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江底溶洞省料封闭可循环静压注浆系统及施工技术

		点击数：	更新时间： 2025年07月07日
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中国建筑一局（集团）有限公司科技创效推广应用技术名录
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（一六零）江底溶洞省料封闭可循环静压注浆系统及施工技术
1. 技术背景
溶洞是隧道工程施工经常遇见的地下岩溶形态，溶洞按照洞内充填物的状态和形式，可分为充
填型和非充填型溶洞。非充填型溶洞基本没有地下水与太多的沉积物，溶洞壁通常裸露；充填型溶
洞是指溶洞整个洞体大部分被碎屑沉积物、化学沉积物或地下水充满。盾构施工在遇溶洞区域（其
内含众多个溶洞空腔）施工时，尤其是溶洞在盾构施工线上时，盾构机械极易出现“栽头”“陷落”
“涌水”“突泥”“河床塌陷”等事故。
为确保盾构机安全、顺利通过溶洞区，需对侵入隧道主线1 .5 倍洞径范围内的众多个溶洞空腔
用水泥浆进行填充加固处理，减小不同地层之间的差异沉降以满足，减少管片渗漏，以保证盾构隧
道施工期和运营期的安全。传统的溶洞空腔封填技术采用钢套管护孔，孔内穿插一个注浆管的方法，
基本上如同浇筑水下混凝土技术，注浆管需要埋入所注浆液内一定深度，随着注浆深度而间歇性向
上提拔注浆管，最终用快干混凝土将溶洞封填。但此技术存在诸多弊端，由于孔壁地层砂砾层过厚
造成塌孔现象导致注浆管极难拔出或者压力不均衡造成溶洞底边界漏浆现象。尤其是其洞口紧邻隧
道主线1 .5 倍洞径范围内与作业面溶洞空腔相通的超大型溶洞，用快干混凝土溶洞封填技术封填该
超大型溶洞，不但会消耗大量的注浆液，使填充成本大幅度增加，还往往难于达到溶洞封填的目的；
造成溶洞封填失败，隧道主线改线，损失严重。
2. 技术简介
水上作业平台：由呈间隔距离并排设置的第一号船和第二号船所组成，第一号船和第二号船的
前后部船面上由两个桁架固定为一体。呈间隔距离分布的数根钢枕木的两端搭固在两个桁架之间的
两个船体船面上，每个船体的钢枕木上设有供钻孔钻机在其上运行的滑轨。两滑轨之间的两船体下
端为钻孔区，船体的外侧设有锚环，船体船面上设有发电区、材料区、循环过滤装置和泵站区。
水上作业平台
技术原理：用钢套管对钻孔钻机钻的孔进行护孔。钢套管内设有三根塑料管。两根为φ25×3.5mm
细塑料管分别为注浆管和注封孔液管，一根为φ50×3.5mm 的粗塑料管为注浆回泥管。注浆回泥管
的底端口封闭，注浆回泥管的底部呈间隔距离开设众多个φ5mm 的小孔。且小孔外设有封闭胶带。
注浆回泥管的底部位于溶洞空腔底部。注浆管插入注浆回泥管内且其一端位于注浆回泥管的内底部，
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另一端与注浆机出浆口相通。用于孔口封孔的注封孔液管的一端位于溶洞口上方1m 位置处，注封孔
液管的另一端相通双液注浆机。
封相邻溶洞口装置：由一根充介质塑料管和一膨胀囊所组成。充介质塑料管的一端与充介质机
相通，充介质塑料管的另一端位于密封的膨胀囊内且穿入位于相邻溶洞口上方的钢套管内，并携带
膨胀囊伸至相邻溶洞口处。
3. 适用范围
适用于江底盾构隧道遭遇溶洞的加固填充，且注浆范围深度＞6m，还可以用于建筑地基遭遇充
填型溶洞的填充加固施工。
4. 施工工艺流程及操作要点
4.1. 施工工艺流程
安装钢套管
钻孔
安装注浆管
孔口封孔
注浆
注浆管封孔
浆液制备
灌浆试验
废浆处理
拔出钢套管
搭建作业平台
施工工艺流程图
4.2. 施工操作要点
4.2.1 搭建作业平台
根据工程需要，采用两艘船搭建1 处水上作业平台，分别在每艘船上放置一台冲击回转成孔钻
机，两船抛锚固定，中间设三米宽钢板连接牢固，作为作业平台，该平台可根据溶洞注浆位置适时
移动和定位。
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4.2.2 安装钢套管
根据溶洞的水上物探结果，进行移船定位，确定钻孔位置，采用YGL-C200 全液压冲击钻机下放
φ146mm 保护钢套管进行护孔，钢套管长度按插入江底以下淤泥质土不小于4.0m，插入圆砾层及其
他土层不小于2.0m 控制。
图4.2.1 水上作业平台布置图
4.2.3 钻孔
采用XY-150 型地质钻孔及YGL-C200 全液压冲击钻机成孔，钻孔孔径采用φ146mm，钻头采用金
刚钻头或硬质合金钻头。施工过程，应确保钻孔深度达到设计要求。先对溶洞周边钻孔，再向内部
进行钻孔，边界孔采用钢套管注双液浆或加速凝剂控制边界。注浆孔按掘进范围外2×2m 间距，盾
构掘进范围内按间距3×3m 呈梅花型布置。
4.2.4 安装注浆管
注浆管采用两根φ25×3.5mm 和一根φ50×3.5mm 的PP-R 塑料管，其中一根φ25×3.5mmPP-R
塑料管用来孔口封孔，管底伸入到溶洞口上部1m 处，孔口封孔目的防止水泥浆浆液流失至江中，另
一根φ25×3.5mmPP-R 塑料管放置于Φ50*3.5mm 的PP-R 塑料管中构成一个浆液循环系统，其中Φ50
×3.5mm 的PP-R 塑料管底端封闭，并伸入到溶洞底部，该管在溶洞里的长度部分预先对称设置若干
φ5mm 小孔，竖向间距0.1m，用于浆液传输。φ25×3.5mmPP-R 的塑料管插入到φ50 的塑料管中，
底端与粗管间留有一部分空隙。
4.2.5 孔口封孔
采用水玻璃和水泥浆体积比为1:1 的双液浆注入深度达到溶洞孔口位置的φ25×3.5mm 注浆管，
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该管底部处于溶洞顶端上部1m 位置，注浆时间控制在10-15 分钟，分时间段形式注浆，每注浆3 分
钟停10 秒，使孔口位置迅速形成一段密实的水泥固态堵口状态；以便后续可循环注浆须加固的地层
浆液压力的维持及防止水泥浆液的流失至江中，封孔完毕将形成一个封闭的注浆循环系统。
图4.2.5 孔口封孔示意图
4.2.6 浆液制备
制浆材料必须称量，水泥等固相材料应采用重量称量法。水泥采用42.5 级普通硅酸盐水泥，制
备水灰比为0.6：1 的纯水泥浆液，输送浆液流速应为1.4～ 2.Om/s，各灌浆地点应测定来浆密度，
并根据各灌浆点的不同需要调制使用。浆液温度应保持在5～40℃，低于或超过此标准的应视为废
浆。测定浆液密度和粘滞度等参数，并作好记录。
4.2.7 灌浆试验
1 根据灌浆工程施工图纸的要求选定试验孔布置方式、孔深、灌浆分隔时间、灌浆压力等试验
参数。
2 在每一灌浆试验区内，按批准的灌浆试验大纲拟定的施工程序和方法进行灌浆试验，检查灌
浆的效果，整理分析试验孔的试验资料，并将灌浆试验成果总结，得出合理灌浆参数。
4.2.8 注浆
注浆压力一般为0.4-1.2Mpa;注浆压力从0.4 Mpa 逐步平衡提升，不瞬间加压。达到注浆终压
1.2 Mpa 并继续注浆10 分钟以上；注浆速度控制在30-70L/min，浆液比重约1.5，首先注浆到φ25
塑料管内，由φ50 管底的小孔流入到溶洞底部，通过浆液循环将溶洞空腔内的水和残渣挤到溶洞上
部，再由φ50 的小孔流入两管的空隙中，随浆液循环排出孔外。根据物探结果，溶洞区域水平方向
每隔两米设一注浆孔，呈梅花型布置，加固范围以隧道外轮廓1.5 倍洞径为界，其他方向以溶洞发
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育区轮廓为边界，如下图。
图4.2.8 溶洞注浆加固范围
4.2.9 注浆管封孔
采用水玻璃和水泥浆体积比为1:1 的双液浆注入深度达到孔底位置的φ25×3.5mm 注浆管，注
浆时间控制在10-15 分钟，分时间段形式注浆，每注浆3 分钟停10 秒，使注浆管内迅速形成一段密
实的水泥固态堵口状态，待φ25×3.5mm 和φ50×3.5mm 两个注浆管间隙向外排出双液浆时停止注双
液浆，此时溶洞内部已经饱和，双液浆快速凝固后完成注浆管封孔。
4.2.10 拔出钢套管
注浆完毕后，且浆液强度形成后，采用YGL-C200 全液压冲击钻拔出钢套管，拔出过程应缓慢匀
速，避免拔出过程对砂砾层造成较大扰动，保证注浆加固的效果。
4.2.11 废浆处理
通过浆液循环排出的水和残渣流入船上设置的储浆罐内，经沉淀过滤后的清澈水层可用于浆液
拌制，促进了浆液的循环利用，沉淀的残渣将由运输船统一运至岸边集中处理。
5. 材料与设备
表5.1 主要材料表
序号材料名称型号技术指标
1 水泥42.5 细度要求通过80μm 方孔筛，其筛余量不大
于5%
2 水玻璃-- 模数2.4~3.4，浓度Be=30～40
3 钢套管Φ146 具有足够强度
4 注浆管Φ50*3.5mmPP-R 具有足够强度
5 注浆管Φ25*3.5mmPP-R 具有足够强度
表5.2 主要机械设备表
序号设备名称型号数量用途
1 全液压冲击回转钻机YGL-150 1 钻孔
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2 全液压冲击回转钻机YGLC-200 1 钻孔
3 泥浆泵BW150 4 护筒内抽水
4 搅灌机WJG-80 5 浆液搅拌
5 双液灌浆泵2TGZ-120/105 4 灌浆
6 空压机4m3/min 1 提供气体压力
7 孔口装置6 注浆管导向
8 柴油发电机1 发电
9 运输船300t 4 交通运输
6. 效益计算分析
通过测算，经采用本专利技术，通过封闭系统设置，相比传统技术节约了注浆材料和机械消耗，
具体如下：
节约水泥浆250m3，单价928 元/m3，共计23.2 万元
节约双液浆160m3，单价1900 元/m3，共计30.4 万元
节约移船定位费用2.2 万元
累计共节约成本55.8 万元。
7. 应用实例
水上作业平台冲击钻冲孔
安装钢套管安装注浆管
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注浆施工废浆处理池
8. 技术咨询服务单位联系方式
技术提供单位中建市政工程有限公司
主要完成人陈俐光、姜涌、李新、胡建宾、王斓、李桐、白宇
技术咨询联系人陈俐光联系电话010-87531647

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