广东华隧建设集团股份有限公司 510228
摘要：地铁工程采用盾构法施工，受前期地质勘探资料不精确、地质突变频繁等影响，当在灰岩发育地层中掘进时，盾构机会面临盾构“栽头”、“陷落”、地表沉降过大，甚至坍塌等风险。当盾构突遇溶洞且引发地面险沉降、坍塌等险情时，为确保施工安全，可采用WSS注浆工艺，快速进行填充加固处理。
关键词：地铁 盾构施工 溶洞 WSS注浆
引言：随着国内经济快速发展，城市建设日益繁荣。近几年，全国各大中型城市地下工程建设如火如荼。在某隧道建设中使用的是泥水平衡型盾构机进行盾构施工，地质为灰岩发育地层，周边交通复杂，难以全面进行勘察。在某一区段施工中，突遇地下未探明溶洞，导致地表小范围塌陷，需采用一种及时快速的应急处置方案尽快处理。
1、盾构施工突遇地下小型溶洞，地面塌陷
盾构正常掘进过程中，地面突然发生小范围塌陷，引起市政路边一层商铺发生倾斜、坍塌。现场塌陷面积约70m2，地面塌陷深度最大为1m，塌陷区位于正在施工的隧道上方，覆土层厚度为13m。
2、及时交通疏解
地面塌陷事故发生后，必须以确保人员安全为首要原则，第一时间及时疏解现场行人车辆，避免人员伤害。应采用临时水马、铁马等临时围蔽，对塌陷区进行围蔽，同时拉设警示带和警示灯，安排专人现场疏解行人及车辆。安排专人负责对附近居民、行人、新闻媒体等相关部门进行解释沟通，通过点对点协调、面对面接触，认真落实处理，避免出现维稳矛盾。
3、盾构停止掘进，进行停机保压
发生地面塌陷后，应马上停止掘进施工，进行停机保压。根据盾构隧道覆土地层及其厚度，为保证盾构机刀盘前方掌子面的稳定以及防止地面冒浆，合理设定盾构机保压压力，定期低转速转动刀盘防止裹住刀盘，安排专人观察记录切口压力和姿态变化。往土仓及筒体径向孔内注入膨润土浆液，浆液在高渗透地层中形成细小泥膜，防止土仓泥浆流失过大扰动地层引起二次塌陷。
4、清理路面建构筑物及塌陷区回填
针对塌陷区上方的建构筑物，已随着地面沉降而开裂、倾斜，需及时拆除处理，塌陷区临近的大树、路灯等，为防止其倾倒伤人，应及时迁移，若无法迁移则采取有限支护手段，如增加三角斜撑等。清理完成塌陷区的建构筑物后，及时回填砂浆或混凝土，平整地面，以便进行下一步加固施工。
5、管线保护
因地铁工程处于市政路面下施工，地下管线复杂。当出现险情，需马上联系当地相关部门进场辨认塌陷区域地下管线分布情况，同时委托专业物探队伍进场，对该区进行全面勘察。经探查，塌陷区存在通讯管线群、煤气管线、自来水等市政管线。对相关管线采取隔离或支护措施，做好标志，避免后续溶洞处置施工时引发管线破坏事故。
6、监测
事故发生后，对塌陷位置周边的建构筑物及地面进行了布点监测，通过各监测点沉降监测数据，判断临近地面及各建构筑物沉降是否稳定，以采取进一步隔离疏散措施。盾构突遇溶洞，引发的塌陷区大体呈现漏斗形，在溶洞区水土流失的作用下，以一个中心点向周边辐射扩散，在塌陷中心点沉降最大，周边逐渐变小，直接脱离影响范围。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
7、地质补充勘察及坍陷原因分析
前期工作完成后，对塌陷区周边位置补充进行了钻探补勘，探明该区及前方线路范围内的地质情况，明确溶洞影响范围。通过结合既有地质资料，该区域属于岩溶发育地区，岩面起伏变化快，溶洞分布无规律，对塌陷区域进行补充勘察时，揭露有串珠状溶洞分布。盾构隧道当时位于淤泥质土、炭质灰岩上软下硬地层中掘进，下部灰岩中溶洞发育程度高，分布杂乱无规律，且隧道路径处于交通要道上方，交通疏解困难，未进行补勘及相关溶洞处理。在盾构掘进过程中遇到溶洞，顶部岩土体应力平衡状态被打破，上覆土层的松散回填物及淤泥塌陷回填至溶洞内，进而引起地面突然塌陷。
8、采用WSS无收缩注浆工法进行快速处理
根据塌陷区补勘情况，塌陷区前方区域洞身范围内存在较大的溶洞，盾构机在塌陷区停机保压，需保证切口水压稳定，避免进一步塌陷。经过对比，决定采用WSS注浆工艺对现场坍陷区溶洞进行快速注浆加固处理。
WSS 是中文无收缩双液注浆的拼音缩写。关键技术是采用二重管钻机钻孔至预定深度后，采用一台同步双液注浆机注浆。本次应急处置工作采用浆液为即A液（水泥浆）、B 液（水玻璃），A 液与B 液通过二重管端头的浆液混合器充分混合分别合成AB 液（水玻璃与水泥浆混合液）。其方法是在不改变地层组成的情况下，利用混合液使该土层粘结力、内磨擦角增大，从而使地层粘结强度及密实度增加，起到加固作用；颗粒间隙中充满了不流动而且固结的浆液后，使土层透水性降低，而形成相对隔水层。
盾构机前方存在较大溶土洞，先在前方线路两侧前方采用WSS单双液浆交替跳打注浆的方式进行封边，边界封闭完成后，内部区域填充单液浆。一般采用梅花型2×2m或1.5×1.5m布置孔位进行注浆，同时下钻注浆点需避开地表管线灵活调整。为避免后续盾构机通过时塌陷现象再次出现，同时对盾构机以上地层进行注浆加固，加固深度为地下2m起，直至溶洞底。
本次WSS注浆参数设定过程如下：
（1）配比控制
溶洞处理和WSS注浆隧道地层加固参数如下，A液水泥浆水灰比一般为1：1，双液浆体积比约为10：1，初凝时间控制在：25-30S，注浆压力0.5MPa。
A液（水泥浆）和B液（水玻璃）注浆时采用电子监控手段实施定向、定量、定压注浆，使岩土层的空隙或孔隙间充满浆液并固化，以达到改变岩土层性状的目的。因WSS注浆机采用两条管同步注浆，流量基本为1：1，因此需对水玻璃进行稀释后，再与水泥浆同步喷射至地下混合，达到控制水泥浆和水玻璃配比，从而控制初凝时间的目的。在现场施工时，经过试验调配，水泥浆的水灰比为1：1。水玻璃与水体积按照1：3混合成水玻璃稀释液后，再以V（水泥浆）：V（水玻璃稀释液）=1：1进行喷射注浆。经现场试验该配比下混合浆液的初凝时间为30s。
（2）压力控制
在注双液浆液过程，在溶洞范围内，注浆压力按0.5MPa控制，一旦达到0.5MPa即提杆0.5m；当提升至溶洞上方后，主要目的为加固盾体上方地层，压力控制为0.4~0.5MPa，且适当增加每次提杆高度。注浆过程地面隆起将逐渐明显，应根据现场实际情况，适当降低注浆压力，加快提升速度。
9、盾构掘恢复进
塌陷区前方加固完成后，对加固体凝固效果进行分析，一般注浆结束后5~7天即可初步达到填充加固效果，可尝试恢复掘进，尽快使向前掘进盾构机脱离溶洞塌陷区。针对盾构前方地层继续加密进行地质补勘，探明溶洞分布情况后，马上进行预注浆处理后方可允许盾构通过，保证安全。
结语
在地铁盾构隧道工程施工中，针对复杂的地质尤其是岩溶发育地区岩面变化大的地层，要加强对开挖面地层的分析和预测，同时对盾构掘进施工过程中的渣样进行分析判断，以便掌握真实的地质资料，进行必要的加密补勘，对不良地质要充分分析其对施工可能产生的影响，并采取有针对性的处理措施；在岩溶地区盾构掘进施工过程中，需进行精细化、信息化管理，严格控制好盾构掘进参数，尤其是切口水压以及注浆量的控制，安排人员加强巡线工作及测量监测工作，一旦出现异常情况需及时采取有效的技术措施，避免出现塌陷等事件。
参考文献
[1]潘振学.WSS工法灌浆技术在市政地下软土地层强化止水工程中应用?《科技创新导报》2014（18）
[2]费有恒.?WSS无收缩注浆工法及应用.《城市建设理论研究》2014（17）
[3]刘守文 WSS工法注浆技术在地铁施工中的应用《河南科技》 2014年20期
论文作者:庞剑东
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年20期
论文发表时间:2020/1/7
标签：盾构论文; 溶洞论文; 注浆论文; 地层论文; 水泥浆论文; 水玻璃论文; 浆液论文; 《建筑学研究前沿》2019年20期论文;