張劍輝

摘要：廣州市軌道交通八號線北延段平沙站地層主要是微風化灰?guī)r或碎屑基巖，其中的溶洞均較發(fā)育，對車站施工和將來地鐵運營的安全帶來一定的風險，需對溶洞進行處理。根據設計要求，灌注水泥砂漿是溶洞處理的重要方法之一。但在實際施工中，灌注單液漿、雙液漿來處理的方法較多，而采用水泥砂漿灌注處理的工法并不多見。本文針對洞高大于3 m的溶洞采用直徑200mm的灌漿孔進行水泥砂漿灌注處理的工法，進行了階段性總結。

關鍵詞：地鐵車站;溶洞處理;灌注水泥砂漿

一、工程概況

廣州市軌道交通八號線北延段施工6標平沙站，全長231m，標準段寬20.1m，覆土3m，底板標準段埋深16.41m。 平沙站地質情況從上至下依次為：人工雜填土、淤泥、粉細砂、中粗砂、礫砂、粉質粘土、殘積土層、灰?guī)r微風化巖。根據“一槽兩鉆”與地質詳勘報告，地質剖面情況（節(jié)選D33—D34槽段）如下所示。同時，車站的地下水位較淺，穩(wěn)定水位線埋深約0.9—6.7 m，標高為 1.5—7.3m。地下水存在于松散層孔隙水（主要在沖積砂層）和基巖裂隙水（主要在碎屑巖的強、中風化帶）中。

根據地質鉆孔揭露，車站灰?guī)r為可溶性巖石，其微風化層存在大量溶洞，一旦溶洞周邊水土體的流失，造成失穩(wěn)會導致地面沉降和塌陷。為減少圍護結構在施工時發(fā)生坍塌的風險，預防溶土洞在地下水作用下迅速發(fā)展的風險，減少后期運營的風險，必須對溶洞加以處理。

二、溶洞處理原則、范圍及措施

（一）處理原則

遵循巖溶處理、基底處理、圍護結構、主體結構、抗浮方案、施工期涌水及運營風險防治方案等多方面協(xié)調統(tǒng)一考慮的原則，對工程影響范圍內的非全填充溶洞均應處理。

（二） 處理范圍

對于圍護結構連續(xù)墻底標高以下3 m范圍的、基坑底板以下2 m范圍的所有溶洞均應處理。

（三）處理措施

溶洞采用壓力注漿的方法進行處理，注漿壓力從低到高，間歇、反復壓漿。注漿液體分為單液漿、雙液漿及水泥砂漿。

三、灌注水泥砂漿工法

（一）選擇溶洞

根據一槽兩鉆的地質資料，選取在基坑東側的D33-D34槽段位置進行該溶洞的水泥砂漿灌注，此溶洞相對位置遠離交通道路，影響較小;同時，經過槽段周邊的探邊鉆孔得知，此溶洞較大，包絡圖容積約為1300m3。該位置一槽兩鉆D33-D34的鉆孔施工記錄綜上可知，該溶洞平均高度7～8米，為大溶洞，呈少量砂粒及粉質粘土填充狀態(tài)。

（二） 機具準備

本次試驗需用到的機械設備詳見下表，施工前確保各機械運作正常。

（三）材料準備

水泥砂漿根據設計圖紙要求的配合比，采用攪拌站供應的M5水泥砂漿;水泥砂漿配比為：水泥：砂：水=1：6：1.1，水泥強度等級采用425R。

（四）監(jiān)測布點

為確保施工安全，控制施工風險，對該位置進行地面沉降點的布置，監(jiān)測點采用沒有下管的靠近試驗孔的探邊鉆孔打入1m螺紋鋼筋，頂部齊平地面。施工前先測得初始值。具體監(jiān)測：鉆孔成孔前監(jiān)測一次作為初始值，成孔完成后監(jiān)測一次與初始值對比，灌漿完成后再繼續(xù)監(jiān)測，連續(xù)3天監(jiān)測數據穩(wěn)定后停止監(jiān)測，同時對整個施工過程中進行加密監(jiān)測，將監(jiān)測數據信息及時反饋，指導施工。

（五）施工流程

1、布孔

布孔原則是每組灌砂漿孔成孔兩個。根據探孔資料，選取溶洞最高處布一個孔作為主灌漿孔，另選一個作為主排氣孔及副灌孔（二次灌漿孔），二洞間距約為1000mm。如果溶洞范圍大，需多管多點施工灌漿，則每組砂漿孔間距不超過4m，可根據溶洞大小適當調整。

2、成孔

采用螺旋空壓機鉆200mm孔徑，鉆至溶洞底0.5mm為止。具體工法：履帶式錨固鉆機通過60mm鉆桿鋼管與135mm的鉆頭相聯(lián)，由電機帶動液壓動力，使鉆桿轉動、向下進尺，同時，12 m?的空壓機提供氣壓動力，高壓氣通過鉆桿內空作用于鉆頭，使鉆頭工作。當有氣壓壓力時，鉆頭頭部會突出，與鋼管處呈陀螺狀鉸接，鉆頭呈陀螺狀搖動、鉆進可形成200mm左右直徑的孔;其中鉆頭面是凸齒磨牙狀，中心有兩個直徑約1cm的氣孔，同時對地層產生擾動、破碎壓力并能將渣土壓出鋼管外。由于鋼管鉆桿與周圍土層間始終存在氣壓力，來平衡土壓力并能密實部份土體，保證不會塌孔。

3、下套管

成空完畢后，中斷氣壓，利用液壓撤出鉆桿及鉆頭，埋設146mm孔徑的鋼套管于200mm孔中，作為護壁管及注漿管。埋設深度至溶洞中部（即洞高的一半），并用夾具固定防止掉落，同時管的上部預留足夠長度與混凝土泵車泵管連接。用同樣的方法埋設一條鋼套管深度至溶洞頂往下500mm的位置作為排氣孔和二次灌漿孔。

（六）灌注砂漿

采用泵送水泥砂漿。灌漿孔平面布置如上部灌漿管（146鋼管）與泵車管連接后，直接泵送水泥砂漿（M5）;在灌漿前，先對146管進行泵氣通管;為保持二次灌漿孔貫通，需間隔進行通氣防止堵塞。

（七）灌漿終止

觀察地面冒漿情況，泵車的灌砂漿壓力一般控制在3-5MPa，灌注不下即可終止。不可強行加大壓力，以免周圍空孔氣壓過大造成冒涌，瀉壓時造成塌孔塌方。第一次灌漿完成后，對二次灌漿孔繼續(xù)灌注水泥砂漿，作為第一次灌漿的補充，此時其它探邊孔可作為排氣孔。二次灌漿的終止，可以以第一次的灌漿孔反冒出砂漿為準。此時，可視為兩個灌漿孔都已填充滿了。

四、效果檢測

注漿效果檢驗，主要是檢查填充率及密實程度。

（一）密實程度檢驗

灌漿結束28天后進行了抽芯檢測。此特大溶洞檢測抽取了3個孔，發(fā)現砂漿樣品比較完整、不破碎，抗壓強度平均值為0.8MPa，而設計要求抗壓強度是不小于0.2MPa。表明砂漿固結狀態(tài)及效果較好;同時采用原位標準貫入試驗9次，實測擊數為13～23，平均值為17擊，設計要求是標貫擊數應不小于10擊，表明砂漿固結強度也達到合格。

（二）填充率檢驗

采用“二次壓漿”方法檢驗。針對灌注砂漿孔不再進行二次壓注砂漿，而是注水泥單液漿檢驗，壓力值很快穩(wěn)壓達到0.6MPa，證明此孔內灌注效果較理想。

五、技術及經濟效益總結

（一）本工法優(yōu)點

1、砂漿坍落度雖大，但其堆積率遠大于單純的水泥漿液，故填充密實度也相較水泥單液漿而言更好。

2、砂漿灌注后的固結強度一般而言，也大于單液漿的固結強度。

3、砂漿灌注的速率工效較快，一般一小時可灌注40～60m?，而單純水泥漿一般一小時20～30m?，二者存在明顯差別。

4、 由于砂漿是攪拌站供料，對于工程計量更加清楚直觀，可控性更強。本溶洞共計三組六個孔，灌注砂漿860m?，補充單液漿約250m?，相較包絡圖的1300m?，節(jié)約效果明顯。

（二）本工法缺點

1、本工法在鉆孔及灌漿施工過程中存在兩個不足：一是氣壓帶出渣土泥漿，四處飛濺，不利于文明施工;二是氣壓或泵送壓過大，對地下水及土層擾動較大時，易造成孔洞周圍甚至更大面積的路面塌陷，不利于安全施工。

2、砂漿遇到地下水豐富且流動性較大時，極易產生砂、漿分離現象，達不到固結強度。

參考文獻：

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[2]竺維彬、鞠世健等：《地鐵盾構施工風險源及典型事故的研究》，暨南大學出版社2009年版。