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盾构隧道穿越溶洞的预处理技术

郑志波

【摘要】本文介绍了盾构法施工地铁隧道时，盾构机穿越溶洞区域超前处理的目的、

处理方法以及施工工艺等，并结合工程实例对所述方法的可行性进行探讨。

【关键词】溶洞预处理施工工艺

1前言

为满足城市越来越大的交通功能需要，目前全国许多大中城市均开始修建地铁。地铁

隧道施工常采用的方法为盾构法，当盾构机穿越区域存在溶洞时，为了确保盾构机安全、顺

利地通过溶洞区，避免涌水、沉陷等意外事故的发生，也为了保证今后地铁的正常、安全营

运，需对此区段内的溶洞进行超前处理。

2溶洞处理的目的

1）确保盾构机掘进期间的安全：位于隧道底的溶洞，不论有无充填物，其承载力都很

低，通过对溶洞处理，确保盾构机安全、顺利通过溶洞区，避免盾构机突陷等意外事故的发

生。

2）防止地表塌陷和过大沉降：位于隧道顶的溶洞，其填充物多为淤泥、砂或粘土。不

少溶洞呈串珠状分布于隧道工作面范围，由于溶洞隔板为岩层，难以形成土压平衡掘进模式。

通过处理，使隧道顶的地层和工作面土体能保持稳定，防止拱顶坍塌、工作面土体流失，减

少地表沉降。

3）满足永久隧道结构的承载力、变形及防水要求：溶洞填充物和灰岩地层承载力有很

大的差别。通过对地层处理，提高该处地层的承载力，以满足地铁正常运营。

3溶洞处理方法

对需要处理的溶（土）洞，按充填情况可分为全充填、半充填及无充填三种类型。根据

溶洞的空间分布、溶洞与隧道的位置关系、溶洞充填情况，提出具体的溶洞处理方法：

1）全充填溶洞处理方法:采用压力注浆的方法进行充填加固，注浆压力从低到高，间歇、

反复压浆。采用的注浆方式主要有：花管注浆和袖阀管注浆等。

2）无充填溶洞和半充填溶洞处理方法：对大于2m以上的无充填溶洞和半充填溶洞，

先采用填砂处理，后采用注浆加固的方法。小于2m的无充填溶洞和半充填溶洞，可直接采

用注浆填充。

4施工工艺流程及其特点
在实际施工中，根据溶洞的类型、大小等情况，选用不同的施工工艺进行处理，常采用

的施工工艺主要有下述几种：

4.1花管注浆施工工艺流程

1）钻孔：在确定要注浆的位置上用工程钻机钻孔至预定深度；

2）制作花管：花管采用Φ25PVC管制作。在需要注浆的深度范围内，PVC管按间隔

约10cm的距离对开两个直径5mm的小孔，上下两排孔的位置相互垂直，钻孔的PVC管外

面包上两层防水胶布；

3）下花管：在已完成的钻孔中下入已制作好的花管；

4）封孔：在下好PVC管的钻孔中距孔口2-3m位置用水泥砂浆进行封孔；

5）管线连接：在封孔达到2天龄期后，将注浆压力管与花管进行连接；

6）制浆：按设计规定的水灰比制备水泥浆液；

7）注浆：启动注浆泵，压送清水，在此过程中压力逐步提高，直到冲开封胶压力回落

后，泵送水泥浆液，一直注浆到设计所规定的压力并稳定为止。在此过程中可根据实际需要

或设计规定进行间歇注浆，直至符合设计要求为止；

8）做好注浆过程中各项记录：注浆时间、注浆压力、水泥用量、水灰比、注浆过程出

现的特殊情况等；注浆达到设计要求后，清洗管路及花管，拆除注浆管，进行下一孔的注浆。

花管注浆示意图如图1所示：

图1花管注浆示意图

花管注浆常用于全充填式、半填充式溶洞注浆，其主要特点是：

1）花管注浆适合于厚度较大的松散土层、有充填物或无充填物的溶洞；

2）可灌注的范围较大，适应范围较广，可以成片灌注；

3）没有止浆塞，浆液可以沿孔隙自由扩散不受限制，最终在一定范围内达到压力均衡；

4）工序较简单，可以多次反复灌注；
5）不适合于高压注浆(花管接口在注浆压力高时易冲脱)。

4.2袖阀管注浆工艺流程

1）钻孔：在确定要注浆的位置上用工程钻机钻孔至预定深度；

2）清孔：在已完成的钻孔中用浓泥浆进行清孔，排除粗颗粒渣土；

3）下套壳料：按设计的配合比配制好套壳料，并从孔底往上灌注套壳料至到孔口；

4）制作袖阀管：袖阀管采用直径50-60mm的PVC管制作。在需要注浆的深度范围内，

PVC管按间隔33-50cm钻一组射浆孔，并在外面套上一层约3mm厚的橡胶膨胀圈(即袖阀)，

两端用防水胶布密封；

5）下袖阀管：在下完套壳料的钻孔中下人已制作好的袖阀管；

6）管线连接：在套壳料达到一定龄期后(约3天)，在袖阀管内下入注浆钢管，其上下

各带有止浆塞，将注浆压力管与袖阀管内的注浆钢管进行连接；

7）制浆：按设计规定的水灰比制备水泥浆液；

8）开环注浆：将注浆钢管下至需要注浆的孔段，启动注浆泵，压送清水，在此过程中

压力逐步提高，直到冲开橡胶袖阀及所对应位置的套壳，压力回落后，泵送水泥浆液，一直

注浆到设计所规定的压力并稳定为止。在此过程中可根据实际需要或设