XXX铁路工程溶洞处理专项施工方案.docx

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XXX铁路工程溶洞处理专项施工方案

XXX标段

溶洞处理专项施工方案

编制：

审核：

审批：

XXX公司

XXX铁路工程指挥部第二项目部

年月日

目录

第一章、溶洞处理专项施工方案1

一、编制依据、目的及适用范围1

二、编制目的及适用范围1

第二章、工程概况及地质情况2

一、工程概况2

二、溶洞分布情况2

二、工程地质情况概述5

第三章、溶洞桩施工的主要施工方法及流程6

一、方案一（回填）6

二、方案二（长钢护筒+回填）8

第四章施工中常见问题的处理12

一、漏浆、塌孔12

二、斜孔12

三、卡钻、掉钻、埋钻12

四、筋笼被卡13

五、混凝土严重超灌13

六、其它13

第五章、溶洞处理方案选择、工作流程及处理溶洞工程量的确认14

一、方案选择14

二、工作流程14

三、工程量确认14

第六章、注意事项15

一、安全注意事项15

二、质量注意事项15

三、装吊护筒加工时注意事项15

四、护筒施工质量注意事项16

第七章、安全保证措施17

一、安全保障制度17

二、吊装过程安全控制措施18

第八章、文明施工保证措施20

一、文明施工目标20

二、施工现场材料管理20

三、管理形象20

四、文明施工管理组织机构20

五、文明施工管理制度20

第九章、环境保护及水土保持措施21

一、建立健全环水保管理检查制度21

二、制订针对性的环境和生态环境保护措施21

第十章、塌孔预案23

一、应急组织机构23

二、职责24

三、预案启动24

四、伤亡人员抢救25

五、工程抢救及周边保护25

六、恢复25

七、应急救援行动的优先原则25

第一章、溶洞处理专项施工方案

一、编制依据、目的及适用范围

1、编制依据

（1）铁建设[2004]8号《新建时速200公里客货共线铁路工程施工质量验收暂行标准》

（2）《新建时速200km客货共线铁路设计暂行规定》（铁建设函[2005]285号）

（3）《铁路桥梁钻孔桩施工技术指南》（TZ322-2010）

（4）《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》（TZ203-2008）

（5）《承台及钻孔灌注桩设计参考图》（桥参07）

（6）本公司以往类似工程的施工经验。

二、编制目的及适用范围

1、编制目的

为保证新建XXX铁路XXX大桥,XXX大桥钻孔灌注桩基础的顺利完成，保证溶洞桩基的顺利成孔、成桩并满足承载力要求，杜绝桩基施工中安全事故的发生，保证施工过程对水土及环境无污染，特制定本专项施工方案。

2、适用范围

本方案适用于XXX标段桥梁钻孔灌注桩溶洞处理的施工。

第二章、工程概况及地质情况

一、工程概况

XXX公司XXX铁路工程指挥部第二项目部主要承建的XXX铁路工程起讫里程为DK32+000～K33+080（长链23.721.35km，即D1K56+801.35），正线长24.801Km。

XXX大桥属于新建XXX铁路站前工程1标范围内一座特大桥，中心里程为DK50+746.278，起讫里程为DK046+274.565～D1K055+216.165全桥长8941.60m。

其中DK046+274.565～D1K051+232.690为双线桥部分，D1K051+232.690～D1K053+256.155为单线桥部分，D1K053+256.155～D1K053+546.955为双线道岔梁部分，D1K053+546.955～D1K055+216.165为单线桥部分。

全桥共计2053根桩基，其中摩擦桩385根，柱桩1668根。

XXX大桥属于新建XXX铁路站前工程1标范围内另一座特大桥，中心里程为YDK51+650.698，临洪大道大桥起止里程DK51+265.415～DK52+041.32，桥全长775.9m。

桥梁孔跨布置为：

21-32m+2-24m+1-32m槽型梁,全桥共计130根桩基，其中摩擦桩50根，柱桩80根。

二、溶洞分布情况

本标段桥梁桩基础均采用钻孔灌注桩基础，根据地质勘察报告显示，本工点内不良地质岩溶形态以溶洞为主，主要分布在DK51+871.455～DK51+928.93段。

以上两座桥地层主要为冲洪积黏性土、淤泥、粉土、粉、细、中、粗砂、下伏基岩为下元古界片麻岩和大理岩。

本项目共有六个墩位存在溶洞，其中XXX大桥151#，152#，153#墩共计15根桩需要穿过溶洞，XXX大桥21#，22#，23#墩共计14根桩需要穿过溶洞。

溶洞多发育在地表以下，全充填及无充填，单洞高0.1～0.9m，个别为多层溶洞。

溶洞分布情况见表2-1，2-2所示。

表2-1溶洞分布情况一览表（XXX大桥）

序号

墩号

桩号

桩径

桩基类型

孔底标高（m）

溶洞顶位置（m）

溶洞底位置（m）

溶洞区域厚度（m）

备注

1

151#

1

1

柱桩

-33.695

-27.91

-30.81

-28.20

-31.10

0.29

0.29

两层溶洞

2

151#

2

1

柱桩

-35.695

-29.65

-30.25

0.6

3

151#

3

1

柱桩

-35.695

-33.08

-33.28

0.2

4

151#

4

1

柱桩

-33.695

-28.40

-31.90

-29.70

-32.30

0.7

0.4

两层溶洞

5

151#

5

1

柱桩

-35.695

-29.18

-30.08

-29.50

-30.48

0.32

0.4

两层溶洞

6

152#

1

1

柱桩

-35.071

-31.38

-33.28

1.9

区间内存在多层溶洞

7

152#

2

1

柱桩

-37.071

-28.61

-34.61

6

区间内存在多层溶洞

8

152#

3

1

柱桩

-37.071

-27.92

-33.77

5.85

区间内存在多层溶洞

9

152#

4

1

柱桩

-35.071

-30.90

-32.10

-31.40

-32.50

0.5

0.4

两层溶洞

10

152#

5

1

柱桩

-37.071

-28.48

-29.18

0.7

11

153#

1

1

柱桩

-39.448

-30.65

-36.85

6.2

区间内存在多层溶洞

12

153#

2

1

柱桩

-41.448

-33.14

-38.99

5.85

区间内存在多层溶洞

13

153#

3

1

柱桩

-41.448

-34.10

-38.20

-34.75

-38.70

0.65

0.5

两层溶洞

14

153#

4

1

柱桩

-39.448

-35.53

-37.78

-35.93

-37.98

0.4

0.2

两层溶洞

15

153#

5

1

柱桩

-41.448

-32.40

-32.80

0.4

表2-2溶洞分布情况一览表（XXX大桥）

序号

墩号

桩号

桩径

桩基类型

孔底标高（m）

溶洞顶位置（m）

溶洞底位置（m）

溶洞区域厚度（m）

备注

1

21#

1

1

柱桩

-34.559

-30.80

-31.90

-31.40

-32.30

0.6

0.4

两层溶洞

2

21#

2

1

柱桩

-34.559

-31.87

-32.27

0.4

3

21#

3

1

柱桩

-34.559

-31.80

-32.10

0.3

4

21#

4

1

柱桩

-34.559

-30.80

-32.00

-31.11

-32.3

0.31

0.3

两层溶洞

5

22#

1

1

柱桩

-35.246

-28.72

-31.92

3.0

区间内存在多层溶洞

6

22#

2

1

柱桩

-35.246

-26.82

-33.22

6.4

区间内存在多层溶洞

7

22#

3

1

柱桩

-35.246

-29.14

-31.39

2.25

区间内存在多层溶洞

8

22#

4

1

柱桩

-35.246

-28.18

-32.43

4.25

区间内存在多层溶洞

9

22#

5

1

柱桩

-35.246

-29.34

-30.04

0.7

10

23#

1

1

柱桩

-40.433

-28.96

-38.86

9.9

区间内存在多层溶洞

11

23#

2

1

柱桩

-40.433

-28.36

-37.26

8.9

区间内存在多层溶洞

12

23#

3

1

柱桩

-40.433

-29.52

-37.22

7.7

区间内存在多层溶洞

13

23#

4

1

柱桩

-40.433

-28.98

-34.38

5.4

区间内存在多层溶洞

14

23#

5

1

柱桩

-40.433

-29.38

-29.88

0.5

二、工程地质情况概述

根据设计地质图及现场施工情况，溶洞桩范围地质情况从上至下大致为：

1、

（1）-2人工填土，灰褐色，沉厚：

0.3～1m，II级；

2、

（2）-1-1黏土，软塑，层厚0.7～3.5m，δ0=80kpa，II级；

3、（3）-4-1淤泥，流塑，层厚7.0～13.5m，δ0=40kpa，II级；

4、（5）-2-1粉质粘土，硬塑，层厚0.3～2.0m，δ0=160kpa，II级；

5、（5）-9-1粉砂饱和，密实，层厚2.5～6.5m，δ0=150kpa，I级；

6、（5）-1-1黏土，切面光滑，硬塑，层厚0.5～1.5m，δ0=160kpa，II级；

7、（5）-9-1粉砂饱和，密实，层厚0.8～3.5m，δ0=150kpa，I级；

8、（5）-1-2黏土，粉土，硬塑，层厚1.1～7.0m，δ0=200kpa，II级；

9、（5）-2-2黏土，粉质黏土夹粉土，硬塑，层厚1.1～8.6m，δ0=170kpa，II级；

基层：

（11）-3弱风化大理岩，弱风化，δ0=1500kpa，V级；

其具体地质详见下图“地质钻孔图”

第三章、溶洞桩施工的主要施工方法及流程

针对本工程溶洞分布较为集中，淤泥层较厚，部分桩位存在多层溶洞，桩基施工技术难度大的特点，若采用旋挖钻施工，施工时进尺较大，容易穿透溶洞，形成孔内急剧漏浆，极易导致孔内塌孔。

为了确保在溶洞区域钻孔桩的施工安全和质量，我部组织技术人员讨论、研究，确定溶洞桩采用冲击钻机成孔，根据溶洞大小，对本项目目前勘察报告显示的29根溶洞按以下两种方案进行施工。

一、方案一（回填）

对于勘察资料显示较小的溶洞，如XXX大桥151#-2、153#-5，XXX大桥21#-2、22#-3、23#-5桩基础溶洞均为单层溶洞，溶洞高度均在0.5m以下，一般情况下冲破溶洞顶层后漏浆较为缓慢，溶洞处理时间较短，即可使用此方法。

1、方案一施工工艺

准备工作，场地平整、定位→正常冲进→若发生孔内漏浆填筑粘土、片石混合物→复冲→若再次漏浆填筑粘土、片石及袋装水泥→静置后复冲→若再次漏浆重以上步骤→冲孔至桩底标高（终孔）。

1.1、准备工作

1.1．1、施工前准备工作

（1）、详细了解桩基桩位地质、水文资料，掌握溶洞出现的位置，并大致推断其范围、大小以及充填情况，并根据逐根超前钻结果为每个溶洞桩基制定合适的施工方案和施工技术保障措施。

（2）、每个墩位勘测的地质柱状图应单独列出，并根据施工过程中溶洞出现的位置推测出溶洞走向，并发给有关人员，让具体操作者、技术人员、作业队长都知道溶洞的位置、大小、充填情况以及应采取的施工方案。

（3）、根据现场的地形地貌整理出成片施工场地，以便于堆放材料，桩基施工区地表要建截、排水及防护设施；对桩顶坡土清刷减载；雨季施工，孔口要搭设雨蓬。

（4）、配置泥浆，严格控制粘土的选择，选择并备足良好的造浆粘土，为保证形成较好的护壁，泥浆比重可为1.2～1.3，入孔泥浆黏度，一般地层为16～22s，接近溶洞地层调制为19～28s。

（5）、便道畅通。

保证设备移走的线路平整畅顺无阻碍物，紧急情况要令人、机迅速撤离现场。

1.1.2、机械材料准备

（1）、选择合适的实心钻机机型，其能有效地穿过紧密砾卵石层，坚硬漂石层或岩层；冲击锥提升速度快，不易卡钻，遇到溶洞时能够迅速提起钻头，以免埋钻；冲击成孔能形成坚实孔壁，成孔质量高。

（2）、备好充足的处理溶洞材料。

准备好足够的泥土、片石、麻袋、袋装水泥、及处理溶洞所需要钢护筒，片石采用强度≥30MPa石灰岩，片石粒径为10～50cm；袋装水泥选用P.0.42.5普通硅酸盐水泥，50kg/袋；片石粘土水泥混料每桩桩备用量要以超前勘探溶洞深度理论处理方量的三倍以上体积计算。

（3）、作好随时处理溶洞所需的机械：

确保现场吊机、挖掘机或装载机、自卸车完好待命状态；吊装和拖拉设备在有足够吨位，可及时采取措施，预防损失扩大。

（3）、准备枕木或钢板。

枕木或钢板用于冲击成孔作业时，垫设在钻机下，以防止因钻至地下大型溶洞而导致坍塌孔对冲击钻钻机及施工人员造成损伤。

1.1.3、技术准备工作

（1）、施工前对施工作业班组进行溶洞处理相关技术、安全交底。

（2）、在溶洞发育地段进行桩基施工时，应告知现场技术人员调整施工顺序，采用间隔施工，同一墩位的桩基严禁同时施工，必须待一根桩基混凝土浇筑完成后，且混凝土强度达到70%时，才可进行下一根桩基钻孔施工。

（3）、根据已补勘的柱状图及施工中溶洞出现的位置，推测出溶洞走向，用于指导同墩位其他桩基础的施工。

1.1.4、安全设施准备

做好现场泥浆池的围闭工作，其围闭安全防护栏应按照标准施工，防护栏采用Φ48mm钢管，距基坑边缘不小于50cm，栏杆柱打入地面深度不小于70cm，栏杆外露高度为1.2m，立杆间距不大于2m。

防护栏杆设置上下两道横杆，上杆高度为1～1.2m，下杆高度为0.5～0.6m，并上挂安全警示标志。

1.2、正常冲进

1.2.1、采用正常施工方法冲进至溶洞顶约1m处，为防止冲击过程中突然击穿溶洞而出现卡钻现象，应采用小冲程施工，冲程高度不得大于1.5m，冲进至溶洞范围内若出现孔内漏浆，应迅速用大功率泥浆泵补浆补水，及时提冲击锤，防止冲击锤被埋，同时采用大型挖掘机将施工前准备好的粘土、片石1:

1的混合物向钻孔中投入，每次回填厚度应根据溶洞大小超过溶洞顶10-15m。

1.2.2、投放后观察孔内泥浆是否还在继续下降，若无下降，则采用小冲程进行反复冲砸，让钻锤击碎粘土和片石并挤入溶洞内壁发挥护壁作用。

若仍在继续下降，应继续抛投片石，粘土混合物。

在钻进过程中，若冲钻至溶洞位置处再次出现孔内泥浆急剧下降，则证明溶洞空隙较大，原粘土片石未能有效封堵住溶洞，为增加堵洞固结强度，在溶洞处形成强度较好的护壁，需要在粘土片石混合物中添加20%的袋装水泥，水泥应分层整袋投入。

投入完成后，使用冲锤将孔底的片石、粘土及水泥混合物冲散，反复回填冲孔3次，静置6-8小时后，按照正常施工方法冲进，若施工中再次出现孔内漏浆情况，则重复按照以上步骤，直至穿过溶洞达到设计孔底标高。

若在施工时，孔内或钻孔周边地表坍塌比较严重，则采取第二种方案。

二、方案二（长钢护筒+回填）

由于除XXX大桥151#-2、153#-5，XXX大桥21#-2、22#-3、23#-5桩基础外，其余24根桩基础溶洞较大，部分溶洞存在两层甚至多层溶洞，溶洞桩施工时间较长，且地表下2～4m均存在8～10m流塑状淤泥，在泥浆长期侵泡或冲锤的震动下极易发生塌孔事故。

为了防止意外，对其他溶洞桩，全部采用此方案。

1、方案二施工工艺：

准备工作，场地平整、定位→钢护筒制作→埋设外钢护筒→冲孔至淤泥层约2m以下→下放内钢护筒→护筒顶部处理→溶洞桩冲进→若发生孔内漏浆填筑粘土、片石混合物→复冲→若再次漏浆填筑粘土、片石及袋装水泥→静置后复冲→若再次漏浆重以上步骤→冲孔至桩底标高（终孔）。

1.1准备工作

准备工作与方案一相同。

1.2、钢护筒施工

1.2.1、钢护筒制作

外钢护筒的内直径为D=140cm，壁厚δ=12㎜，长度为5米；采用机械卷制加工制作；

内钢护筒：

采用壁厚δ=12㎜的钢板，在钢结构加工场用机械集中卷制加工制作，焊缝全部为双面坡口，每节制作长度为4.5～7.5米，制作内钢护筒的内径D′=120cm。

制作好后运至施工现场。

1.2.2、长钢护筒施工

本工程下放内钢护筒的目的：

主要是防止击穿溶洞后漏浆而造成流塑性淤泥层的塌孔，通过下置内护筒的作用，加强淤泥层稳定性，达到顺利终孔的要求。

桩基施工前先埋设外护筒，外护筒直径为1.4m，长5m，埋设时应注意护筒位置的偏差，预埋位置偏差不得大于5cm。

将φ1.0m的钻头正常钻进至淤泥层下方约2m处，采用25T汽车吊辅助60kW以上振动锤，先将内钢护筒分节打入土层中至粘土层，再进行冲击成孔。

在下沉钢护筒的施工过程中，振动锤必须平稳，牢固的夹住内钢护筒顶部，并在护筒顶面的平面位置一定要居中，尽可能避免因偏心造成护筒产生偏斜。

同时采用水平尺严格控制好各节护筒连接的垂直度，不得超过施工规范要求的1/200，力求钢护筒垂直入土。

若一旦发现有偏斜的趋势，马上进行纠正，将可能发生偏斜的不利因素消除在萌芽状态中。

内护筒插打前，为防止插打时护筒变形，应将内护筒底部焊接一圈宽100mm、δ=10㎜的加强钢带。

各节内钢护筒的连接焊缝全部采用双面开坡口进行满焊，两节护筒的接缝除施焊外，还需在接缝处焊接4道50mm宽、δ=10㎜的加强钢带，以保证其尺寸准确，使护筒体顺直度达到要求，整个内护筒的竖向壁成一直线。

内护筒沉入到位后，为防止内外护筒下沉，应采用两根挑梁加固护筒，挑梁采用双拼[20槽钢制作，挑梁穿过护筒焊接在内外护筒顶上，将双拼[20放置于外护筒孔顶两侧枕木上，焊接[20时应注意孔口的留置，以防止与桩头位置发生冲突。

钢护筒施工长度及规格详见下表：

钢护筒施工统计表

桥梁名称

墩号

桩基数量

内护筒直径（m）

原地面标高

淤泥层底标高（m）

拟定护筒长（m）

护筒总长（m）

备注

XXX大桥

151#

4

1.2

3.80

-9.5

15.3

61.2

152#

5

1.2

3.85

-9.5

15.4

77

153#

4

1.2

3.72

-9.5

15.3

61.2

XXX大桥

21#

4

1.2

3.7

-9.32

15.1

60.4

22#

4

1.2

3.65

-9.34

15.0

60.0

23#

4

1.2

3.65

-9.18

14.9

59.6

合计（m）

379.4

1.2.3、钢护筒垂直度控制

下落过程中为保证垂直度，通过焊接外护筒之间的卡具并用现场吊锤控制垂直度，卡具宽度为18cm，采用长10cm钢板双面焊接于外护筒上，每侧预留2cm的调节空间，具体如下图：

[20槽钢

[20槽钢

两节钢护筒焊接过程中的控制：

下部钢护筒用垫铁调平（用吊车调节），用水平尺检测达到水平要求后，使用吊车将上部钢护筒初步就位，接口对齐，用吊锤测量垂直度，如垂直度超规范要求，则接口部位采用垫铁调平，然后将两节钢护筒点焊，初步稳定后，再进行满焊。

在焊缝冷却后，进行钢护筒的下落施工，上述工序循环进行。

1.3、溶洞桩冲孔

在桩周围准备足够的片石及袋装粘土和水泥，装载机随时待命。

长钢护筒就位后，采用φ1.0m的冲击锥正常施工，冲进至内护筒底部范围做到上下轻提慢放，不得高提进行强烈的冲击，以防止冲锤钩住护筒底部，出现卡锤现象。

冲进至溶洞顶约1m处，为防止冲击过程中突然击穿溶洞而出现卡钻现象，应采用小冲程施工，冲程高度不得大于1.5m，冲进至溶洞范围内若出现孔内漏浆，应迅速用大功率泥浆泵补浆补水，及时提冲击锤，防止冲击锤被埋，同时采用大型挖掘机将施工前准备好的粘土、片石1:

1的混合物向钻孔中投入，每次回填厚度应根据溶洞大小超过溶洞顶10-15m。

投放后观察孔内泥浆是否还在继续下降，若无下降，则采用小冲程进行反复冲砸，让钻锤击碎粘土和片石并挤入溶洞内壁发挥护壁作用。

若仍在继续下降，应继续抛投片石，粘土混合物。

在钻进过程中，若冲钻至溶洞位置处再次出现孔内泥浆急剧下降，则证明溶洞空隙较大，原粘土片石未能有效封堵住溶洞，并且大部分桩位均存在多层溶洞。

为增加堵洞固结强度，在溶洞处形成强度较好的护壁，需要在粘土片石混合物中添加20%的袋装水泥，水泥应分层整袋投入。

投入完成后，使用冲锤将孔底的片石、粘土及水泥混合物冲散，反复回填冲孔3次，静置6-8小时后，按照正常施工方法冲进，若施工中再次出现孔内漏浆情况或漏浆情况较为严重时，则重复按照以上步骤，直至穿过溶洞达到设计孔底标高。

溶洞桩施工示意图详见下图：

终孔后钢筋笼制作、清空及混凝土灌注施工方法均与旋挖钻施工方案相同，在此不再赘述。

第四章施工中常见问题的处理

钻孔桩在施工中需对对桩径、桩长、桩位偏差及桩倾斜度进行严格控制。

在施工中要随时对桩位进行测量，检查护桩。

对发现有偏孔的应及时进行处理。

钻孔桩常见故障及处理如下：

一、漏浆、塌孔

钻孔过程中击穿溶洞时，若溶洞未提前填充密实，则孔内泥浆会流失，形成漏浆，严重时如果孔内水头降低较快或持续时间过长，由于孔内、外压力差易造成塌孔。

预防及处理措施：

1．钻孔入岩前，一定要备好充足的水源和回填材料，以备漏浆时及时补水。

2．采用注浆法提前填充溶洞，或采用护筒跟进法护壁，防止塌孔。

3．埋设护筒时一定要回填夯实，防止出现孔口坍塌。

4．加大钻机承载面积，同时，发现漏浆严重时要立即转移钻机至安全区域，确保塌孔时钻机及操作人员安全。

二、斜孔

孔内有入岩面倾斜、岩层软弱不均或起伏较大、溶洞为“半岩半空”等情况，如发现及处理不及时，均可能会出现斜孔。

预防及处理措施：

1．施工过程中要勤观察，拉好十字线观察冲锤居中情况，发现偏孔情况立即采取回填片石、粘土等方法及时纠偏。

2．仔细对照地质情况，离入岩面或溶洞顶上方1m左右时，采用1m左右小冲程钻进，直至正常后方可改大冲程钻进。

3．如地质资料显示孔内有“半岩半空”溶洞，最好提前进行注浆处理，或钻进溶洞后浇注砼填充，待强度满足要求后继续钻进，以防卡钻。

三、卡钻、掉钻、埋钻

卡钻多发生于斜孔、孔壁有凸出孤石、击穿溶洞顶盖不规则以及抛填片石处理溶洞时冲程掌握不好等情况；掉钻表现为主绳断裂或绳卡松动导致钻头掉入孔内；卡钻或掉钻如不能及时处理，均有可能使钻头被沉渣或回填石掩埋，造成埋钻。

预防及处理措施：

1．要经常检查主绳的破损情况，及时更换已破损的主绳；绳卡至少要上4个并按要求紧紧，以防钻进过程中或处理卡钻、埋钻时掉锤；钻头一定要装上保险绳，保险绳安装要牢固，以便掉锤时打捞钻头。

2．钻进至溶洞顶1m左右时要减小冲程，以免击穿溶洞时打“空锤”而掉钻，甚至危及钻机安全。

3．遇到卡钻情况时切记强行提拉，以防掉钻。

如在溶洞顶盖处或遇孤石卡钻，应转动钻头慢慢提升，多次尝试使钻头“原路返回”；抛填片石、粘土处理溶洞时，