常東明

（中交三航局交建工程分公司，上海 201900）

0 引言

注漿是一種能夠有效處理石灰?guī)r地區(qū)溶洞地層的方法，在實(shí)際應(yīng)用過程中，它主要是通過充填的方式構(gòu)造連續(xù)可靠的地質(zhì)層來達(dá)到鞏固地基穩(wěn)定、保障結(jié)構(gòu)安全的目的。工程實(shí)踐表明，注漿工藝的應(yīng)用能夠?qū)κ規(guī)r地區(qū)的溶洞進(jìn)行有效地處理，技術(shù)人員在傳統(tǒng)注漿施工原理的基礎(chǔ)上，研發(fā)了采用袖閥管注漿的施工工藝，對(duì)石灰?guī)r地區(qū)溶洞的處理更加高效且更具針對(duì)性。袖閥管注漿施工工藝與原有的注漿施工工藝相比，在工藝原理、原材料、機(jī)械設(shè)備等方面具有更加完善和成熟的管控體系，擁有定向、定量的處理特點(diǎn)，能夠及時(shí)處理和消除因溶洞發(fā)育給工程施工造成的影響，且在實(shí)際的應(yīng)用過程中不會(huì)盲目耗費(fèi)過多的經(jīng)濟(jì)成本，能夠成為石灰?guī)r地區(qū)工程項(xiàng)目開展溶洞處理的優(yōu)先選擇，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 工程概況及地質(zhì)條件

某地鐵車輛段位于廣州市白云區(qū)，功能用地面積約24萬(wàn)m2，整個(gè)段址位于廣花凹陷構(gòu)造區(qū)，主要分布地層為淤泥層、砂層及石灰?guī)r基層，由于砂層發(fā)育，特別是臨近珠江西航道，水位隨著漲退潮動(dòng)態(tài)變化，是場(chǎng)內(nèi)地下水的直接補(bǔ)給來源。本場(chǎng)地基巖為石炭系碳酸鹽巖，勘察揭示溶洞見洞率42%，洞高0.2m～24.1m，平均洞高2.9m，覆蓋層主要為厚層砂層和軟土層，呈松散～稍密狀。溶洞以表層豎向溶蝕發(fā)育為主，局部發(fā)育溶蝕深槽，常見串珠狀溶洞揭露，規(guī)律性較差，基本上呈無(wú)序狀，很不穩(wěn)定。

2 施工工序及控制要點(diǎn)

理論上袖閥管注漿的施工工藝能夠有效處理石灰?guī)r地區(qū)各種工況下的溶洞問題，但由于不同石灰?guī)r地區(qū)形成的溶洞地貌存在一定的差異，在應(yīng)用袖閥管注漿施工工藝時(shí)，施工人員需要事先結(jié)合溶洞地貌的實(shí)際情況，對(duì)袖閥管注漿施工工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，才能夠更好地滿足石灰?guī)r地區(qū)工程項(xiàng)目施工建設(shè)的需要[1]。袖閥管注漿需要遵循以下工序：（1）選取典型溶洞發(fā)育區(qū)域開展工藝性試驗(yàn)，總結(jié)出施工控制參數(shù)、漿液配置參數(shù)等技術(shù)指標(biāo)；（2）借助工程勘察鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔操作，在完成清孔操作之后，借助鉆桿來實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)封殼料和泥漿的置換工序，用于置換的封殼料配比一般為水泥∶黏土∶水=1∶1.5∶1.88；（3）在完成置換工序之后，需要對(duì)封殼料的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，在封殼料的強(qiáng)度不超過1MPa時(shí)，就可以對(duì)其進(jìn)行注漿操作，而整個(gè)注漿過程在充填工況下需要將壓力控制在1MPa的范圍之內(nèi)；（4）整個(gè)注漿過程需要分段進(jìn)行，以30cm~50cm為注漿分段的標(biāo)準(zhǔn)，在每一段注漿全部完成之后，才能夠進(jìn)行下一段的注漿操作。在每一段注漿結(jié)束之后，還需要及時(shí)清洗干凈袖閥管和槍頭，以便能夠在下一段注漿中繼續(xù)使用。

2.1 試驗(yàn)段

本工程溶洞處理試驗(yàn)段選取了一個(gè)典型溶洞區(qū)進(jìn)行，根據(jù)詳勘階段已揭露的溶（土）洞邊界控制點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，向四周以約2m間距，合理利用相距較近、已完成的鉆孔，逐步往外逐圈鉆孔探查，最終探測(cè)出溶洞實(shí)際發(fā)育邊界，確定注漿范圍。對(duì)于淺層大型溶（土）洞，先鉆探可能造成點(diǎn)或面狀土層擾動(dòng)，使原本具有保護(hù)作用的表土層結(jié)構(gòu)遭到破壞，為大氣降水和地表水向地下滲入創(chuàng)造了便利條件，致使溶洞坍塌。因此，對(duì)于淺層大型溶（土）洞受制于場(chǎng)地、周邊管線、敏感建筑等安全因素影響時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，經(jīng)過參建各方充分論證后，采取“分區(qū)探邊、分區(qū)處理”的方式進(jìn)行，在完成一塊區(qū)域探邊鉆孔工作后，及時(shí)對(duì)已探明溶洞范圍進(jìn)行封邊注漿，確保施工安全及質(zhì)量。本工程取300m2為限，對(duì)于不大于300m2溶洞采取先探后注的方法處理；對(duì)于大于300m2溶洞，采取探注結(jié)合的方法處理。試驗(yàn)區(qū)域的選取及鉆（探）孔布置、探出的溶洞范圍見圖1、圖2所示，試驗(yàn)段總結(jié)的工藝參數(shù)如表1所示。

圖1 試驗(yàn)段鉆（探）孔布置

圖2 試驗(yàn)段探孔揭示的溶洞處理范圍

表1 注漿施工工藝參數(shù)

2.2 鉆孔

鉆孔是進(jìn)行注漿施工的前提。在對(duì)石灰?guī)r地區(qū)的溶洞進(jìn)行處理時(shí)，需要事先對(duì)溶洞形成的實(shí)際情況進(jìn)行勘察，在探知溶洞的大致范圍之后，需要結(jié)合溶洞分布的情況，對(duì)鉆孔的位置進(jìn)行合理的設(shè)置。在通常情況下，溶洞鉆孔以菱形或圓形兩種布設(shè)為主，布設(shè)2m孔距的鉆孔。而對(duì)于面積和分布范圍較大的溶洞來說，則需要結(jié)合溶洞分布的實(shí)際情況，適當(dāng)增加鉆孔，以滿足注漿施工的需求。在確定好鉆孔的位置之后，利用XY-100型鉆機(jī)來進(jìn)行鉆孔，這種鉆機(jī)后的成孔直徑大約在90mm左右。在完成鉆孔操作之后，借助鉆孔渣樣來對(duì)溶洞的大小、位置、深度進(jìn)行仔細(xì)的探查，依據(jù)這些數(shù)據(jù)信息來確定需要進(jìn)行注漿的工程量。一般來說，在完成鉆孔操作之后，會(huì)出現(xiàn)以下幾種情況：部分鉆孔為空洞，部分鉆孔為流塑狀黏性土，石灰?guī)r地區(qū)的溶洞還會(huì)以串珠狀呈現(xiàn)出多層溶洞的狀態(tài)。依據(jù)勘察到的這些信息，技術(shù)人員能夠進(jìn)一步計(jì)算和推導(dǎo)出需要處理的溶洞面積和體積，以便為后續(xù)的注漿施工提供更加科學(xué)準(zhǔn)確的依據(jù)。

2.3 下注漿管

在完成鉆孔和溶洞探查之后，接下來就需要下注漿管。技術(shù)人員結(jié)合之前鉆孔勘察到的信息，向溶洞內(nèi)下注漿管，由于石灰?guī)r地區(qū)溶洞的體積普遍較大，因而在進(jìn)行下注漿管操作時(shí)，需要在溶洞的頂部和內(nèi)部應(yīng)用不同的漿管，才能夠更好地實(shí)現(xiàn)注漿的需求。具體來說，在溶洞頂板以上的無(wú)溶洞部位，需要應(yīng)用實(shí)管來進(jìn)行注漿，而在溶洞的內(nèi)部則需要應(yīng)用花管來實(shí)現(xiàn)注漿。在下注漿管的過程中，為了保證達(dá)到理想的注漿效果，還需要在注漿管的底部加止?jié){塞（堵頭）。下注漿管的距離以距溶洞底20cm~30cm為標(biāo)準(zhǔn)，在完成下注漿管的操作之后，則需要將實(shí)管和花管按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和操作程序進(jìn)行連接，在完成連接之后，則需要向管內(nèi)注入清水，用以檢查漿管的密封效果。在進(jìn)行下注漿管的操作過程中，還需要注意下管后在距離地面1m~2m的范圍內(nèi)應(yīng)用水泥黏土封殼料來進(jìn)行填充封孔，用以為后續(xù)的注漿操作提供保障(見圖3）。

圖3 袖閥管封孔方式及止?jié){塞位置

2.4 漿液類型的確定

在進(jìn)行注漿操作之前，施工人員還需要結(jié)合溶洞形成的情況以及溶洞體積的大小，選擇合適的漿液類型，才能夠更好地達(dá)到處理溶洞的效果。在完成鉆孔和下注漿管的操作之后，就可以得到一個(gè)注漿范圍包絡(luò)圖，施工人員可以依據(jù)這個(gè)包絡(luò)圖來確定需要進(jìn)行注漿施工的漿液體積。在確定的溶洞范圍內(nèi)，溶洞邊界采用雙液漿進(jìn)行封邊，封邊完成后，溶洞中間區(qū)域根據(jù)溶洞洞高及充填情況，選用水泥砂漿或水泥漿再進(jìn)行充填。為了能夠得到更好的注漿效果，在注漿操作之前，相關(guān)人員需要采用不同類型的漿液來進(jìn)行試驗(yàn)，從中找出最適宜進(jìn)行注漿施工的漿液配比類型。在進(jìn)行注漿施工的整個(gè)過程中，還需要對(duì)注漿的情況進(jìn)行觀察，以便能夠隨時(shí)對(duì)漿液配比進(jìn)行調(diào)整（見表2）。

表2 不同溶洞發(fā)育狀態(tài)下漿液的選擇

2.5 注漿

在進(jìn)行注漿操作時(shí)，首先需要在溶洞的邊界孔部位進(jìn)行注漿，選擇的漿液類型以雙液漿為主，應(yīng)用的袖閥管規(guī)格為48mm。在進(jìn)行注漿之前，需要對(duì)用于注漿的水玻璃和水泥漿進(jìn)行試驗(yàn)，以便確定好雙液漿在灌注之后的凝結(jié)時(shí)間。一般溶洞填充注漿，需要將凝結(jié)的時(shí)間控制在45s~60s的范圍之內(nèi)，而在應(yīng)用雙液漿實(shí)現(xiàn)溶洞邊界封堵的過程中，還需要對(duì)注漿的時(shí)間、注漿壓力和注漿量進(jìn)行及時(shí)地記錄，以便能夠?yàn)楹罄m(xù)的注漿施工提供更加精確的依據(jù)。其次，在對(duì)溶洞內(nèi)部注水泥漿時(shí)，可以選擇48mm的袖閥管或打孔PVC管來進(jìn)行，注漿過程中施工人員需要結(jié)合實(shí)際的注漿情況，及時(shí)調(diào)整水泥漿注漿的比例，對(duì)整個(gè)注漿過程中的注漿時(shí)間、注漿壓力和注漿量進(jìn)行及時(shí)地記錄。

在進(jìn)行注漿施工時(shí)，對(duì)于雙液漿需要在初期以小壓力、慢速度的方式持續(xù)注漿，在施工的過程中，需要采用間歇往復(fù)的方式進(jìn)行注漿，防止在注漿的過程中出現(xiàn)漿液流失的情況。注漿采用后退式分段注漿工藝，從孔底自下而上分段進(jìn)行注漿，將注漿的段長(zhǎng)控制在0.4m左右，在每段注漿施工完成之后，上提注漿芯管，進(jìn)行下一段的注漿施工。

2.6 注漿壓力控制

注漿壓力控制是保證注漿施工質(zhì)量的重要工序，在進(jìn)行注漿施工操作之前，首先要借助注水試驗(yàn)來檢驗(yàn)注漿管路的質(zhì)量，并對(duì)溶洞地層的吸漿能力進(jìn)行判斷，避免在注漿施工中出現(xiàn)堵管的情況。在對(duì)整個(gè)注漿施工過程中的壓力進(jìn)行控制時(shí)，需要注意遵循相對(duì)小壓力、多次數(shù)以及較大量的原則，將注漿壓力控制在0.2MPa~0.8MPa范圍之內(nèi)，而注漿的速度也要被控制在30L/min~70L/min范圍之內(nèi)。在進(jìn)行多次注漿的過程中，需要將每次注漿的間隔時(shí)間控制在6h~8h左右。在注漿壓力達(dá)到0.8MPa之后，就可以在穩(wěn)壓10min之后停止注漿，而在這個(gè)穩(wěn)壓的過程中，進(jìn)漿速度以控制不能超過初始進(jìn)漿速度的1/4為標(biāo)準(zhǔn)。

2.7 注漿量控制

本工程借鑒商品混凝土攪拌站的輸送系統(tǒng)控制原理，散裝水泥進(jìn)場(chǎng)后直接注入水泥罐中。施工前按照試驗(yàn)確定的水灰比配制表，計(jì)算出每盤漿池的水泥用量后輸入系統(tǒng)，利用電子稱量系統(tǒng)準(zhǔn)確計(jì)量出料，水泥通過完整的鉸刀封閉輸送管道傳輸?shù)綌嚢柰埃瑪嚢钑r(shí)間達(dá)到設(shè)定值后把水泥漿注入儲(chǔ)存池，最后泵送至前臺(tái)注漿管，完成一次注漿。溶洞注漿處理過程中，采用泥漿噴灌電子記錄儀全程監(jiān)測(cè)注漿過程中的水泥漿用量情況，并在每次結(jié)束后及時(shí)打印水泥漿用量記錄。通過自動(dòng)計(jì)量裝置可以對(duì)溶洞內(nèi)注漿壓力變化、水泥漿用量等工藝管控點(diǎn)進(jìn)行量化、動(dòng)態(tài)跟蹤，以便及時(shí)修正注漿參數(shù)。

2.8 注漿過程中注意事項(xiàng)

（1）對(duì)于一些體積比較大的溶洞，在應(yīng)用袖閥管注漿工藝進(jìn)行施工時(shí)，由于溶洞本身呈現(xiàn)出較好的連通性，導(dǎo)致灌漿的實(shí)際注入量也比較大。在這種情況下，需要及時(shí)利用雙液注漿或在漿液中摻加速凝劑來進(jìn)行灌漿操作，讓注漿能夠在短時(shí)間內(nèi)結(jié)束，并對(duì)注漿的配比和漿液類型進(jìn)行調(diào)整。

（2）注漿工作需要連續(xù)進(jìn)行，才能夠保證達(dá)到理想的注漿效果。如果在注漿過程中發(fā)生中斷的情況，需要及時(shí)對(duì)袖閥管進(jìn)行清洗，在必要的情況下還需要進(jìn)行掃孔操作，然后才能夠繼續(xù)進(jìn)行注漿。而在恢復(fù)注漿操作的過程中，則需要優(yōu)先選擇水泥漿來進(jìn)行灌注，以保證能夠達(dá)到理想的注漿效果。

（3）如果在注漿的過程中出現(xiàn)回漿變濃的情況，則需要及時(shí)更換同水灰比的新漿，以保證注漿過程的持續(xù)性。如果在注漿的過程中出現(xiàn)冒漿以及漏漿等情況，就需要及時(shí)采用嵌縫、表面封堵以及低壓、雙液漿等操作來對(duì)其進(jìn)行處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，袖閥管注漿工藝在實(shí)際應(yīng)用中，體現(xiàn)出以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

（1）袖閥管注漿借助密封膠圈和封殼料來實(shí)現(xiàn)注漿操作，能夠大大提高注漿施工的密閉性，與傳統(tǒng)注漿工藝相比，不僅無(wú)需耗費(fèi)過多的物資成本，還能夠達(dá)到更加理想的注漿和處理效果。

（2）袖閥管注漿工藝只需要在每次注漿完成之后清理袖閥管，就可以直接進(jìn)行后續(xù)的注漿操作，對(duì)于多次注漿需求極為簡(jiǎn)單方便。同時(shí)，由于本身具備的定向、定量特點(diǎn)，使以往注漿工藝應(yīng)用中普遍存在的地面冒漿問題得到較大改善。

（3）對(duì)于溶洞發(fā)育地區(qū)，發(fā)現(xiàn)溶洞后采取分區(qū)分割處理方式，縮短溶洞暴露至注入水泥漿液的時(shí)間間隔，是降低溶洞處理危險(xiǎn)性的重要途徑，而采用袖閥管注漿工藝就能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。