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摘要：武汉地铁6号线一期工程第八合同段红建路站地连墙底岩溶较发育，地下水位随季节变化特别是雨季，地下水上下波动急骤，在潜蚀、真空抽吸等作用下，易形成土洞，并发展成坍陷；或由于鹦鹉大道主干道行车等原因增加荷载而使溶洞顶板产生坍陷等。坍陷危及施工稳定，影响行车安全，需进行岩溶注浆加固处理。因此做好岩溶地区地基注浆加固工艺、质量控制、注浆效果是保证岩溶段地铁施工稳定的关键。
本文就武汉地铁6号线一期工程红建路站地连墙底加固处理最主要的一种方式岩溶注浆的施工技术进行简要总结。
关键词：岩溶注浆；施工技术；总结
其他国家以及湖北省有关规范、规程和规定
一、工程概况
1.1工程范围
武汉地铁6号线一期工程红建路站东、西侧地连墙底岩溶注浆段，设计灌浆337个孔位，施工灌浆孔位216个，二次灌浆孔30个，其中西侧施工灌浆孔位117个，东侧施工灌浆孔位99个，西侧二次灌浆孔位26个，东侧4个。
图1 红建路站灌浆孔布点图
1.2主要技术指标
工程类型：地铁车站地连墙底岩溶注浆；
灌浆目的：对地连墙墙底溶洞进行填充，防止砂石漏失；
孔位布置：沿地连墙布置，间距2m；根据现场实际情况进行加密；
钻孔深度：基岩以下15m
建议灌浆材料：水泥浆（水灰比=1：1）、双液浆（水泥浆：水玻璃=1：1）
灌浆压力：0.3-0.5Mpa
1.3地质情况
该段地质主要为岩溶灰岩上直接覆盖超过30m深的砂层，容易发生岩溶塌陷。
二、现场灌浆施工工艺
2.1传统施工工艺
传统注浆采用钻杆直接注浆或成孔后将钻杆拔出下一次性塑料管注浆、封孔施工工艺。
2.1.1传统施工工艺存在的风险
在现状地质情况下采用传统注浆施工工艺存在很大的施工风险：该工艺成孔后将砂层和溶洞连通，拔出钻杆后上层砂石将跟随钻孔通道进入溶洞，直接发生岩溶塌陷（容易发生岩溶塌陷的时间段为：钻孔完成拔出钻杆至注浆管到位前），造成人员、财产损失，甚至可能造成极大的社会影响。
2.1.2传统施工工艺存在的隐患
在现状地质情况下采用传统注浆施工工艺存在施工隐患，主要为：
1、施工中容易出现注浆不足或过量等情况。
注浆不足致使溶洞内无法填充到位，仍存在塌陷的风险；注浆过量致使浆液进入砂层（岩溶性灰岩上为30m覆盖层，25m为砂层），造成浪费，同时增加地连墙抓槽难度。
2、溶洞内灌浆无法持压
溶洞灌浆过程中无法持压，容易出现：1）溶洞底部无法填满；2）溶洞间通道无法填满。
2.2现场灌浆施工工艺的确定
在现状地质情况下，根据传统注浆工艺存在的风险及隐患，同时结合武汉地铁公司组织的多次专家会上，与会专家、领导提出的“传统注浆工艺能否满足如此特殊地质”的疑虑，在征询广大专家意见后，决定采取引进新工艺的方法进行红建路站岩溶灌浆施工。
引进的新工艺有：1）跟管施工工艺（跟管设备）；2）灌浆监控工艺（灌浆记录仪+止浆塞）。
2.2.1、试验孔施工过程中出现的异常情况
表1 试验孔施工出现的异常情况
2014年3月15至24日，现场进行的17、18、19号试验孔均存在钢套管无法拔出的情况；针对现场的施工工艺、施工的钢套管全部无法拔出的情况，邀请长科院专家到现场进行指导、并共同解决问题。根据专家在水利方面30余年的经验，从来未遇到过地质如此复杂的覆盖层，认为套管在30余米深的含水砂层中抱死、无法拔出是正常的。同时在业主、专家、监理、施工单位进行的开会讨论中，提出建议采取降水井成孔方式、外加PVC套管，减少钢套管在砂层中的深度来解决套管无法拔出的问题。根据开会讨论的结果，施工队伍采取普通降水井设备先行成孔至25m，下Φ200mmPVC套管，再在PVC套管内施工Φ140mm钢套管至岩面以下0.5m，钻杆钻至岩面以下15m进行岩溶注浆。在试验2个孔位证实该工艺能够解决问题的情况，项目部改进PVC管施工工艺，采用钻机进行钻孔，缩短施工时间，减小施工成本。
图4 PVC套管施工 图5 已经下好的PVC套管
2.2.2确定的现场施工工艺
现场钻孔、注浆施工工序为：钻孔布置→PVC套管钻孔施工→内钢套管钻孔施工→基岩钻孔、拔出→孔内止浆塞施工→灌浆流量仪记录注浆→封孔。钻孔注浆施工工艺如下图所示：
图6 钻孔注浆施工工艺图
具体工艺流程为：
1、钻孔布置：地连墙墙底钻孔、注浆采用跳槽式施工。
2、PVC套管施工：采用钻机将Φ250mm钻杆打至地面以下28m，将钻杆拔出，下入Φ200mmPVC套管（壁厚为6.2mm，4m/节，接头采用PVC管专用接头进行连接），PVC套管下入深度为25-28m。
3、内钢套管施工：PVC管下到位后，在PVC管内采用钻机将Φ146mm钢套管打至基岩面以下不小于0.5m，将钢套管留置在基岩中。
4、钻杆钻基岩、拔出：在钢套管内继续用钻机将Φ89mm钻杆打至基岩面以下15m（或底部溶洞下1m），将Φ89mm钻杆拔出。
5、孔内注浆止浆塞安装：1）分段式灌浆：将止浆塞沿着钻孔位置下入最底部溶洞上方约2m进行溶洞灌浆；2）全孔一次灌浆：钻探出来的溶洞间岩层小于2m，则直接下在岩层厚度超过2m的部位进行灌浆。
6、拌浆、制浆：现场设置集中拌浆系统，高速搅拌机每次拌浆量为0.4方，搅拌时间大于30s，拌浆采用1：1、0.8：1、0.6：1三种浆液，其中1：1的浆液拌制1.2方；0.8：1的浆液配置1.2方；之后所有的浆液都采用0.6：1。
7、灌浆流量仪记录注浆：连通注浆管，将注浆管道与流量仪进行连接好，开始灌浆，灌浆全部完成，拔出止浆塞，拔出钢套管。1）分段式灌浆：底部溶洞灌浆浆完成后，将止浆塞提至上部溶洞继续灌浆；2）全孔一次灌浆：无需上提止浆塞，直接灌浆终孔。
2.2.3引进新工艺的特点：
1）跟管施工工艺（设备）：跟管至岩层后，能够完全避免砂石漏失，基本消除了传统工艺在该地层中施工存在的风险。
2）灌浆监控工艺（灌浆记录仪+止浆塞）：通过灌浆记录仪+止浆塞实时监控施工过程中的进浆、返浆、压力等一系列施工参数、指标来判定是否达到终浆标准，能很好地解决注浆量的不足（无法有效填充溶洞、可能发生塌陷）、过量（浆液进入砂层后，造成浪费，同时增加成槽难度）、无法持压（溶洞内、溶洞间通道无法填满）等问题。
图8 注水止浆塞 图9 灌浆自动记录仪 图10 灌浆记录表
2.3终浆标准
通过专项方案评审会及试验段施工总结会，确定灌浆终浆标准：
1）在最大设计压力（0.5Mpa）下，灌浆孔段注入率不大于1.0L/min时，继续灌注30min后可结束灌浆作业；
2）邻孔有浓浆液返出，可结束灌浆作业；
3）若止浆塞压力达到10MPa以上时，仍有浓浆液从注浆孔套管内、外返出，可结束灌浆作业。
2.4主要灌浆设备、材料
2.4.1主要灌浆设备
地质跟管钻机：无锡安迈工程机械有限公司生产的NDL-150 型
灌浆机：宜昌黑旋风机械工程有限公司生产的SNS-10型
制浆机：宜昌黑旋风机械工程有限公司生产的NJ-250型
灌浆记录仪：武汉长江科学院生产的7型（1托2）型
2.4.2主要灌浆材料
灌浆采用的主要材料均经过试验检测合格，选用的主要材料有：
水泥：采用华新水泥厂生产的P.O42.5水泥；
水：采用武汉地下水。
根据现场制浆、无外加剂固体体积率、掺加外加剂的固体体积率等多项试验，采用的配合比如下：
表2 水泥浆配比参数
三、现场施工施工情况介绍
为达到最佳施工效果，找出最适合车站、区间岩溶灌浆的施工工艺，施工现场在灌浆试验段总结的基础上，确定了相关灌浆参数。详细情况如下所述：
表3 红建路站岩溶处理施工过程情况统计表（全部采用跟管设备）
1、未采用止浆塞+流量仪施工工艺，以理论注浆量控制终孔。
溶洞理论值计算方法：小于1.5m的，按照立方体计算，大于1.5m的，按照1.5*1.5*铅垂高度。
共有2个孔（统计表：序号1）按照该工艺进行灌浆施工，其中19号孔由于灌浆时间较长未达到终浆标准即结束灌浆。
根据试验段总结会地铁公司总工办、建总技术部、与会专家提出的要求，对未达到终将标准的孔位进行二次钻孔、注浆，达到终浆标准后终孔。
2、采用止浆塞+流量仪施工工艺，满足设计及规范要求的终浆要求（最大压力下，进浆流量小于1L/min、持续灌注30min结束灌浆）。
引进灌浆记录仪及止浆塞后，有87个孔（统计表：序号2）按照该工艺进行灌浆施工，均达到终浆标准（流量标准）后进行终孔。
图11 回浆管路回浆
3、采用止浆塞+流量仪施工工艺，未达到设计终浆标准，也未返浆，因注浆时间较长，结束注浆，采取二次灌浆方案处理。
共有22个孔（统计表：序号3）按照该工艺进行灌浆施工，均未达到终浆标准即结束灌浆。
根据试验段总结会地铁公司总工办、建总技术部、与会专家提出的要求，对未达到终将标准的孔位进行二次钻孔、注浆，达到终浆标准2后进行终孔。
4、采用止浆塞+流量仪施工工艺，孔口返浆（包括PVC外套管返浆、钢套管返浆）。
共有86个孔（统计表：序号4）按照该工艺进行灌浆施工，均达到终浆标准（孔口返浆）后进行终孔。
图14 PVC套管外返浆
图15 邻孔返浆 图16 邻孔返浆
5、采用止浆塞+流量仪施工工艺，邻孔返浆。
共有19个孔（统计表：序号5）按照该工艺进行灌浆施工，均达到终浆标准（邻孔返浆）后进行终孔。
表4 邻孔返浆统计表
其中最大邻孔返浆距离为51号、90号和181号孔，邻孔返浆距离为12m，其次为211号孔，返浆距离为10m，其余有5个孔位返浆距离为8m，3个孔位返浆距离为6m，7个孔位为4m左右。
四、钻孔检测情况
红建路站灌浆完成后，对东侧灌浆效果进行再次取芯检测，从取芯结果来判断，效果良好。取芯检测效果如下：
图17 176号孔取芯情况
图18 236号孔取芯情况
五、灌浆施工过程中出现的异常情况
表5 灌浆异常情况统计
1、钢套管无法拔出（灌浆过程持续时间过长）
施工中有6孔因为待凝时间过长或注浆时间过长，钢套管无法拔出。
图19 地连墙施工拔出的钢套管、止浆塞、注浆管
2、止浆塞无法拔出
施工中有4孔因为注浆时间过长、水泥浆已经凝固，注浆管及止浆塞无法拔出。
图20 止浆塞及注浆管道处理
六、地连墙施工情况
1、地连墙施工过程中均未出现液面下降的情况；
2、成槽时渣样中有明显的水泥固体和水泥状土；
3、成槽时砂层中未出现明显水泥浆。
现场初步判断：地连墙范围内溶洞填充情况较好，该种灌浆工艺能够满足溶洞填充的要求。
图21 开挖出的岩层及水泥浆固
图22 开挖出的岩层及水泥浆固体
七、现场注浆施工成果
1、确定施工工艺：
通过车站注浆施工，确定并验证了所采用的新设备、新工艺。同时根据采用降水井设备施工PVC套管的可行性进行施工优化，将NDL-150型钻机钻头进行加大，直接进行PVC套管施工钻孔得到应用。施工得出PVC套管+内钢套管+钻杆钻基岩、拔出+止浆塞+灌浆流量记录仪注浆的工艺成孔快，质量有保证。根据区间岩溶危害大、注浆处理面积较大的特点，该施工方法较适宜。
2、确定终浆标准
通过车站施工，确定灌浆终浆标准：1）在0.5Mpa压力下，灌浆孔段注入率不大于1.0L/min时，继续灌注30min后可结束灌浆作业；2）邻孔有浓浆液返出，可结束灌浆作业；3）若止浆塞压力达到10MPa以上时，仍有浓浆液从注浆孔套管内、外返出，可结束灌浆作业。
3、确定灌浆材料
通过车站，确定所采用的原材料基本能满足车站施工需要。
4、确定灌浆参数
1）灌浆水灰比：水泥浆采用1：1、0.8：1、0.6：1逐级变浆。其中1：1的浆液拌制1.2方；0.8：1的浆液配置1.2方；之后所有的浆液都采用0.6：1。
2）灌浆压力：采取表压力控制，表压力控制在0.5Mpa。
5、确定部分孔位需要二次或加密灌浆
通过车站灌浆，确定部分孔位需要二次或加密灌浆。需要二次或加密钻孔、灌浆的孔位主要集中在：灌浆量大、灌浆时间长的孔位、止浆塞无法拔出的孔位、灌浆久不终孔的孔位等。
6、确定机械、人员配备
通过车站施工，1台钻机必须配置3个钻头（Φ250mm，Φ140mm，Φ89mm），至少配置1套搅拌设备。每台钻机应配置4人/班，制浆、灌浆应配备4人/班，其中1人为指挥协调人员。
八、结束语
岩溶注浆加固处理地连墙底施工技术，已成为武汉轨道交通6号线汉阳段岩溶地区地基加固的主要措施之一，并被广泛推广使用。采用岩溶注浆加固的地段，经过对红建路站东侧注浆孔钻芯取样试验，能够取到水泥浆芯样，达到了设计要求的注浆效果。该技术设备采用电脑控制，操作方便，而且工效快，为快速、高效、优质地建设武汉轨道交通6号线提供了保证，有效地保证了地铁工程质量。
参考文献：
[1]《武汉市轨道交通6号线工程汉阳段Ⅱ标段红建路站～马鹦路站区间岩土工程勘察报告》（详勘）
[2]《武汉市轨道交通汉阳地区岩溶专项勘察报告-六号线前进村站至马鹦路站区段》（长江勘测规划设计研究有限责任公司，2012年10月）
[3]《武汉市轨道交通6号线一期工程红建路站主体围护结构施工图》
[4]《武汉轨道交通6号线一期工程红建路站及前进村站～红建路站～马鹦路站区间岩溶处理设计方案专家咨询意见》（2013年7月）
[5]相关技术标准和规范
《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》 （DL/T 5148-2001）
《建筑地基处理技术规范》 （JGJ79-2012）
《地下铁道工程施工及验收规范》 （GB50299-1999）（2003版）
《建筑地基基础施工质量验收规范》 （GB50202-2002）
《建筑基坑工程监测技术规范》 （GB50497-2009）
《湖北省地基基础设计规范》 （DB42/242-2003）
论文作者:陈大伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/15
标签：岩溶论文; 注浆论文; 套管论文; 溶洞论文; 钻孔论文; 浆液论文; 施工工艺论文; 《基层建设》2019年第18期论文;