体若非承压水，或水体压力小于0.5MPa，可直接采取超前注入双液浆的方法进行封堵；对于充有承压水的溶洞，直接封堵困难，应根据情况，采取 “先排后堵，排堵结合”的方法进行处理，一般，溶洞内区域有流动水，但水压力在1.0MPa一下的，可布置降水井减压，减压至0.5MPa以下时注入水泥、水玻璃混合浆液进行封堵，注意降水降压过程中要监测好周边环境；
如溶洞区域流动水水压超过1.0MPa，则应首先摸清水路径流方向，在隧道外适当位置开挖竖井，设置过水通道进行引排，然后利用竖井回填混凝土、注浆填充。
（3）全填充砂泥溶洞处理方法：采用压力注浆的方法，进行加固填充，注浆材料宜采用水泥将或水泥水玻璃混合浆液。注浆时，采用端头带有梅花形小孔的花管或采取袖阀管，控制压力从低到高，间歇、反复注入。
5 超前地质探测的一般方法
超前地质探测，在溶洞处理过程中起到预报、预警的作用，能使施工人员对溶洞地段地质情况做到早了解、早准备，在溶洞处理过程中，这一环节至关重要。目前常用的地质探测方法主要有：
(1) 地质雷达法（LTD-10型），适用于地质界面、裂隙及溶洞形状、大小的勘测。
(2) 瑞雷波检测仪法，利用瑞雷波的运动学特征和动力学特征进行地质堪察的物探方法，可以确定溶洞的位置、大小和溶洞内填充物的性质，为溶洞填充处理提供依据。
(3) CT地质预报。其基本原理与医学CT技术原理相当。可对探测剖面范围内地质情况进行直观的三维图像描述，准确了解溶洞段地质情况。
在实际应用中，以上三种探测方法常常配合使用，以便更准确的把握溶洞地段围岩状况，为采取适当的处理措施提供依据科学依据。
6 溶洞注浆工艺流程及注意事项
注浆，是隧道溶洞处理的主要方法，隧道溶洞处理常用的注浆方法及工艺流程如下：
6.1 花管注浆及其工艺流程
花管注浆即用PVC管或钢管管头附近布置的小孔进行注浆的方法。工艺流程如下：
(1) 钻孔：确定好注浆位置后，在预定位置钻孔至预定深度。
(2) 制作花管：可用小直径钢管或PVC管制作，在管的插入端一定长度范围内交替布置小孔，小孔间距及布置长度视钻孔深度而定；小孔区域外包三层防水胶带。
(3) 放入花管：在钻好的岩层孔中下入制作好的花管；
(4) 封孔。对已经安放好注浆花管的的钻孔，在距离孔口5~6m处用水泥砂浆进行封孔；
(5) 管线连接：在封孔砂浆达到3~5天龄期后，将注浆压力管与花管进行连接，准备注浆。
(6) 按设计方案制作浆液。
(7) 注浆：启动注浆泵，压送清水，在此过程中压力逐步提高，直到重开封胶压力回落后，泵送制备的浆液，直至注浆到设计规定的压力并稳定为止。
(8)做好记录，注浆完毕后清洗管路，以备下次使用。
花管注浆主要适用于填充式注浆，适合处理松散土层，有填充物、部分填充的溶洞或空洞。施工时，应注意封孔水泥砂浆的龄期，同时此法不适合高压注浆。
6.2 袖阀管注浆方法及其工艺流程
指用袖阀管进行注浆控制的注浆方法。工艺流程为：
(1) 钻孔：确定好注浆位置后，在预定位置钻孔至预定深度；
(2) 清孔：在已完成的钻孔中用浓泥浆进行清孔，排除粗颗粒渣土；
(3) 下套壳料：按设计的配合比配制好套壳料，并从孔底往上灌注套壳料至孔口；
(4) 制作袖阀管：在直径50~60mm的PVC管上按间隔33~50cm钻一组射浆孔（即每米2~3组），并在外面套上一层约3mm后的橡胶膨胀圈（即袖阀），两端用防水胶布密封；
(5) 下袖阀管：在下完套壳料的钻孔中下入已制作好的袖阀管；
(6) 管线连接：在套壳料达到一定龄期后（约3~7天），在袖阀管内下入注浆器，注浆器的中间约20cm长开槽孔，在其上下各带有止浆塞，将注浆压力管与袖阀管内的注浆器进行连接；
(7) 制浆：按设计规定的水灰比制备水泥浆液；
(8) 开环注浆：将注浆器下至需要注浆的孔段，启动注浆泵，压送清水，在此过程中压力逐步提高，直到冲开橡胶袖阀及所对应位置的套壳，压力回落后，泵送水泥浆液，一直注浆到设计规定的压力并稳定；
(9) 连续开环注浆：根据设计要求在需要注浆的部位逐步开环注浆；
(10) 做好记录，清洗管路；
袖阀管注浆主要适用于土洞、充填溶洞及淤泥质土的注浆，特点是能通过止浆塞将浆液限定在一定的部位进行灌注，以达到分层注浆的效果；此法不适合连续联通溶洞注浆。
7 结束语
总之，地铁隧道溶洞处理，是一项系统工程，要想处理好溶洞，必须在工程施工的不同阶段分别做好相应的工作。
工程开工初期，要充分熟悉施工图纸，掌握隧道周边围岩状况及溶洞的分布情况，编制好溶洞处理专项施工方案及涌水涌泥等应急预案；
隧道开挖过程中，要充分利用现有地质预报技术，对前方地质情况作进一步的探测，做到心中有数，提前处理；目前所用各种地质预报手段都有其局限性，为此，不但需要在设计阶段加强地质调查和勘察工作，而且施工前要有针对性的详细补充勘察，以求地质预报资料的准确。
施工穿过溶洞过程中直到二次衬砌施工完毕期间，要做好溶洞地段对应地面的监控量测，及时分析监测结果，必要时进一步采取有效措施，控制地表沉降。
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