08-封閉型溶洞移動式多孔注漿工法

1、<p>　　巖溶路基封閉型溶洞移動式多孔注漿施工工法</p><p>　　中鐵十二局集團有限公司 中鐵十二局集團第三工程有限公司</p><p>　　趙長慶 洪成林 王厚林 徐軍 冀瑞峰</p><p><b>　　1.前言</b></p><p>　　寧安高速鐵路巖溶路基主要以覆蓋型巖溶為主，巖溶發(fā)育程度

2、多為中等發(fā)育，局部地段為弱發(fā)育和強烈發(fā)育，靠近覆蓋層溶洞多為全充填或部分充填，在覆蓋層以下則以空洞為主，沿線巖溶的發(fā)育具有不均一性，受地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性及組合、地下水活動強度等的控制。</p><p>　　中鐵十二局集團公司第三工程公司在寧安高速鐵路巖溶路基注漿施工中針對巖溶封閉型溶洞注漿施工進行了研究，經(jīng)現(xiàn)場試驗，總結(jié)形成了封閉型溶洞移動式多孔注漿的施工工法。使用該工法，施工技術(shù)大大的減少了投資，提高了工作效率

3、，改善了施工環(huán)境，可有效提高溶洞的填充率，洞內(nèi)填充物結(jié)石效果好，高效、經(jīng)濟、便捷。形成的科技成果“高速鐵路巖溶路基注漿施工技術(shù)研究”于2011年9月2日通過了山西省科技廳的科技成果鑒定，達到國際先進水平，榮獲中國鐵道建筑總公司2011年度科技進步三等獎，有較大的推廣價值及借鑒意義。</p><p><b>　　2.工法特點</b></p><p>　　2.1施工質(zhì)量容

4、易保證。注漿漿液通過精確計量的大型攪拌站攪拌，運至現(xiàn)場后通過移動式注漿車間將漿液注入注漿孔中，可有效防止偷工減料等質(zhì)量弊病。</p><p>　　2.2 施工效率高，無需現(xiàn)場拌制注漿漿液，減少人工勞動強度，只需將拌制好的漿液通過移動式注漿車間注入注漿孔中，實現(xiàn)工廠化操作。</p><p>　　2.3 注漿車間便于移動、就位，可以全天候注漿施工，移動式注漿車間通過牽引移動、就位，漿液注入活動

5、漿液攪拌池中，減少現(xiàn)場漿液亂排亂放，實現(xiàn)不污染現(xiàn)場。</p><p>　　2.4采用多孔排漿技術(shù)對孔內(nèi)雜質(zhì)進行清除，增大了結(jié)石效果。</p><p>　　2.5采用連通器原理排除孔內(nèi)氣壓，最大化增加填充效果。</p><p><b>　　3.適用范圍</b></p><p>　　本工法適用于鐵路、公路等工程巖溶路基注漿施

6、工或橋梁樁基礎(chǔ)溶洞處理施工，特別適用于對于大范圍巖溶路基整治，任務(wù)集中、工期緊張的項目。</p><p><b>　　4.工藝原理</b></p><p>　　4.1巖溶路基注漿施工采取了大型攪拌站攪拌注漿漿液，利用改裝可以移動的集裝箱，巧妙的在集裝箱內(nèi)設(shè)置注漿設(shè)備和儀器，解決了人工現(xiàn)場拌制水泥漿液機械化程度不高的問題。鉆孔和注漿利用在區(qū)段內(nèi)挖成縱橫交錯的溝槽構(gòu)成泥漿

7、循環(huán)系統(tǒng)，降低了現(xiàn)場鉆孔循環(huán)泥漿和注漿漿液污染環(huán)境的問題。</p><p>　　4.2利用連通器原理對封閉溶腔開孔，形成循環(huán)通道，將孔內(nèi)雜質(zhì)及氣壓排除后封閉進行純漿液的壓力注漿，確保填充及結(jié)石效果。</p><p>　　5.施工工藝流程及操作要點</p><p><b>　　5.1施工工藝流程</b></p><p>　

8、　巖溶路基封閉型溶洞多孔注漿施工工藝流程如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1 巖溶路基封閉型溶洞多孔注漿施工工藝流程框圖</p><p><b>　　5.2操作要點</b></p><p>　　5.2.1 場地平整及泥漿循環(huán)系統(tǒng)設(shè)置</p><p>　　施工前清理場地，整平壓實，開挖泥漿溝、沉淀池、循環(huán)池，設(shè)置

9、泥漿循環(huán)系統(tǒng)，布置鉆機，形成流水作業(yè)。</p><p>　?。╝）鉆孔泥漿共用溝渠 （b）注漿排漿共用溝渠 </p><p>　　圖5.2.1 泥漿共用循環(huán)系統(tǒng)示意圖</p><p>　　5.2.2 施工先探孔繪制地質(zhì)圖</p><p>　　按照施工圖放出鉆孔位置，按照“隔三鉆一”原則選出先探孔，

10、首先啟動水泵，開動鉆機鉆進，當?shù)谝桓@桿鉆進后，接長鉆桿，繼續(xù)鉆進，直到鉆至土石界限；土層鉆孔過程中，若遇流塑土層，及時用φ108 導管護孔，防止塌孔。土層鉆孔結(jié)束后，清孔（若遇流塑土層提鉆至孔口，下Φ108 無縫鋼管護筒）。然后采用Φ91鉆頭鉆進，直到鉆至設(shè)計深度。</p><p>　　鉆進巖芯采取率，第四系土層不小于90%，巖層不小于80%，溶洞充填物不小于50%。一般回次進尺土層1m～2m，巖層不大于3m，

11、溶洞地段應(yīng)不大于1m。各種分界線深度誤差控制在5cm左右。現(xiàn)場采取的巖芯應(yīng)按照順序整齊排列在巖芯箱(長度為1m整, 每箱5m并有隔斷) 內(nèi)，巖層分層界線、空洞、充填物等處需有標簽，并注明孔號、工程名稱、里程、起始深度，由地質(zhì)工程師拍數(shù)碼圖像，每5m拍照一次(另外拍攝整孔巖芯照片1張)，應(yīng)俯拍，照片要清晰、明亮，不得有重影、陰影，照片反映巖芯應(yīng)與日志描述相對應(yīng)，每孔照片按孔號及里程編制文件夾。</p><p>　　

12、地質(zhì)工程師應(yīng)在現(xiàn)場根據(jù)鉆進情況填寫鉆探日志,及時記錄鉆進情況、地層巖性界線、空洞界線、充填物界線以及特征等。記錄內(nèi)容應(yīng)全面、描述應(yīng)完整、文字應(yīng)清晰。鉆探過程中出現(xiàn)的異常情況應(yīng)有詳細記錄,并及時上報勘察設(shè)計人員。</p><p>　　鉆進結(jié)束后應(yīng)進行地下水位的觀測(觀測水位孔不少于總孔數(shù)的1/4,分散布置),采用清水鉆可將孔內(nèi)水抽干, 24h后進行觀測。若采用泥漿鉆進,應(yīng)用清水洗孔后將水抽干，24h后觀測, 選2～

13、3孔采取地下水樣進行環(huán)境水侵蝕性分析。</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場記錄繪制地質(zhì)剖面圖及地質(zhì)橫縱斷面圖，對溶洞的發(fā)育情況進行統(tǒng)計分析。</p><p>　　5.2.3 施工加密孔</p><p>　　根據(jù)地質(zhì)先探孔所取得地質(zhì)資料情況進行分析，對封閉型溶洞進行匯總，根據(jù)溶洞的發(fā)育大小及方向確定加密孔的位置。然后按照鉆孔施工工藝進行鉆孔，鉆孔結(jié)束后及時下入套管準備清孔。

14、</p><p>　　5.2.4 清孔及注水試驗</p><p>　　將孔口注漿管與水泵接好后進行孔內(nèi)清孔，孔內(nèi)雜質(zhì)會從其他孔中冒出，當其他孔均冒出清水后將各個孔口封閉，進行注水壓力試驗，記錄詳細吸水量，然后將注漿管接到泥漿泵，當各個孔口冒出純漿液時將各個孔口再次封閉，進行壓力注漿。</p><p>　　5.2.5 制備漿液</p><p>

15、　　巖溶注漿施工采用工廠化標準模式，漿液拌合統(tǒng)一由配備有電子計量設(shè)備的攪拌站集中拌合生產(chǎn)，攪拌站配備標準電子計量設(shè)備，能夠準確的控制漿液的配合比，確保漿液質(zhì)量。漿液配置完成后通過混凝土攪拌運輸車運送至現(xiàn)場注入移動式注漿車間活動漿液攪拌池中，再根據(jù)溶洞大小確認是否在現(xiàn)場注漿車間摻入水玻璃等摻合料。</p><p>　　5.2.6 壓力注漿</p><p>　　壓力注漿采用移動式注漿車間統(tǒng)一進

16、行。</p><p>　　1、移動式注漿車間結(jié)構(gòu)及工作原理</p><p>　　移動式注漿車間是在注漿設(shè)備、電磁流量計和集裝箱基礎(chǔ)上組合起來的，由集裝箱、門、進漿口、進漿槽、活動漿液攪拌池、改裝攪拌設(shè)備、注漿泵、電磁流量計、臺式定值控制儀、桌子、配電箱、車軸（配輪胎）組成，如圖5.2.4-1所示。</p><p>　　圖5.2.6-1 移動式注漿車間結(jié)構(gòu)圖</

17、p><p>　　活動漿液攪拌池用3mm厚鋼板焊制，根據(jù)現(xiàn)場需要在集裝箱底部安裝攪拌池的孔洞大小制作。工作時，漿液由混凝土攪拌運輸車通過進漿口、進漿槽注入活動漿液攪拌池，漿液攪拌池上有該裝攪拌設(shè)備攪拌漿液，再根據(jù)溶洞大小確認是否在攪拌池中摻入水玻璃等摻合料。注漿泵進漿管深入攪拌池中吸取漿液，注漿泵出口安裝有電磁流量計控制漿液注入溶洞中數(shù)量，電磁流量計通過數(shù)據(jù)線與臺式定值控制儀連接，臺式定值控制儀能準確反映漿液數(shù)量。注漿

18、泵出口用高壓管與孔口蓋或混合器連接進行壓力注漿。注漿車間移動、就位時用千斤頂集裝箱頂起，安裝輪胎后由裝載機牽引至指定位置就位，就位后再用千斤頂頂起集裝箱卸掉輪胎，將集裝箱就位于預(yù)先施工好的漿砌砌體上，在集裝箱底部安裝活動漿液攪拌池位置挖出能夠?qū)嚢璩匕惭b就位的坑即可。</p><p><b>　　2、注漿過程</b></p><p><b>　?。?）試泵&

19、lt;/b></p><p>　　注漿前先應(yīng)進行試泵，開泵前先將三通轉(zhuǎn)芯閥調(diào)到回漿位置，待泵吸水正常時，將三通回漿口慢慢調(diào)小，泵壓徐徐上升，當泵壓達到預(yù)定注漿壓力時，持續(xù)2～3min未發(fā)現(xiàn)故障，結(jié)束試泵。</p><p>　?。?）安裝注漿管和止?jié){塞</p><p>　　鉆孔完畢，進行清孔檢查，在確認沒有坍孔和探頭石的情況下，方可下管。否則，必須用鉆機進行掃孔

20、。在確定注漿管內(nèi)無阻塞物后，即可進行注漿管安裝。為減少拔管時的阻力，注漿管上可圍裹防水板。用沾有CS膠泥的麻絲繩繞成不小于鉆孔直徑的紡錘形柱塞，把管子插入孔內(nèi)到要求深度，使麻絲栓塞與孔壁充分擠壓緊實，然后在麻絲與孔口空余部分，填充CS塑膠泥，使注漿管和止?jié){塞固定。注漿管外露的長度不小于30～40cm， 以便連接孔口閥門和管路。注漿管安放好后，在注漿管管口加上孔口蓋，防止雜物進入，如圖5.2.4-2所示。</p><p

21、>　　圖5.2.6-2 孔口封閉注漿示意圖</p><p><b>　?。?）注漿</b></p><p>　?、?鉆孔完成后，接上孔口法蘭盤和混合器，連接送漿設(shè)備；</p><p>　?、?漿液確定和注漿量的控制按巖溶發(fā)育程度等地質(zhì)情況及設(shè)計要求，確定漿液施工配比，將配好的漿液送入孔內(nèi)，注漿量用帶有刻度標志的注漿筒控制，由現(xiàn)場技術(shù)人員

22、根據(jù)實際情況調(diào)整施工配比并控制注漿數(shù)量，認真作好施工記錄；</p><p>　?、?注漿采用兩種方式進行，巖體加固注漿采用自下而上循環(huán)式注漿，注漿壓力由低到高，漿液濃度由稀到濃，當注漿達到終孔壓力時，停10min后，再進行二次注漿，直至達到終孔標準為止，巖溶充填注漿采用一次自下而上進行，達到終孔標準為止；</p><p>　?、?注漿過程中，密切注意注漿可能造成的孔內(nèi)外及周邊環(huán)境的變化，如

23、吸漿量、壓力、地表冒漿及距離遠近、附近水位水質(zhì)的變化等異常情況，按照設(shè)計要求及時調(diào)整漿液配比或增減添加劑，必要時采用雙液注漿，如注漿初始即出現(xiàn)泵壓大、吸漿量小，或注漿過程中突然出現(xiàn)這種情況，即應(yīng)停止送漿，清孔后再行注前沿；</p><p>　?、?清孔及第2次注漿應(yīng)在第1次注漿結(jié)束后，漿液達到初凝后4～8h時，用鉆機掃孔到孔底，然后進行第2次或第3次注漿，直到滿足設(shè)計要求，如孔中有大的溶洞，溶洞段及以下掃孔時，嚴

24、禁采用水沖；</p><p>　?、?注漿順序一般按分序加密的原則，先兩側(cè)后中間，以下游至上游的順序鉆孔和注漿；</p><p>　?、?當漿液擴散較遠、較深，單孔注漿過大時，應(yīng)及時加強檢查，核實溶洞發(fā)育分布情況及充填情況，采取如下一種或幾種方法進行處理：灌注中粗砂，堵塞溶洞和溶蝕裂隙，縮小過水斷面，增加水流阻力；灌濃漿；加速凝劑即雙液注漿；降低壓力；間歇定量灌漿。</p>

25、<p>　　5.2.7 壓漿結(jié)束</p><p>　　當注漿達到下列標準之一時，可結(jié)束該孔注漿：</p><p>　　1、漿孔口壓力維持在0.2MPa左右，吸漿量為40L/min，維持30min；</p><p>　　2、冒漿點已出注漿范圍外3～5m時；</p><p>　　3、單孔注漿量達到平均注漿量的1.5～1.0倍，且進漿量明

26、顯減少時；</p><p>　　4、連續(xù)注漿，當出漿口冒出濃漿液，可停止注漿，即該土洞注漿已飽滿；</p><p>　　5、壓漿過程中壓力表讀數(shù)瞬間增大，立即暫停壓漿，過1～2min 后再穩(wěn)壓注漿，如再出現(xiàn)讀數(shù)瞬間增大，即可停止壓漿，表示土洞已壓滿水泥混合砂漿；</p><p>　　6、最后一次注漿結(jié)束后，及時采用水泥砂漿封孔，并截斷露出地表的注漿管；</p&

27、gt;<p>　　7、當達不到上述標準時，應(yīng)清孔再次注漿。</p><p>　　注漿完成后應(yīng)立即拔管，若拔管不及時，漿液會把注漿管凝固住而造成拔管困難。拔管時使用拔管機。每次上拔高度為500mm。拔出管后，及時刷洗注漿管，以便保持清潔、通暢。注漿結(jié)束拔出套管后，用C15砼封孔，封孔時必須邊灌邊插搗，確?？變?nèi)密實。嚴禁不封孔或假封孔，以致人為形成豎向水力通道，加重路基巖溶病害；封孔完成后，在原孔位處標

28、注注漿孔號，要求字跡工整、清晰。</p><p>　　5.2.8 取芯、注水驗證</p><p>　　注漿前后，進行成果資料對比，檢查注漿效果。</p><p>　　注漿前后,鉆孔注水試驗的單位長度吸水量對比，檢查注漿效果，注漿后單位長度吸水量應(yīng)小于注漿前吸水量的3%～5%，且不存在明顯漏水現(xiàn)象。</p><p>　　鉆孔檢查，檢查孔數(shù)為5%

29、，根據(jù)取芯漿液充填情況直觀判斷注漿效果，土層、裂隙溶巖、洞穴等必須桿鉆取芯，巖芯采取率>90%，檢查孔的同時補漿孔。</p><p><b>　　6.材料與設(shè)備</b></p><p><b>　　6.1 材料</b></p><p>　　注漿所用材料為普通硅酸鹽水泥、粉煤灰、水玻璃、砂等材料，無需特殊說明。<

30、/p><p><b>　　6.2 設(shè)備</b></p><p>　　機具設(shè)備及儀表見表6.2（表內(nèi)為單個工點所需，可根據(jù)自身條件及工程規(guī)模自行調(diào)整移動式注漿車間內(nèi)設(shè)備和混凝土攪拌運輸車規(guī)格型號及數(shù)量）。</p><p>　　表6.2 機具設(shè)備表</p><p><b>　　7.質(zhì)量控制措施</b><

31、;/p><p>　　7.1 質(zhì)量控制標準</p><p>　　布孔、鉆孔、終孔、漿液原材料必須符合設(shè)計要求。壓力注漿需滿足設(shè)計及《注漿技術(shù)規(guī)程》--YSJ 911-92、YBJ 44-92要求。</p><p>　　7.2 質(zhì)量控制措施</p><p>　　7.2.1 建立健全質(zhì)量管理體系，制定質(zhì)量目標，設(shè)置質(zhì)量預(yù)控點。</p>&

32、lt;p>　　7.2.2 加強原材料質(zhì)量控制，確保漿液配置質(zhì)量可控。</p><p>　　7.2.3 對施工人員進行崗前培訓和技術(shù)交底，學習并掌握工程質(zhì)量檢驗標準、操作過程和工藝流程。</p><p>　　7.2.4 堅持文明施工，施工現(xiàn)場保持整齊、有序。</p><p><b>　　8.安全控制措施</b></p><

33、;p>　　8.1 建立安全組織機構(gòu)，設(shè)立專人負責安全教育、檢查和監(jiān)督各項安全規(guī)程和制度的執(zhí)行情況。</p><p>　　8.2 嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程，機械操作手和特殊工種作業(yè)人員必須經(jīng)過專門培訓，考試合格取得上崗證才能進場作業(yè)。</p><p>　　8.3 注漿管路應(yīng)暢通，防止塞泵、塞管，使用后要使用注壓清水清洗干凈。</p><p>　　8.4 移動式注漿車

34、間基礎(chǔ)必須穩(wěn)固，轉(zhuǎn)動部位設(shè)置防護裝置；機電設(shè)備必須配漏電保護器，注意保護過路電纜，機電設(shè)備不準帶故障運轉(zhuǎn)或超負荷作業(yè)。檢修設(shè)備時必須切斷電源，并掛牌告示。</p><p>　　8.5 定期檢查、維護保養(yǎng)機電設(shè)備，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。</p><p>　　8.6 夜間施工必須有足夠的照明，臨時照明電線和燈具應(yīng)高出地表2.5m，且電線必須使用專用的電纜線。</p><p>

35、;　　8.7 操作鉆孔機械和注漿機械的人員必須與孔口人員密切配合，做到穩(wěn)妥安全。</p><p>　　8.8 施工現(xiàn)場必須配備適量的消防器材，嚴禁明火取暖。</p><p><b>　　9.環(huán)保節(jié)能措施</b></p><p>　　9.1注漿流出的費漿、清洗機械的廢水等，在現(xiàn)場設(shè)置泥漿循環(huán)系統(tǒng)將所有漿液統(tǒng)一回收處理，不得排放到河流、水溝、灌溉系

36、統(tǒng)里，以免造成河流和水源污染。</p><p>　　9.2 運輸車輛作好防止漏失措施，如有水泥漿、水泥、砂、水玻璃等漏失，及時清掃或回收，保持道路整潔。配備灑水車，對施工現(xiàn)場的運輸?shù)缆方?jīng)常進行灑水濕潤，減少揚塵。</p><p>　　9.3 廢棄物、生活、建筑垃圾，禁止隨地亂丟污染環(huán)境，進行統(tǒng)一管理，集中堆放，再運至制定地點處理。</p><p>　　9.4 地基處

37、理工期緊張，運至現(xiàn)場的水泥水化熱高，將出廠水泥進場靜置一段時間，砂等細骨料采取覆蓋措施，從源頭上降低溫度，以節(jié)約能源，減少降溫成本。</p><p>　　9.5 將施工場地和作業(yè)區(qū)盡量限制在工程建設(shè)用地范圍內(nèi)，合理布置，合理利用，規(guī)范圍擋，做到標識齊全、醒目，施工場地整潔文明。</p><p><b>　　10.效益分析</b></p><p>

38、;<b>　　10.1 經(jīng)濟效益</b></p><p>　　10.1 采用此工法施工，變?nèi)斯がF(xiàn)場拌制漿液為全機械化制備漿液，從而可以加快施工進度，減少施工時間，降低勞動強度。</p><p>　　10.2 本工法操作簡單、易于掌握、施工風險低。</p><p>　　10.3 本工法采用移動式注漿車間、通用材料及設(shè)備，使施工成本和工程量可控，工

39、點轉(zhuǎn)移方便。</p><p>　　10.4 本工法泥漿循環(huán)變單點循環(huán)為整區(qū)段循環(huán)，減少施工環(huán)境污染，適用性強，具有較大的推廣價值。</p><p>　　10.5采用該工法注漿能夠確保對封閉型溶洞的一次型注漿效果，減少反復(fù)鉆孔注漿費用，降低施工成本。經(jīng)測算，每個溶洞比傳統(tǒng)反復(fù)充填方法節(jié)省140元/米，為寧安鐵路降低總成本448萬元，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。</p><p&g

40、t;<b>　　10.2 社會效益</b></p><p>　　采用該工法注漿能夠確保封閉型溶洞的注漿質(zhì)量，為解決同類型高速鐵路巖溶路基處理提供技術(shù)依據(jù)，該工法已在寧安鐵路全面推廣使用，并得到鐵道部工管中心、鑒定中心專家認可，目前已經(jīng)得到上海鐵路局全路推廣。</p><p><b>　　11.工程實例</b></p><p&g

41、t;　　由中鐵十二局集團承建的寧安鐵路（銅池段）所屬巖溶路基工點共27處，長約9.5km，設(shè)計鉆孔15927孔，共約25.2萬延米。這些巖溶路基以覆蓋型巖溶為主，巖溶發(fā)育程度多為中等發(fā)育，局部地段為弱發(fā)育和強烈發(fā)育，溶洞多呈串珠狀，靠近覆蓋層溶洞多為全充填或部分充填，在覆蓋層以下則以空洞為主，地下水的不穩(wěn)定性造成溶洞不穩(wěn)定、易塌陷。設(shè)計要求全部采用注漿加固處理，保證鐵路范圍內(nèi)溶洞、溶溝、溶槽填充密實，巖層以上土層通過水泥漿液封閉，防止地

42、下水波動造成土層中空洞引起鐵路路基本體沉降或塌陷。</p><p>　　施工采用“先探后灌”的方法，先對路基進行勘察孔的施工，并匯總資料對溶洞的類型和分部進行分析，制定施工措施，再對注漿孔進行施工，施工中發(fā)現(xiàn)封閉型溶洞占溶洞比率的44%，針對封閉型溶洞采用多孔注漿法進行注漿，為保證施工進度，中鐵十二局集團寧安一標四分部共投入注漿車間3個，每個注漿車間日平均注漿量600m3，注漿總量達94410 m3。</p