盾构施工中突遇溶洞的应急处置管理措施

盾构施工中突遇溶洞的应急处置管理措施
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。