CN109440794A - 一种适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方法，包括：1）在隧道掌子面前方地面，分别沿平行和垂直隧道方向施作岩溶探测孔兼做后续注浆孔；2）根据探测孔结果确定岩溶洞体尺寸大小与填充状态；3）确定溶洞的处理范围；4）在溶洞处理范围内底边及侧边采用水泥水玻璃双液浆施工形成止浆墙；5）止浆墙形成之后，根据溶洞不同尺寸大小和填充状态，采用地面处理方法对溶洞进行处理；6）溶洞处理施工完毕之后，对处理区进行抽芯检测试验获取充填密实情况。该方法溶洞探测精度高、溶洞处置技术精细、隧道施工过程中安全性高，具有较好的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方法。
背景技术
随着我国城市建设速度的加快，在富水岩溶地区修建地铁隧道也越来越普遍。富水岩溶地区围岩遇水风化软化严重，稳定性较差，节理裂隙发育，易发生塑性变形和流变，严重影响隧道正常施工和安全。特别是浅埋地铁隧道，多以盾构法施工为主，一旦遇到未探测到或未处置好的溶洞，极易发生突水突泥灾害，轻则造成盾构停工影响工期，重则掩埋盾体机毁人亡。因此，施工过程中对隧道前方不良地质体（主要为岩溶）的超前探测与实时预报显得尤为重要。国内外隧道施工地质超前预报技术通常有以下几种方法地质法、超前平导法、超前水平钻孔法、超前钻孔声波测井及跨孔声波透射法及波反射法等。但目前预报地质灾害的位置精度及规模精度并不是很理想，例如隧道超前探测主要手段之一的TSP技术一般有效预报距离在100m~150m范围。
此外，浅埋地铁隧道的岩溶发育具有以下三个特征：（1）溶洞发育密集。以泉城济南地铁R1线为例，仅在王府庄站～大杨庄站区间里程K30+510~K30+850段，钻孔揭露的溶洞就有129个。（2）溶洞发育大小不一。有些溶洞较小，呈串珠形发育，有些溶洞在长期的地下水作用下规模不断扩大。上述129个溶洞中，小于1m的溶洞79个，占溶洞总数的61.2%；≥3m的溶洞23个，占溶洞总数的17.8%。（3）溶洞发育特征差异大，有填充和无填充溶洞发育随机。隧道施工过程中，溶洞周围岩体应力发生变化，溶洞充填物易坍塌流失，产生空洞，影响围岩稳定性。上述三个特征加剧了施工过程中岩溶预报的难度，对工程的安全性造成不利影响。
针对上述问题，国内外学者进行了大量研究。中国发明专利（CN104278667A）公开了一种地下溶洞充填处理方法：包括地质勘察、塌孔保护、钻孔、注浆作业等工序。虽然可以对溶洞进行填充，但是由于溶洞在地层的大小位置差别，容易造成浆液浪费，延长施工周期等。中国专利（CN108149672A）公开了一种地下溶洞的处理方法：针对不同尺寸大小的溶洞提出相应的处置方法，能够缩短施工周期，提高施工效率。但是该方法并未考虑填充型溶洞也未并不是针对盾构隧道。中国专利（CN203769782U）提出了一种盾构隧道不良地质预报装置，采用雷达系统设置于盾构机的刀盘上获取前方地质体信息。但是该方法精度有限，无法获取不良地质体准确的发育规模与填充状态，无法为后续处置技术的选择提供依据。
从溶洞的探测技术来看，溶洞发育的方位与大小是探测结果好坏的两个重要指标，而现有的超前地质预报大多针对传统矿山法开挖隧道，能够解决具体工程问题，但对于盾构法施工隧道的不足之处在于超前钻受盾构空间局限，无法有效开展，物探技术仅能初步确定其方位与大小，无法准确获取溶洞直径与填充状态。从溶洞的处置技术来看，现有方法均从主体原则着手，仅提出了溶洞的总体处置思路，没有分类针对不同溶洞的尺寸和填充状态做出精细化的处置技术。因此，针对浅埋地铁隧道盾构施工的特殊工程实际，发明一种能够精细探测隧道前方溶洞特性及相应的处置方法是非常必要的，也具有重要市场应用前景。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方案。
第一方面，本申请实施例提供了一种适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方法，包括如下步骤：
1）在隧道掌子面前方地面，分别沿平行和垂直隧道方向施作岩溶探测孔兼做后续注浆孔；
2）根据探测孔结果确定岩溶洞体尺寸大小与填充状态；
3）确定溶洞的处理范围；
4）在溶洞处理范围内底边及侧边采用水泥水玻璃双液浆施工形成止浆墙；
5）止浆墙形成之后，根据溶洞不同尺寸大小和填充状态，采用地面处理方法对溶洞进行处理；
6）溶洞处理施工完毕之后，对处理区进行抽芯检测试验获取充填密实情况；
7）在盾构隧道施工通过溶洞之后，通过管片预留注浆管向隧道底部围岩体进行注浆，以提高围岩整体强度。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。在本申请的某些实施例中，所述的步骤1中探测孔兼做注浆孔采用XY-90地质钻机，钻头直径采用91mm，钻孔呈正方形布置，其中平行于隧道方向间距5m，垂直于隧道方向间距2.5m，以探到溶洞边界为止。
在本申请的某些实施例中，所述的步骤2中溶洞尺寸大小根据洞穴高度划分为小于1m、1m到4m和大于4m三类，填充状态根据填充程度划分为无填充、半填充和全填充三类。
在本申请的某些实施例中，所述的步骤3中溶洞处理范围为隧道两侧及底部均为外延5m，上部处理范围延续至地表，处理范围剖面呈正方形。
在本申请的某些实施例中，所述的步骤4中止浆墙只存在于处理范围的两侧和底部，厚度均为3m。水泥水玻璃双液浆中，水泥浆水灰重量比1:1，水泥浆-水玻璃体积比为1:0.5~1，水玻璃波美度35，注浆压力应控制在0.3~0.6MPa。
在本申请的某些实施例中，所述的步骤5中，针对不同类型，具体处理方法为：（1）对于全填充溶洞采用压力注浆的方法进行填充加固；（2）对于岩溶洞穴高度≤1m的无填充和半填充溶洞的直接采用1：1水泥浆液进行压力注浆；（3）对1m＜洞高≤4m的无填充溶和半填充溶洞，先采用吹砂处理后注浆加固；（4）对于洞高＞4m的特大型无填充溶洞，先投碎石后注浆加固。投碎石处理时在原钻孔0.5m范围内施作2个投石孔，相互作为出气孔。上述四种处置方法中，注浆材料均采用水灰比1：1水泥浆，注浆压力控制在0.3~0.6MPa。
在本申请的某些实施例中，所述的步骤6中，采用抽芯钻来检查溶洞的充盈程度，对大于1m溶洞检测数量每个溶洞不少于1个，检测孔要求洞内全填充，达不到要求应补充注浆。
在本申请的某些实施例中，所述的步骤7中，加固范围根据溶洞情况确定，注浆管采用42钢花管（钢花管壁厚3.5mm），浆液采用水灰比1：1水泥浆，注浆压力为0.3~0.6MPa。
本申请实施例提供的适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方法，具有以下优点和效果：
① 溶洞探测精度高。针对浅埋盾构地铁隧道的施工特点，采用地面钻探方式，能够精确获取掌子面前方溶洞的发育规模与填充状态，溶洞探测边界范围能控制在0.1m以内，填充状态能100%确定，为后续合理的溶洞精细化处置技术提供了精确的数据支撑，且探测孔兼做后续注浆孔，有效的降低工程造价，缩短工期；
② 溶洞处置技术精细。根据不同的溶洞发育规模及填充状态，采用相应的溶洞处置技术，结合溶洞探测技术，形成一套精细化的盾构地铁隧道岩溶探测与处置方法，能够快速有效地处理溶洞，节约工程材料，提高施工效率。
③ 隧道施工过程中安全性高。由于针对溶洞采用精细化的探测与处置技术，能够及时准确的处理施工过程中遇到的各类型溶洞，并随时抽检溶洞处置质量，能够确保盾构的安全高效掘进，防止溶洞突水突泥等次生灾害的发生。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了本申请实施例1中探测孔布置示意图；
图2示出了本申请实施例1中溶洞处理范围图。
其中，1、探测孔兼注浆孔，2、隧道，3、地表，4、溶洞，6、溶洞处理范围线，7、止浆墙。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分而不是全部的实施例。为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，通常在此附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“设置”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
对于1m＜洞高≤4m的半填充溶洞，适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方法，包括如下步骤：
1）在隧道掌子面前方地面，分别沿平行和垂直隧道方向施作岩溶探测孔兼做后续注浆孔，探测孔兼做注浆孔采用XY-90地质钻机，钻头直径采用91mm，钻孔呈正方形布置，其中平行于隧道方向间距5m，垂直于隧道方向间距2.5m，以探到溶洞4的边界为止，具体布置图如图1所示。
2）探测孔探测结果显示，溶洞高度为3m，填充状态为半填充，溶洞位于隧道正前方，并根据探测孔结果确定岩溶洞体尺寸大小与填充状态。
3）确定溶洞的处理范围，其中溶洞处理范围线6如图2所示，即隧道两侧及底部均为外延5m，上部处理范围延续至地表，处理范围剖面呈正方形。
4）在溶洞处理范围内底边及侧边采用水泥水玻璃双液浆施工形成止浆墙7，其中水泥水玻璃双液浆中，水泥浆水灰重量比1:1，水泥浆-水玻璃体积比为1:0.5~1，水玻璃波美度35，注浆压力应控制在0.3~0.6MPa。
5）止浆墙形成之后，根据溶洞不同尺寸大小和填充状态，采用地面处理方法对溶洞进行处理，具体步骤为：首先下投料管至溶洞顶面，并在地面用夹具固定，安装吹砂漏斗吹入砂充填溶洞；拔出投料管并安装PVC注浆管，深度至溶洞底面；安装双塞注浆芯管并拌制水泥浆液，分层压力注浆，使溶洞充填物被压密、渗透、固结。注浆材料均采用水灰比1：1水泥浆，注浆压力控制在0.3~0.6MPa。
6）溶洞处理施工完毕之后，对处理区内进行抽芯检测试验获取充填密实情况。结果表明，隧道整体稳定性较好，没有出现渗水及衬砌大变形的情况，综合处置措施得当。
7）在盾构隧道施工通过溶洞之后，通过管片预留注浆管向隧道底部围岩体进行注浆，以提高围岩整体强度。
实施例2
对于洞高>4m的无填充溶洞，适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方法，包括如下步骤：
1）在隧道2的掌子面前方地面，分别沿平行和垂直隧道方向施作探测孔兼注浆孔1（即岩溶探测孔兼做后续注浆孔）。探测孔兼做注浆孔采用XY-90地质钻机，钻头直径采用91mm，钻孔呈正方形布置，其中平行于隧道方向间距5m，垂直于隧道方向间距2.5m，以探到溶洞边界为止，具体布置图如图1所示。
2）探测孔探测结果显示，溶洞高度为5m，填充状态为无填充，溶洞位于隧道前下方，并根据探测孔结果确定岩溶洞体尺寸大小与填充状态。
3）确定溶洞处理范围：隧道两侧及底部均为外延5m，上部处理范围延续至地表3，处理范围剖面呈正方形。
4）在溶洞处理范围内底边及侧边采用水泥水玻璃双液浆施工形成止浆墙（图2所示），其中水泥水玻璃双液浆中，水泥浆水灰重量比1:1，水泥浆-水玻璃体积比为1:0.5~1，水玻璃波美度35，注浆压力应控制在0.3~0.6MPa。
5）止浆墙形成之后，根据溶洞不同尺寸大小和填充状态，采用地面处理方法对溶洞进行处理。具体步骤为：先在原探测孔孔附近约0.5米范围内施作2个投石孔，两投石孔还可互做出气孔。在投石孔下套管至溶洞孔顶，逐步往洞内投碎石直至孔顶；在注浆孔内安装PVC注浆管，深度至溶洞底面，安装双塞注浆芯管并拌制水泥浆液，分层压力注浆，使溶洞内随时被压密、渗透、固结。注浆材料均采用水灰比1：1水泥浆，注浆压力控制在0.3~0.6MPa。
6）溶洞处理施工完毕之后，对处理区进行抽芯检测试验获取充填密实情况。采用抽芯钻来检查溶洞的充盈程度，设置4个检测孔钻孔取芯，检测孔显示溶洞充盈紧实，处置效果较好。盾构施工过程中顺利通过该溶洞，没有出现突涌水及卡停机情况。在盾构通过溶洞之后，采用管片上预留的注浆孔对底部围岩进行注浆加固处理，注浆管采用42钢花管（钢花管壁厚3.5mm），浆液采用水灰比1：1水泥浆，注浆压力为0.3~0.6MPa。施工完成之后，隧道整体稳定性较好，没有出现渗水及衬砌大变形的情况，综合处置措施得当。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (8)
1.一种适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）在隧道掌子面前方地面，分别沿平行和垂直隧道方向施作岩溶探测孔兼做后续注浆孔；
2）根据探测孔结果确定岩溶洞体尺寸大小与填充状态；
3）确定溶洞的处理范围；
4）在溶洞处理范围内底边及侧边采用水泥水玻璃双液浆施工形成止浆墙；
5）止浆墙形成之后，根据溶洞不同尺寸大小和填充状态，采用地面处理方法对溶洞进行处理；
6）溶洞处理施工完毕之后，对处理区内进行抽芯检测试验获取充填密实情况；
7）在盾构隧道施工通过溶洞之后，通过管片预留注浆管向隧道底部围岩体进行注浆，以提高围岩整体强度。
2.根据权利要求书1所述的一种适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方法，其特征在于：所述的步骤1中探测孔兼做注浆孔采用XY-90地质钻机，钻头直径采用91mm，钻孔呈正方形布置，其中平行于隧道方向间距5m，垂直于隧道方向间距2.5m，以探到溶洞边界为止。
3.根据权利要求书1所述的一种适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方法，其特征在于：所述的步骤2中溶洞尺寸大小根据洞穴高度划分为小于1m、1m到4m和大于4m三类，填充状态根据填充程度划分为无填充、半填充和全填充三类。
4.根据权利要求书1所述的一种适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方法，其特征在于：所述的步骤3中溶洞处理范围为隧道两侧及底部均为外延5m，上部处理范围延续至地表，处理范围剖面呈正方形。
5.根据权利要求书1所述的一种适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方法，其特征在于：所述的步骤4中止浆墙只存在于处理范围的两侧和底部，厚度均为3m，水泥水玻璃双液浆中，水泥浆水灰重量比1:1，水泥浆-水玻璃体积比为1:0.5~1，水玻璃波美度35，注浆压力应控制在0.3~0.6MPa。
6.根据权利要求书1所述的一种适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方法，其特征在于：所述的步骤5中，针对不同类型，具体处理方法为：（1）对于全填充溶洞采用压力注浆的方法进行填充加固；（2）对于岩溶洞穴高度≤1m的无填充和半填充溶洞的直接采用1：1水泥浆液进行压力注浆；（3）对1m＜洞高≤4m的无填充溶和半填充溶洞，先采用吹砂处理后注浆加固；（4）对于洞高＞4m的特大型无填充溶洞，先投碎石后注浆加固，投碎石处理时在原钻孔0.5m范围内施作2个投石孔，相互作为出气孔，
上述四种处置方法中，注浆材料均采用水灰比1：1水泥浆，注浆压力控制在0.3~0.6MPa。
7.根据权利要求书1所述的一种适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方法，其特征在于：所述的步骤6中，采用抽芯钻来检查溶洞的充盈程度，对大于1m溶洞检测数量每个溶洞不少于1个，检测孔要求洞内全填充，达不到要求应补充注浆。
8.根据权利要求书1所述的一种适用于浅埋地铁盾构施工隧道岩溶的精细处置方法，其特征在于：所述的步骤7中，加固范围根据溶洞情况确定，注浆管采用42钢花管（钢花管壁厚3.5mm），浆液采用水灰比1：1水泥浆，注浆压力为0.3~0.6MPa。
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