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，