浅谈袖阀管注浆在石灰岩地区溶洞处理的应用

魏敏志

（广东省地质物探工程勘察院，广东广州510800）

1 概述

在石灰岩地区，建设地铁工程、机场、隧道等工程项目，由于溶洞、土洞的发育，无论是桩基施工的环节，或是地铁的盾构施工，常常因岩溶的发育，容易导致工程质量事故，甚至在施工过程中发生地面塌陷，引发安全事故。有些工程项目，由于对岩溶的忽视，导致在施工过程中发生质量问题，造成经济财产及生命的重大损失。由于岩溶的复杂，因溶洞处理不当导致的工程事故屡屡发生，因此，如何对溶洞、土洞进行堵漏，如何选取既经济又有效的方法，已成为岩土工程界共同关注的重要问题。

近些年来，笔者在岩溶地区进行注浆施工，积累了丰富的施工经验，在实际的工作中，对注浆的方法、工艺不断改进，溶洞注浆处理的技术较为成熟，注浆处理后，能有效解决岩溶引发的危害，又选用较为经济实用的方法。

本文介绍笔者在广州新白云机场T3站袖阀管注浆工程的实例，阐述其注浆方法、注浆工艺，对不同的岩溶情况提出合理的处理措施，遵循经济、实用、有效的原则，解决了溶洞的填堵工作，所取得的工程经验，可为同行在遇到此类问题时参考。

2 工程实例

2.1 工程概况

珠三角城际轨道交通新塘经白云机场至广州北站项目T3站位于远期规划白云机场第三航站楼内，现状站址与机场东南侧排洪渠小角度相交，东侧为芳华公路。站中心里程为右DK56+426.00，车站为地下二层岛式站台车站，全长315.8m，标准段宽为23.50m，车站基坑开挖深度为18.76～21.72m。站前采用明挖，周边环境复杂，围护结构采用地下连续墙，地下连续墙的持力层采用下伏微风化灰岩。由于T3站岩溶发育，如未对溶洞做好处理，将有可能会导致地下连续墙施工过程中产生严重漏浆，以及轨道交通运营期间产生安全隐患，甚至产生地面塌陷的危害。岩溶潜在的危害大，危险性大，对整个项目建设的影响极大，必须做好溶洞的填堵处理。为确保地下连续墙的施工质量及施工安全、明挖段开挖后不漏水,轨道交通的安全，需先对地下连续墙范围、站前轨道交通区间范围的岩溶区域进行注浆工作，注浆处理的深度范围为围护结构（连续墙）嵌岩端以下5m及明挖基坑底板以下5m。

2.2 工程地质条件

车站范围内自上而下主要有素填土、粉细砂、河湖相沉积淤泥、砾砂、粉质粘土、微风化灰岩，其中以冲洪积砂层、河湖相沉积淤泥质土为主。底板位于河湖相沉积淤泥、砾砂、粉质粘土上，部分位于微风化灰岩及溶洞上。依据勘察资料，下伏灰岩岩溶极发育。

2.3 采用的注浆方法

设计要求溶洞注浆后,充填溶洞的水泥浆体，其胶结强度大于0.2MPa或标贯击数大于10击,并且在明挖段开挖后,不漏水。如果采用高压旋喷，注浆的效果虽好，但由于压力大，水泥扩散范围广，导致水泥用量大，费用较高，根据溶洞所处的深度、地层条件和现场实际条件，本工程的溶洞处理，均采用钻孔埋设袖阀管注浆的方法进行处理。在溶洞范围内，压入水泥浆液，使溶洞充填满，并确保充填的水泥浆凝固后具有一定的强度，达到处理溶洞的目的。

2.3.1 施工工序

机械设备进场—材料进场—测量放线—钻孔成孔、洗孔—埋设袖阀管—溶洞灌水泥浆—质量检验。

2.3.2 钻孔

根据超前钻探资料，对于揭露有溶洞的范围，有针对性地布设钻孔。布设2排钻孔，按菱形布设，孔距2m×2m，对于个别较大的溶洞，则按岩溶发育情况适当增加钻孔。采用XY-100型钻机成孔，钻孔直径为91mm，详细查明溶（土）洞的大小、位置、深度及充填物状况。依此原则，在溶洞区域共布设了267个钻孔。共有142个孔揭露有溶洞，溶洞主要为空洞，部分充填有流塑状粘性土，溶洞埋深15.70～39.50m，洞高最高达13.10m，平均洞高0.90m。岩溶极发育，部分地段为多层溶洞，呈串珠状，经计算，需进行注浆处理的溶洞面积约500m2，溶洞体积约450m3。

2.3.3 下注浆管

根据溶洞钻孔取芯情况，在溶（土）洞顶板以上的部位用实管，在溶（土）洞范围内使用花管，注浆管底部加下闷盖。溶洞注浆管下至溶洞底20～30cm。将实、花管根据要求连接后，在管内注满清水检查密封性能。下管后在孔壁间隙靠近地面1～2m范围内充填水泥砂浆封孔。

2.3.4 注浆浆液类型

根据注浆钻孔柱状图估计注浆浆液的体积，搅拌筒最大容量为6m3，在搅拌桶按设计水灰比配制浆液，搅拌均匀后倒入储浆池内备用。

溶洞区域边界范围的孔注纯水泥浆+水玻璃双液浆，溶洞区域中间范围注纯水泥浆，各种浆液配比拟定为：

水泥浆：水∶水泥=1∶1，水∶水泥=1.2∶1，水∶水泥=1.4∶1三种。

水灰比1∶1水泥浆比重为1.5t/m3，水灰比1.2∶1水泥浆比重1.44t/m3，水灰比1.4∶1水泥浆比重1.39t/m3。

双液浆：水泥浆水灰比为1∶1，玻璃浓度约为35Be（密度为1.32t/m3），水泥浆∶水玻璃=1∶（0.5～0.8）（体积比）。

在注浆时，先进行试验，来确定合适的浆液配比。并且在注浆过程中，依据注浆的实际情况进行调整。

2.3.5 注浆孔及注浆浆液选择

在注浆的过程中,根据溶洞的实际情况,采用不同类型的浆液进行注浆填充。并根据埋设袖阀管的钻孔情况,按先后顺序进行注浆。第一步,先在溶洞区域边界的孔采用双液浆注浆，水泥浆水灰比=1∶1，水玻璃浓度35Be，水泥浆∶水玻璃=1∶（0.5～0.8）（体积比）进行注浆，双液浆采用48mm袖阀管注浆。注浆前现场进行水玻璃与水泥浆配比试验，确定凝结时间，选凝结时间在45～60s间的配比进行注浆。注浆过程中详细记录注浆时间、注浆压力及注浆量。第二步,在溶洞区域中间范围的钻孔进行水泥浆注浆，水泥浆采用48mm袖阀管注浆。水灰比可根据注浆的情况来调整,主要采用水灰比为1∶1、1.2∶1、1.4∶1的水泥浆进行注浆，注浆过程中详细记录注浆时间、注浆压力及注浆量。

2.3.6 注浆压力控制

开注前先行注水试验，以检查注浆管路是否正常和判断地层的吸浆能力等，并防止堵管；水泥浆采用BW-150型注浆机，双液浆注浆采用2台BW-150型注浆机一起注浆。

为取得较好的注浆效果，以相对小压力、多次数、较大量来控制；压力0.2～0.8MPa，注浆速度30～70L/min，多次注浆，每次注浆间隔时间为6～10h，最后注浆压力达到0.8MPa，稳压10min可终止注浆。且进浆速度小于开始进浆速度的1/4。

注浆过程中，观察周边情况，检查是否存在漏浆、窜浆、跑浆等情况，如有异常，随时停止注浆。

对于注浆压力的控制应注意以下情况：

（1）溶洞区域边界附近的孔采用双液浆注浆时，初期采用小压力注浆慢速注浆，并采用间歇往复注浆，以有效控制浆液流失。

（2）溶洞区域中间的孔主要以压力控制终孔，灌止注浆压力后稳定10min为止。若孔内注浆量已达到设计值但注浆压力仍无明显上升时，停注一段时间待浆液初步凝固后再次注浆直至满足设计终注压力。注浆施工的操作方法为：

①注浆方式采取后退式分段注浆工艺，即在注浆带内由孔底自下而上进行注浆，每次注浆段长0.4m，注完第一段浆段后，上提注浆芯管，进行第二注浆段注浆施工。

②在芯管拔出长度大于一节管长时，停注拆取该节芯管及接头，将接头接在未拔出的芯管上继续注浆，依此进行直至完成注浆。

③注浆过程中如需暂停注浆时，必须先将水泥浆管拿出放入清水桶中，并同时将注浆芯管提升0.4m，向孔内注清水后再停止注浆，这样既保持管路畅通，又保证注浆不受注水影响。

④对于双液注浆，需暂停注浆时或每次注浆完成前，改用单液浆注浆1min，提出注浆芯管后，用钢管插入注浆管底部用清水由下至上冲洗注浆管，单液浆则直接停注后进行冲洗，并在管顶盖上闷盖。

3 注浆的难点及应对方法措施

正常的情况下，可按上述的施工工艺进行注浆。在注浆施工过程中，会出现一些异常的情况。主要有以下一些难点：

（1）由于有些溶洞的体积较大，连通性好，出现灌浆段注入量大，灌浆难以结束，可选用的处理措施有：低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆；浆液中掺加速凝剂，或采取双液注浆；灌注稳定浆液或混合浆液。

（2）注浆工作必须连续进行，若因故中断，可按照下述原则进行处理：应及早恢复灌浆，否则应立即冲洗袖阀管，而后恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效，则应进行扫孔，而后恢复灌浆。恢复灌浆时，应使用开灌比级的水泥浆进行灌注。如注入率与中断前的相近，即可改用中断前比级的水泥浆继续灌注；如注入率较中断前的减少较多，则浆液应逐级加浓继续灌注。恢复灌浆后，如注入率较中断前的减少很多，且在短时间内停止吸浆，应采取补救措施。

（3）灌浆过程中如回浆变浓，宜换用相同水灰比的新浆进行灌注，若效果不明显，延续灌注30min，即可停止灌注。

（4）灌浆过程中，发现冒浆、漏浆，则应根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等方法进行处理。

4 检验情况

本项目由于选用的施工工艺较合理，注入水泥浆量达1160m3，比理论设计注浆量多了近100m3。按设计要求，采用了钻芯法进行检测，以及对溶洞注浆体采用标准贯入试验，并进行了简易压水试验。

据检测成果，共完成钻芯法钻孔21个，溶洞均被充填，充填物为水泥土结石或原溶洞充填物和水泥土的混合物。在所取的水泥土芯样抗压强度值为0.80～15.0MPa，均大于设计要求的0.2MPa；在13个孔进行标贯试验，其试验击数为14～65击，均大于设计要求的10击，满足设计要求；在6个钻孔进行简易压水试验，其单位吸水量为0.0483～0.0812L/(min·m·m)，均小于0.42L/(min·m·m)，满足设计要求。经车站明挖验证，车站基坑没有漏水现象，本次溶洞灌浆处理效果较好，达到预期工程目的。

5 结论

通过工程实践，可得到如下结论：

（1）采用袖阀管注浆方法，可较好地进行溶洞处理。注浆后的水泥土强度可达0.5MPa以上。注浆效果较好，该工法可广泛用于石灰岩地区的溶洞处理。

（2）袖阀管注浆方法能进行定深、定量、分序、分段、重复注浆，压密浆法与渗入注浆法的优点。对比高压旋喷注浆，该方法较经济实用。

（3）为了取得较好的注浆效果，需合适地选取注浆压力、水灰比等有关参数，注浆施工过程应做好相应的施工记录，对钻孔深度、每轮次注浆压力、每轮次注浆量、每轮次注浆时间和总注浆量等参数进行详细记录。及时整理资料，经常分析对比相邻注浆孔和相邻排注浆孔的注浆流量、注浆压力和注浆量等参数，根据各参数的变化情况估计注浆效果。对注浆过程中存在的问题，及时进行分析处理。

[1] 国家标准.JGJ79-2012建筑地基处理技术规范[S].

[2] 广东省标准.DBJ15-38-2005建筑地基处理技术规范[S].

[3] 中铁十九局集团有限公司.广东珠三角城际轨道交通工程注浆管理办法[S].