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地铁盾构区间岩溶处治技术的应用

2021-12-27 184 上传者：管理员

摘要：近年来，随着我国经济快速的发展，各城市的地铁工程也随之加快了建设步伐，但是在部分地区始终存在岩溶地质问题，严重阻碍了地铁盾构区间建设质量。地铁建设一般存在于繁华的都市地下，地上有道路、建筑、人员，以及大量车辆，在施工过程中十分容易打破熔岩地层原有的平衡量，造成地面沉降、沉陷风险，甚至是隧道结构完全变形、盾构机头栽头等严重事故。本文详细地分析了区间隧道施工方案的选择，以及施工的注意事项，得出保障施工应力与围岩承重力的稳定性，做好维护等措施均是非常必要的，意在为同行业提供相关参考意见。

关键词：
地质影响
地铁隧道
岩溶地形
施工技术
盾构区间
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地铁工程作为我国典型的地下交通枢纽运输工程，其建设质量受到社会各界的高度关注，但是受地质条件影响，部分地区地铁建设环境一直处于不稳定状态，无法提高施工效率与施工质量。而在地理环境影响因素中，岩溶地形是最为常见的问题，该问题若得不到有效处理，地铁隧道盾构建设会存在巨大风险与阻碍。本文以某盾构区间采用盾构法施工过程实例分析，总结相关问题提出具有实际意义的优化方案。

1、地铁工程地势岩溶情况

某地铁盾构区间建设施工，以区间右线起点里程274.86m，区间右线终点里程139.788m，线路全长864.92m。区间左线起点里程274.86m，区间左线终点里程139.78m，含短链4.523m,线路全长860.404m，地质结构为冲洪积平原地貌单元（坪山河流域），第四系地层以冲洪积成因为主，下伏基岩为微风化灰岩，其详情可以参照表1。

2、施工方案选择

经过多次试验发现，即使在某一相同地区，也需要根据地势溶洞的差异性，采用多样施工处理方案。

1）无填充溶洞与半填充溶洞

在对于直径>3m填充溶洞或半填充溶洞中，需要使用高压VC填沙补空，然后进行灌浆加固，在砂砾凝固铸造时，施工人员需要预留原始孔洞，作为空气孔补充，而后续施工过程中进而二次灌注[1]。为了方便施工，对于直径<3m的溶洞，则需要直接进行灌注补充，灌注过程中在底层需要预留排气孔，排出多余气体，保证灌浆工作顺利进行[2]。

2）全填充溶洞

对于直径>5m的溶洞，施工人员必须采用全填充法，利用压力灌浆进行强补，并间歇性增大压力，使得灌注材料与溶洞之间更加契合。在进行间歇性灌注过程中，施工人员要注意浆液扩散及注浆孔中心线的探明，保证钻孔袖阀管注浆花管的通顺，初次尝试的相对压力要在0.2MPa～1.0MPa，次数要随着灌注浆液的扩散逐渐提升（3倍～4倍）；多次尝试的相对压力要>3.5MPa，在注浆过程中可以适当的填入黏土、粉质黏土或砂砾，在完成施工6h以后，再次进行质量检查，保障灌注施工质量（见表2)[3]。

3、施工工艺

1）花管注浆工艺流程

首先，施工人员要确定钻孔位置，计算钻孔深度，并在钻孔的外部使用直径25cm的PVC塑料管预做间隔，每条管路的间距需要根据实际状况进行把握，但是要保持管路之间的垂直位置，对于部分特殊的管路，需要采用三层防水胶带包扎孔位，进一步提高花管注浆工艺流程整体质量[4]。在完成钻探工作后，施工人员要使用密封水泥砂浆，在孔位下PVC水管下处6cm位置，进行密封作业，保障不会有渗水问题发生。同时，在完成密封后，施工人员可以利用灌浆泵加压送水，在这个过程中不断提高受水压力，直到压力提升至7MPa以上，就可以将其合格验收[5]。值得注意的是，现场管理人员需要及时记录灌浆时间、灌浆压力、水泥含量、施工工艺及水胶比等信息情况，为后期清理管道或拆除灌浆孔做好充分的准备工作[6]。

2）袖阀管注浆工艺流程

袖阀管注浆工艺流程与花管注浆工艺流程相类似，都需要先确定钻孔位置，计算钻孔深度，利用PVC管充当钻孔材料。而二者不同的是袖阀管注浆工艺流程需要设立特殊的孔清洗步骤，利用将完成对于粗颗粒的沉淀，并计算需要的壳材料设计，从底部完成孔灌注工作。在选用袖阀管时，需要采用直径>5mm的PVC管，距离要控制在35cm以内，开放孔位置要>5mm且<15mm，利用交错定位法，保障钻孔呈现正八边形蜂巢状。完成以上工作后，工作人员需要使用较为厚实的橡胶膨胀圈进行密封[7]。在灌注过程中一般采用特殊配比的水泥灰，利用灌注泵加压传送。在传送时根据设计要求，需要让灌浆管上下运动，不解封橡胶膨胀密封环，直到所有密封环完成灌注[8]（见图1）。

4、灌注材料机施工参数

1）灌注材料

灌注材料一般可以选用纯水泥浆或42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比需要保障在0.8:1～1:1状态。水玻璃模数需要控制在2.4～3.6，浓度Be要控制在30%～50%，在与双浆液混合后，现场可泵性时间控制在60s一次。

2）施工参数

止水强、周边孔：已多次较大量的控制，以及相对较少的压力，每次排水测试要进行4次以上，压力需要控制在2MPa～4MPa，中央空位压力控制需要在1MPa左右，灌入浆液速度要控制在50L/min，每次间隔时间要控制在6h。

5、施工注意事项

1）注浆施工

盾构岩溶施工一般会位于城市主干道正下方，上方每天都会有上千辆车通过，任何质量问题都会造成严重的影响，其施工方式之间关系到该地区人民生命财产安全，为了降低施工所产生的风险，在盾构岩层施工过程中，需分区域进行阶段性施工[9]。但是分区域施工，会造成施工难度上升，注浆浆液难免会造成浪费问题。因此，在施工前期必须制定完善的封闭式方案，尽量做好边界线布设封闭施工。若在钻进过程中，遇到溶洞内流问题或塑土塌陷问题，可以采用预注浆加工成孔办法进行钻孔，保障施工正常运行[10]。在实际施工时，特别是在钻进过程中，如果遇到地表杂填，很容易会在内部出现坍塌的问题，这使实际管理工作具有较高的难度，因此在实际施工时可以先进行预注浆之后再完成钻进成孔操作，避免对后续施工造成一定的影响。

在注浆施工时，一些注浆边界很难得到全面的控制，例如浆液凝结过程中，边界封闭非常的困难，也会出现浆液流失的问题，因此在实际工作中需要通过现场调试调整双浆液的配比，尽可能缩小材料本身的压力，并且根据多次施工的原则来完成注浆和加固操作，从而使得实际施工效果能够得到全面的提高。

在注浆操作时经常会出现冒浆的问题，严重时还会导致地面的隆起，所以在日常注浆时要控制好注浆的压力，按照施工方案中的要求进行注浆量等有效控制多次重复注浆，从而使得整体的施工质量能够符合相关的标准。

2）盾构掘进

在盾构结界时，要通过深孔灌注浆的充填和压缩来防止出现地下水渗漏的问题，在灌浆处理之后盾构在开挖时仍然存在着软硬地层的情况，因此在实际工作中需要具体问题具体分析，结合以往工作经验，提出有效的应对措施，从而使得盾构掘进施工可以具备流畅性的特点。在进洞之前要根据之前所预测的结果，选择开换刀的运行里程之后，再按照之前计划中的要求更新相关的设备，选择正确的掘进方式。在实际施工时要控制好掘进的参数，全面的提高实际的施工质量，并且还需要做好数据的记录工作，及时发现在实际施工时所遇到的问题，通过科学的优化调整，提高实际的施工水平。

在实际施工时要控制好土壤的状态，在实际施工之前要维护好柱泡沫和泥浆体系，使整个系统正常运行，之后再按照地层的特点选择正确的发泡剂用量。由于整个施工地质稳定性比较差，所以需要控制好掘进的速度维持在相对平衡的状态，另外在实际施工时要加强对土壤水分的观测，如果发现异常情况时，要马上停止施工。在实际施工时很容易出现渗漏的问题，因此要做好防水操作，在施工之前要进行全方位的检查，并且在开挖时控制好油缸的形成，从而达到良好的防护效果。

在施工中还需要特别注意同步灌浆和二次灌浆的结合，利用水泥砂浆进行灌浆，在二次补灌时可以利用水泥、水玻璃进行补充操作，严格按照地质的条件控制好注浆的压力和注浆量，并且在完成之后要进行科学的检验，及时发现在实际施工时的不足，有必要时进行再次的补浇，防止出现纵通道。如果在实际施工时发现某一个地区水非常丰富的话，那么通过灌浆无法达到良好的防水效果，会增加安全事故发生的几率，所以在实际工作中应根据实际的情况做好应急处理，例如可以在某个环节中融入相对应的安全防护措施，从而保证施工可以更加有序地进行。

3）安全管理

整个施工过程是非常复杂的系统性过程，因此，在实际工作中需要综合不同的因素来考虑安全问题，提高现场安全管理的效果，并且根据详细的位置和分布情况做好界限的划分，按照不同的区域来提高安全管理水平，尤其是对于高风险的区域来说，要全面关注，重视利用科学的方法来解决在日常工作中所遇到的问题。在实际施工时要加大对岩土界面土体注浆优化重视程度，保证整个地层的承载力能够得到全面的提高，在实际施工之前要加强对现场人员的安全培训，从而使相关施工人员能够掌握安全施工的要点及规避风险的措施，不断完善整体的施工模式，用科学的方法减少在实际施工时存在变形的问题，保护现场施工人员的生命财产安全，提高现场施工的安全系数。

6、结论及建议

总而言之，伴随着我国经济的发展，地铁建设逐渐受到社会各界的关注，而对于常见的盾构岩溶问题，地铁建设施工团队必须掌握相关技术，提高地铁区间建设质量，以此来满足地铁建设的实际需求。隧道的软弱岩层围岩一般不足以支撑隧道的载荷，需要支护结构及围岩来保障整体结构的稳定性，但是在增加围岩或是支护时，施工人员要重视喷射混凝土、锚杆、钢筋网等结构的变换，努力保障结构的整体稳定可以符合预期标准。同时，施工人员需要重视施工应力与围岩的承重力的契合性，保障二者之间的稳定性，对于围岩破碎部位进行不同等级的维护，拱墙上设置不同规格的钢架，以此来满足区间隧道的施工要求。

参考文献:

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[2]余晓斌,韩昌进.地铁盾构区间隧道施工风险分析与控制分析[J].建筑技术研究,2020,3(8):124-125.

[3]张向文,刘超群,郝林霞.铁路工程岩溶地基注浆处理压水试验相关内容探讨[J].中国检验检测,2020,28(6):62-66,97.

[4]任庆钰.喀斯待地区隧洞特殊地质洞段处理方法探讨.--以夹岩水利枢纽工程库尾伏流泄洪洞为例[J].水利科技与经济,2019(10):.47-50.

[5]李金奎,颜志坚.隧道前方溶洞对盾构机掘进影响分析-以大连地铁5号线后后区间工程为例[J].科学技术与工程,2020,519(14):361-367.

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[7谭佳,涂文博,张鹏飞.岩溶发育区地铁穿越断裂带基坑承压水突涌应急处理技术[J].广东土木与建筑,2020,323(1):.75-78,82.

[8]李东明.厦门轨道交通1号线某区间盾构隧道施工引起的地表变形特征研究[J].城市轨道交通研究,2020,217(10):119-124.

[9]罗仕军.堤坝岩溶渗漏通道探测及其处治技术研究---以邵阳市张家冲水库为例[J].决策探索(中),2019,615(5):40-41.

[10]李军库.岩溶洞穴对富水软弱围岩隧道稳定性影响分析及处治技术[J].安阳工学院学报,2020,106(4):70-75.

文章来源：苏媛.地铁盾构区间岩溶处治技术的探讨[J].北方建筑,2021,6(06):20-23.