地铁溶洞处理技术总结

加密钻孔平面布置示意图
填充物
⑴ 灌浆方法及工艺
① 灌浆法的加固机理：对溶洞中的粘土、砂和碎石 等，浆液是通过渗透作用板结砂和碎石的；对于溶 洞中的粘土、砂等，浆液是通过劈裂、挤密作用加 固土体；对于无填充物和半填充溶洞的空间，浆液 是通过充填作用填满溶洞的。浆液在充填物的渗透 扩散方向是往小主应力面方向，浆液固化后，小主 应力面得到加固，而原次小主应力面变成小主应力 面。这样反复不断的，渗透、挤密和加固溶洞，从 而提高溶洞中充填物的强度。
地铁溶洞处理技术总结
——广州地铁三号线北延段 【高增—人和】盾构区间驻地监理部
一、前言
溶洞是石灰岩的节理裂隙经流水的溶蚀作用，经过百万年、几百万年或 者更久远的时间不断地溶蚀发育所形成的洞。同样是流水溶蚀形成的由 于其形态不同而有的叫溶穴，溶沟或溶槽等。
由于地壳的升降运动，现在的溶洞、溶穴和溶沟有的出现在山上，有的 埋藏于地下。现在埋藏在地下的是由于该地段或称地块在不断的下降， 致使在岩面上沉积了河、湖相的冲（洪）积层——第四系砂、土层。
二、岩溶处理方案
1、溶洞处理的原则 ⑴ 溶洞处理采用地面上加固的方法，即溶洞处理+
岩面注浆。 ⑵ 溶洞处理钻孔要钻到溶洞底部，由底部向上进行
溶洞加固，岩面注浆钻孔要进入岩面0.5米后开始注 浆。 ⑶ 溶洞处理利用加密注浆孔进行。 ⑷ 重点对隧道一定影响范围内的溶（土）洞填充物 进行处理。 ⑸ 溶洞处理效果要通过控制参数和抽芯试验确定。
e、每个注浆孔每米的灌浆量初步按8.0立方米考虑。 实际灌浆参数根据现场实验确定。对于溶洞水有流 动性时，周边孔应在浆液中加入速凝剂或采用水泥 -水玻璃双液浆，浓度Be＝30～40。
⑵ 灌浆设备
①采用BW-150型注浆机，设置回浆管路和溢 流阀，在设计范围内可调节注浆压力，当工 作压力超过设计压力时，溢流阀会自动开启， 油缸停止工作，起到安全保护作用。
② 灌浆采用袖阀管(PVC花管)注浆，袖阀 管采用φ48mm PVC管，袖阀管下到溶洞底 面，在溶洞段的管壁上钻花眼φ6@300作为 出浆孔，外包橡皮箍作为单向阀。对于高 度0～2m的溶洞，把送浆管直接连通花管， 对溶洞内的充填物进行压力注浆；对于高 度2m以上的溶洞，在袖阀管内下入双塞芯 管，对溶洞内的充填物分层进行压力注浆， 分层厚度为0.5～1.0m。
③ 单液浆（水泥浆）设计配比参数：
a、注浆压力0.2～1.5MPa；注浆压力从0.4 MPa逐 步提高，达到注浆终压1.2MPa并继续注浆10min 以上；
b、水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥；水灰比= 0.5： 1～1：1；
c、注浆速度：30～70L/min；
d、注浆扩散半径设计为1.5m；
B、半填充、未填充溶洞处理 采用吹砂夹石+灌浆的方法。对于溶洞高度大于2m，
且少填充的情况采用吹砂夹石回填，然后静压灌浆 的方法。对于溶洞高度小于2m，且半填充或未填充 时采用水泥浆直接填充，见图2。吹砂夹石施工工 艺如下： 选择探到有溶洞的钻孔，放入钢套管并固定，将注 砂管（采用喷射混凝土用的黑皮胶管）放至溶洞上， 在注浆前灌砂。用高压风机将干砂压入，为防止洞 内高压阻止灌砂，利用其它钻孔作为减压孔，待达 到计算的填充体积，压力稳定时，即可停止。或采 用石料充填，钻大直径钻孔，下入钢套管护壁，然 后直接从孔口投入小石料充填溶洞。对于小于2m的 溶洞直接灌入水泥浆进行回填。 溶洞填充物填满后采用静压化学灌浆法，与全填充 溶洞处理方法相同。
土洞是埋藏在岩溶地区可溶性岩层上覆土层里的空洞。当上覆有适宜被 冲蚀的土体，其下又有排泄，储存冲蚀物的通道和空间，经地表水往下 渗透或地下水位在岩土层交界附近做频繁升降，由于水对土层的潜蚀作 用所产生的洞称为土洞。土洞继续发展，会造成地表塌陷。土洞的生成、 发育与岩溶的发育和上覆土层的土质、厚度以及地下水的活动等因素密 切相关。
图2 大体积半填充、未填充溶洞注浆加固图
溶洞边线
填充物
溶洞
1
钻孔兼注浆孔 地面
加密注浆孔 钻孔兼注浆孔
（静压化学灌浆）
钻孔、吹砂夹石
注浆孔（静压化学灌浆） 投料孔
注浆孔（静压化学灌浆） 排气孔
溶洞 Ⅰ区
填充物
溶洞边线 半填充溶洞平面示意图
溶洞
溶洞边界
填充浆孔) 填充物
因溶洞的不规则性，决定了其处理的最有效 和比较经济的方法是灌浆法、回填砂及碎石 等综合施工方法。
3.1、岩溶处理方法
A、全填充溶洞处理 全填充溶洞处理的原理是：通过高压注浆，
使填充物被压溃、劈裂、挤压、水化、置 换等物理填充和化学填充，达到封堵溶缝 隔断水源，并将填充物转变为具有一定强 度的结石体或硬塑状土。具体加固方法见 图1。
由于溶洞处理费用很高，对于一般的建构（筑）物不考虑对溶洞进行处 理，基础可采用桩基础形式，将桩的底端进入到岩面或者穿过溶洞进入 到溶洞底板作为桩的持力层；而地铁是修建在地下的结构物，当隧道底 有溶洞而地基承载力不能满足要求时，则必须对其进行处理。隧道有其 特殊性，考虑施工条件和经济的合理性等，难以采用钻孔桩、冲孔桩、 沉管灌注桩来支撑隧道的管片，可以对溶洞进行填充处理提高地基的承 载力或增加溶洞顶板的厚度来保证地铁施工和运营的安全需要。
图1 全填充溶洞注浆加固图
溶洞边线 溶洞
填充物
1
钻孔兼注浆孔 （静压化学灌浆）
加密注浆孔钻孔兼注浆孔 （静压化学灌浆）
地面
加密注浆孔
钻孔兼注浆孔 （静压化学灌浆）
溶洞
溶洞
填充物
溶洞边线
Ⅱ区
全填充溶洞平面示意图
1
溶洞假定边界线
溶洞
加密钻孔注浆 填充物
填充物
溶洞边线 1-1剖面图
填充物
加密钻孔平面布置示意图
2、溶洞是否需要处理的判定
溶洞不是全部进行处理，而是针对溶洞与隧 道的位置关系，对隧道周边一定范围内的溶 洞进行处理：
隧道结构底板下5m内（隧道底板到溶洞顶板 的距离不计沙层的厚度）和结构边线外5m之 内的溶洞。
为确保施工和使用安全的其他要求。
3、岩溶处理方法
溶洞处理方法主要三种：岩面注浆、吹砂夹 石、注浆。