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江底溶洞省料封閉可循環(huán)靜壓注漿系統(tǒng)及施工技術

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中國建筑一局（集團）有限公司科技創(chuàng)效推廣應用技術名錄
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（一六零）江底溶洞省料封閉可循環(huán)靜壓注漿系統(tǒng)及施工技術
1. 技術背景
溶洞是隧道工程施工經常遇見的地下巖溶形態(tài)，溶洞按照洞內充填物的狀態(tài)和形式，可分為充
填型和非充填型溶洞。非充填型溶洞基本沒有地下水與太多的沉積物，溶洞壁通常裸露；充填型溶
洞是指溶洞整個洞體大部分被碎屑沉積物、化學沉積物或地下水充滿。盾構施工在遇溶洞區(qū)域（其
內含眾多個溶洞空腔）施工時，尤其是溶洞在盾構施工線上時，盾構機械極易出現(xiàn)“栽頭”“陷落”
“涌水”“突泥”“河床塌陷”等事故。
為確保盾構機安全、順利通過溶洞區(qū)，需對侵入隧道主線1 .5 倍洞徑范圍內的眾多個溶洞空腔
用水泥漿進行填充加固處理，減小不同地層之間的差異沉降以滿足，減少管片滲漏，以保證盾構隧
道施工期和運營期的安全。傳統(tǒng)的溶洞空腔封填技術采用鋼套管護孔，孔內穿插一個注漿管的方法，
基本上如同澆筑水下混凝土技術，注漿管需要埋入所注漿液內一定深度，隨著注漿深度而間歇性向
上提拔注漿管，最終用快干混凝土將溶洞封填。但此技術存在諸多弊端，由于孔壁地層砂礫層過厚
造成塌孔現(xiàn)象導致注漿管極難拔出或者壓力不均衡造成溶洞底邊界漏漿現(xiàn)象。尤其是其洞口緊鄰隧
道主線1 .5 倍洞徑范圍內與作業(yè)面溶洞空腔相通的超大型溶洞，用快干混凝土溶洞封填技術封填該
超大型溶洞，不但會消耗大量的注漿液，使填充成本大幅度增加，還往往難于達到溶洞封填的目的；
造成溶洞封填失敗，隧道主線改線，損失嚴重。
2. 技術簡介
水上作業(yè)平臺：由呈間隔距離并排設置的第一號船和第二號船所組成，第一號船和第二號船的
前后部船面上由兩個桁架固定為一體。呈間隔距離分布的數(shù)根鋼枕木的兩端搭固在兩個桁架之間的
兩個船體船面上，每個船體的鋼枕木上設有供鉆孔鉆機在其上運行的滑軌。兩滑軌之間的兩船體下
端為鉆孔區(qū)，船體的外側設有錨環(huán)，船體船面上設有發(fā)電區(qū)、材料區(qū)、循環(huán)過濾裝置和泵站區(qū)。
水上作業(yè)平臺
技術原理：用鋼套管對鉆孔鉆機鉆的孔進行護孔。鋼套管內設有三根塑料管。兩根為φ25×3.5mm
細塑料管分別為注漿管和注封孔液管，一根為φ50×3.5mm 的粗塑料管為注漿回泥管。注漿回泥管
的底端口封閉，注漿回泥管的底部呈間隔距離開設眾多個φ5mm 的小孔。且小孔外設有封閉膠帶。
注漿回泥管的底部位于溶洞空腔底部。注漿管插入注漿回泥管內且其一端位于注漿回泥管的內底部，
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另一端與注漿機出漿口相通。用于孔口封孔的注封孔液管的一端位于溶洞口上方1m 位置處，注封孔
液管的另一端相通雙液注漿機。
封相鄰溶洞口裝置：由一根充介質塑料管和一膨脹囊所組成。充介質塑料管的一端與充介質機
相通，充介質塑料管的另一端位于密封的膨脹囊內且穿入位于相鄰溶洞口上方的鋼套管內，并攜帶
膨脹囊伸至相鄰溶洞口處。
3. 適用范圍
適用于江底盾構隧道遭遇溶洞的加固填充，且注漿范圍深度＞6m，還可以用于建筑地基遭遇充
填型溶洞的填充加固施工。
4. 施工工藝流程及操作要點
4.1. 施工工藝流程
安裝鋼套管
鉆孔
安裝注漿管
孔口封孔
注漿
注漿管封孔
漿液制備
灌漿試驗
廢漿處理
拔出鋼套管
搭建作業(yè)平臺
施工工藝流程圖
4.2. 施工操作要點
4.2.1 搭建作業(yè)平臺
根據(jù)工程需要，采用兩艘船搭建1 處水上作業(yè)平臺，分別在每艘船上放置一臺沖擊回轉成孔鉆
機，兩船拋錨固定，中間設三米寬鋼板連接牢固，作為作業(yè)平臺，該平臺可根據(jù)溶洞注漿位置適時
移動和定位。
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4.2.2 安裝鋼套管
根據(jù)溶洞的水上物探結果，進行移船定位，確定鉆孔位置，采用YGL-C200 全液壓沖擊鉆機下放
φ146mm 保護鋼套管進行護孔，鋼套管長度按插入江底以下淤泥質土不小于4.0m，插入圓礫層及其
他土層不小于2.0m 控制。
圖4.2.1 水上作業(yè)平臺布置圖
4.2.3 鉆孔
采用XY-150 型地質鉆孔及YGL-C200 全液壓沖擊鉆機成孔，鉆孔孔徑采用φ146mm，鉆頭采用金
剛鉆頭或硬質合金鉆頭。施工過程，應確保鉆孔深度達到設計要求。先對溶洞周邊鉆孔，再向內部
進行鉆孔，邊界孔采用鋼套管注雙液漿或加速凝劑控制邊界。注漿孔按掘進范圍外2×2m 間距，盾
構掘進范圍內按間距3×3m 呈梅花型布置。
4.2.4 安裝注漿管
注漿管采用兩根φ25×3.5mm 和一根φ50×3.5mm 的PP-R 塑料管，其中一根φ25×3.5mmPP-R
塑料管用來孔口封孔，管底伸入到溶洞口上部1m 處，孔口封孔目的防止水泥漿漿液流失至江中，另
一根φ25×3.5mmPP-R 塑料管放置于Φ50*3.5mm 的PP-R 塑料管中構成一個漿液循環(huán)系統(tǒng)，其中Φ50
×3.5mm 的PP-R 塑料管底端封閉，并伸入到溶洞底部，該管在溶洞里的長度部分預先對稱設置若干
φ5mm 小孔，豎向間距0.1m，用于漿液傳輸。φ25×3.5mmPP-R 的塑料管插入到φ50 的塑料管中，
底端與粗管間留有一部分空隙。
4.2.5 孔口封孔
采用水玻璃和水泥漿體積比為1:1 的雙液漿注入深度達到溶洞孔口位置的φ25×3.5mm 注漿管，
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該管底部處于溶洞頂端上部1m 位置，注漿時間控制在10-15 分鐘，分時間段形式注漿，每注漿3 分
鐘停10 秒，使孔口位置迅速形成一段密實的水泥固態(tài)堵口狀態(tài)；以便后續(xù)可循環(huán)注漿須加固的地層
漿液壓力的維持及防止水泥漿液的流失至江中，封孔完畢將形成一個封閉的注漿循環(huán)系統(tǒng)。
圖4.2.5 孔口封孔示意圖
4.2.6 漿液制備
制漿材料必須稱量，水泥等固相材料應采用重量稱量法。水泥采用42.5 級普通硅酸鹽水泥，制
備水灰比為0.6：1 的純水泥漿液，輸送漿液流速應為1.4～ 2.Om/s，各灌漿地點應測定來漿密度，
并根據(jù)各灌漿點的不同需要調制使用。漿液溫度應保持在5～40℃，低于或超過此標準的應視為廢
漿。測定漿液密度和粘滯度等參數(shù)，并作好記錄。
4.2.7 灌漿試驗
1 根據(jù)灌漿工程施工圖紙的要求選定試驗孔布置方式、孔深、灌漿分隔時間、灌漿壓力等試驗
參數(shù)。
2 在每一灌漿試驗區(qū)內，按批準的灌漿試驗大綱擬定的施工程序和方法進行灌漿試驗，檢查灌
漿的效果，整理分析試驗孔的試驗資料，并將灌漿試驗成果總結，得出合理灌漿參數(shù)。
4.2.8 注漿
注漿壓力一般為0.4-1.2Mpa;注漿壓力從0.4 Mpa 逐步平衡提升，不瞬間加壓。達到注漿終壓
1.2 Mpa 并繼續(xù)注漿10 分鐘以上；注漿速度控制在30-70L/min，漿液比重約1.5，首先注漿到φ25
塑料管內，由φ50 管底的小孔流入到溶洞底部，通過漿液循環(huán)將溶洞空腔內的水和殘渣擠到溶洞上
部，再由φ50 的小孔流入兩管的空隙中，隨漿液循環(huán)排出孔外。根據(jù)物探結果，溶洞區(qū)域水平方向
每隔兩米設一注漿孔，呈梅花型布置，加固范圍以隧道外輪廓1.5 倍洞徑為界，其他方向以溶洞發(fā)
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育區(qū)輪廓為邊界，如下圖。
圖4.2.8 溶洞注漿加固范圍
4.2.9 注漿管封孔
采用水玻璃和水泥漿體積比為1:1 的雙液漿注入深度達到孔底位置的φ25×3.5mm 注漿管，注
漿時間控制在10-15 分鐘，分時間段形式注漿，每注漿3 分鐘停10 秒，使注漿管內迅速形成一段密
實的水泥固態(tài)堵口狀態(tài)，待φ25×3.5mm 和φ50×3.5mm 兩個注漿管間隙向外排出雙液漿時停止注雙
液漿，此時溶洞內部已經飽和，雙液漿快速凝固后完成注漿管封孔。
4.2.10 拔出鋼套管
注漿完畢后，且漿液強度形成后，采用YGL-C200 全液壓沖擊鉆拔出鋼套管，拔出過程應緩慢勻
速，避免拔出過程對砂礫層造成較大擾動，保證注漿加固的效果。
4.2.11 廢漿處理
通過漿液循環(huán)排出的水和殘渣流入船上設置的儲漿罐內，經沉淀過濾后的清澈水層可用于漿液
拌制，促進了漿液的循環(huán)利用，沉淀的殘渣將由運輸船統(tǒng)一運至岸邊集中處理。
5. 材料與設備
表5.1 主要材料表
序號材料名稱型號技術指標
1 水泥42.5 細度要求通過80μm 方孔篩，其篩余量不大
于5%
2 水玻璃-- 模數(shù)2.4~3.4，濃度Be=30～40
3 鋼套管Φ146 具有足夠強度
4 注漿管Φ50*3.5mmPP-R 具有足夠強度
5 注漿管Φ25*3.5mmPP-R 具有足夠強度
表5.2 主要機械設備表
序號設備名稱型號數(shù)量用途
1 全液壓沖擊回轉鉆機YGL-150 1 鉆孔
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2 全液壓沖擊回轉鉆機YGLC-200 1 鉆孔
3 泥漿泵BW150 4 護筒內抽水
4 攪灌機WJG-80 5 漿液攪拌
5 雙液灌漿泵2TGZ-120/105 4 灌漿
6 空壓機4m3/min 1 提供氣體壓力
7 孔口裝置6 注漿管導向
8 柴油發(fā)電機1 發(fā)電
9 運輸船300t 4 交通運輸
6. 效益計算分析
通過測算，經采用本專利技術，通過封閉系統(tǒng)設置，相比傳統(tǒng)技術節(jié)約了注漿材料和機械消耗，
具體如下：
節(jié)約水泥漿250m3，單價928 元/m3，共計23.2 萬元
節(jié)約雙液漿160m3，單價1900 元/m3，共計30.4 萬元
節(jié)約移船定位費用2.2 萬元
累計共節(jié)約成本55.8 萬元。
7. 應用實例
水上作業(yè)平臺沖擊鉆沖孔
安裝鋼套管安裝注漿管
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注漿施工廢漿處理池
8. 技術咨詢服務單位聯(lián)系方式
技術提供單位中建市政工程有限公司
主要完成人陳俐光、姜涌、李新、胡建賓、王斕、李桐、白宇
技術咨詢聯(lián)系人陳俐光聯(lián)系電話010-87531647

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