盾构施工中突遇溶洞的应急处置管理措施

发表时间:2020/1/7   来源:《建筑学研究前沿》2019年20期   作者:庞剑东
[导读] 当盾构突遇溶洞且引发地面险沉降、坍塌等险情时,为确保施工安全,可采用 WSS注浆工艺,快速进行填充加固处理。

广东华隧建设集团股份有限公司  510228
        摘要:地铁工程采用盾构法施工,受前期地质勘探资料不精确、地质突变频繁等影响,当在灰岩发育地层中掘进时,盾构机会面临盾构“栽头”、“陷落”、地表沉降过大,甚至坍塌等风险。当盾构突遇溶洞且引发地面险沉降、坍塌等险情时,为确保施工安全,可采用 WSS注浆工艺,快速进行填充加固处理。
        关键词:地铁 盾构施工  溶洞 WSS注浆
       
       
引言:随着国内经济快速发展,城市建设日益繁荣。近几年,全国各大中型城市地下工程建设如火如荼。在某隧道建设中使用的是泥水平衡型盾构机进行盾构施工,地质为灰岩发育地层,周边交通复杂,难以全面进行勘察。在某一区段施工中,突遇地下未探明溶洞,导致地表小范围塌陷,需采用一种及时快速的应急处置方案尽快处理。
        1、盾构施工突遇地下小型溶洞,地面塌陷
        盾构正常掘进过程中,地面突然发生小范围塌陷,引起市政路边一层商铺发生倾斜、坍塌。现场塌陷面积约70m2,地面塌陷深度最大为1m,塌陷区位于正在施工的隧道上方,覆土层厚度为13m。
        2、及时交通疏解
        地面塌陷事故发生后,必须以确保人员安全为首要原则,第一时间及时疏解现场行人车辆,避免人员伤害。应采用临时水马、铁马等临时围蔽,对塌陷区进行围蔽,同时拉设警示带和警示灯,安排专人现场疏解行人及车辆。安排专人负责对附近居民、行人、新闻媒体等相关部门进行解释沟通,通过点对点协调、面对面接触,认真落实处理,避免出现维稳矛盾。
        3、盾构停止掘进,进行停机保压
        发生地面塌陷后,应马上停止掘进施工,进行停机保压。根据盾构隧道覆土地层及其厚度,为保证盾构机刀盘前方掌子面的稳定以及防止地面冒浆,合理设定盾构机保压压力,定期低转速转动刀盘防止裹住刀盘,安排专人观察记录切口压力和姿态变化。往土仓及筒体径向孔内注入膨润土浆液,浆液在高渗透地层中形成细小泥膜,防止土仓泥浆流失过大扰动地层引起二次塌陷。
        4、清理路面建构筑物及塌陷区回填
        针对塌陷区上方的建构筑物,已随着地面沉降而开裂、倾斜,需及时拆除处理,塌陷区临近的大树、路灯等,为防止其倾倒伤人,应及时迁移,若无法迁移则采取有限支护手段,如增加三角斜撑等。清理完成塌陷区的建构筑物后,及时回填砂浆或混凝土,平整地面,以便进行下一步加固施工。
        5、管线保护
        因地铁工程处于市政路面下施工,地下管线复杂。当出现险情,需马上联系当地相关部门进场辨认塌陷区域地下管线分布情况,同时委托专业物探队伍进场,对该区进行全面勘察。经探查,塌陷区存在通讯管线群、煤气管线、自来水等市政管线。对相关管线采取隔离或支护措施,做好标志,避免后续溶洞处置施工时引发管线破坏事故。
        6、监测
        事故发生后,对塌陷位置周边的建构筑物及地面进行了布点监测,通过各监测点沉降监测数据,判断临近地面及各建构筑物沉降是否稳定,以采取进一步隔离疏散措施。盾构突遇溶洞,引发的塌陷区大体呈现漏斗形,在溶洞区水土流失的作用下,以一个中心点向周边辐射扩散,在塌陷中心点沉降最大,周边逐渐变小,直接脱离影响范围。



        7、地质补充勘察及坍陷原因分析
        前期工作完成后,对塌陷区周边位置补充进行了钻探补勘,探明该区及前方线路范围内的地质情况,明确溶洞影响范围。通过结合既有地质资料,该区域属于岩溶发育地区,岩面起伏变化快,溶洞分布无规律,对塌陷区域进行补充勘察时,揭露有串珠状溶洞分布。盾构隧道当时位于淤泥质土、炭质灰岩上软下硬地层中掘进,下部灰岩中溶洞发育程度高,分布杂乱无规律,且隧道路径处于交通要道上方,交通疏解困难,未进行补勘及相关溶洞处理。在盾构掘进过程中遇到溶洞,顶部岩土体应力平衡状态被打破,上覆土层的松散回填物及淤泥塌陷回填至溶洞内,进而引起地面突然塌陷。
        8、采用WSS无收缩注浆工法进行快速处理
        根据塌陷区补勘情况,塌陷区前方区域洞身范围内存在较大的溶洞,盾构机在塌陷区停机保压,需保证切口水压稳定,避免进一步塌陷。经过对比,决定采用WSS注浆工艺对现场坍陷区溶洞进行快速注浆加固处理。
        WSS 是中文无收缩双液注浆的拼音缩写。关键技术是采用二重管钻机钻孔至预定深度后,采用一台同步双液注浆机注浆。本次应急处置工作采用浆液为即A液(水泥浆)、B 液(水玻璃),A 液与B 液通过二重管端头的浆液混合器充分混合分别合成AB 液(水玻璃与水泥浆混合液)。其方法是在不改变地层组成的情况下,利用混合液使该土层粘结力、内磨擦角增大,从而使地层粘结强度及密实度增加,起到加固作用;颗粒间隙中充满了不流动而且固结的浆液后,使土层透水性降低,而形成相对隔水层。
        盾构机前方存在较大溶土洞,先在前方线路两侧前方采用WSS单双液浆交替跳打注浆的方式进行封边,边界封闭完成后,内部区域填充单液浆。一般采用梅花型2×2m或1.5×1.5m布置孔位进行注浆,同时下钻注浆点需避开地表管线灵活调整。为避免后续盾构机通过时塌陷现象再次出现,同时对盾构机以上地层进行注浆加固,加固深度为地下2m起,直至溶洞底。
        本次WSS注浆参数设定过程如下:
        (1)配比控制
        溶洞处理和WSS注浆隧道地层加固参数如下,A液水泥浆水灰比一般为1:1,双液浆体积比约为10:1,初凝时间控制在:25-30S,注浆压力0.5MPa。
        A液(水泥浆)和B液(水玻璃)注浆时采用电子监控手段实施定向、定量、定压注浆,使岩土层的空隙或孔隙间充满浆液并固化,以达到改变岩土层性状的目的。因WSS注浆机采用两条管同步注浆,流量基本为1:1,因此需对水玻璃进行稀释后,再与水泥浆同步喷射至地下混合,达到控制水泥浆和水玻璃配比,从而控制初凝时间的目的。在现场施工时,经过试验调配,水泥浆的水灰比为1:1。水玻璃与水体积按照1:3混合成水玻璃稀释液后,再以V(水泥浆):V(水玻璃稀释液)=1:1进行喷射注浆。经现场试验该配比下混合浆液的初凝时间为30s。
        (2)压力控制
        在注双液浆液过程,在溶洞范围内,注浆压力按0.5MPa控制,一旦达到0.5MPa即提杆0.5m;当提升至溶洞上方后,主要目的为加固盾体上方地层,压力控制为0.4~0.5MPa,且适当增加每次提杆高度。注浆过程地面隆起将逐渐明显,应根据现场实际情况,适当降低注浆压力,加快提升速度。
        9、盾构掘恢复进
        塌陷区前方加固完成后,对加固体凝固效果进行分析,一般注浆结束后5~7天即可初步达到填充加固效果,可尝试恢复掘进,尽快使向前掘进盾构机脱离溶洞塌陷区。针对盾构前方地层继续加密进行地质补勘,探明溶洞分布情况后,马上进行预注浆处理后方可允许盾构通过,保证安全。
        结语
        在地铁盾构隧道工程施工中,针对复杂的地质尤其是岩溶发育地区岩面变化大的地层,要加强对开挖面地层的分析和预测,同时对盾构掘进施工过程中的渣样进行分析判断,以便掌握真实的地质资料,进行必要的加密补勘,对不良地质要充分分析其对施工可能产生的影响,并采取有针对性的处理措施;在岩溶地区盾构掘进施工过程中,需进行精细化、信息化管理,严格控制好盾构掘进参数,尤其是切口水压以及注浆量的控制,安排人员加强巡线工作及测量监测工作,一旦出现异常情况需及时采取有效的技术措施,避免出现塌陷等事件。
        参考文献
        [1]潘振学.WSS工法灌浆技术在市政地下软土地层强化止水工程中应用?《科技创新导报》2014(18)
        [2]费有恒.?WSS无收缩注浆工法及应用.《城市建设理论研究》2014(17)
        [3]刘守文 WSS工法注浆技术在地铁施工中的应用《河南科技》 2014年20期

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