水平旋噴超前預(yù)支護(hù)加固技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用

■葉振北 ■貴州建工集團(tuán)第四建筑工程有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550004

1 概述

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，某隧道工程存在不良地質(zhì)地段，該段地質(zhì)情況為:圍巖為強(qiáng)風(fēng)化石英巖，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，有泥質(zhì)充填，呈碎塊狀結(jié)構(gòu)—散體狀結(jié)構(gòu)，有滲水，易坍塌，經(jīng)反復(fù)綜合論證，確定采用水平旋噴超前預(yù)支護(hù)后再以CRD 法開(kāi)挖施工。

2 水平旋噴預(yù)支護(hù)加固機(jī)理

水平旋支護(hù)是以高壓泵為動(dòng)力源，通過(guò)水平鉆機(jī)鉆桿、噴嘴把配制好的漿液高壓噴射到土體內(nèi)，噴射流以巨大的能量將一定范圍內(nèi)的土體射穿，并在噴嘴作緩慢旋轉(zhuǎn)和進(jìn)退的同時(shí)切割土體，強(qiáng)制土顆粒與漿液攪拌混合，待漿液凝固后形成水平圓柱狀水泥土固結(jié)體。當(dāng)旋噴柱體環(huán)向相互咬合后，便在隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外形成拱形預(yù)支護(hù)棚，起到了防流沙、抗滑移防滲透的作用，保證了隧道掘進(jìn)的安全。水平旋噴預(yù)支護(hù)具有以下特點(diǎn)。

2.1 可控性好

水平旋噴的漿液局限在土體破壞的范圍內(nèi)，漿液的注入部位和范圍是可以控制的，可通過(guò)調(diào)節(jié)注入?yún)?shù)(切削土體壓力，固化材料的注入速度，配比，注入量等)獲得滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的固結(jié)體。

2.2 對(duì)周?chē)馏w擾動(dòng)小

噴射流在能量衰減前使其射流交匯，在碰撞點(diǎn)切削能量相互抵消，碰撞點(diǎn)以外的地方射流已無(wú)能力切削土體，加固體均勻程度好，對(duì)周?chē)馏w擾動(dòng)小。

2.3 成本較低、效率較高

由于限定注入范圍，相對(duì)注入量大幅減少，成本較帷幕注漿低;同時(shí)鉆進(jìn)、攪拌、注漿工藝連續(xù)，施工效率高。

2.4 效果好

同時(shí)具有提高復(fù)合土體強(qiáng)度、防滲、抗滑、預(yù)支撐等多種性能，發(fā)揮作用快且成效顯著。

3 水平旋噴預(yù)支護(hù)加固方案

根據(jù)該工程的實(shí)際情況，確定旋噴加固體的直徑為500mm，孔深XXm，環(huán)向間距在開(kāi)孔處為0.35m，終孔處0.4m，外插角3°～5°，相鄰旋噴加固體咬合厚度大于10cm;同時(shí)，為確保施工安全，旋噴預(yù)支護(hù)施工完成，待水泥固結(jié)體達(dá)到50%的強(qiáng)度再進(jìn)行隧道開(kāi)挖。

4 水平旋噴預(yù)支護(hù)施工

4.1 施工參數(shù)

鉆桿每節(jié)3m 長(zhǎng)、外徑50mm，旋噴鉆頭外徑90mm;鉆桿鉆進(jìn)速度0.25～1.35m/min;鉆桿(軸)轉(zhuǎn)速70～120r/min;水泥漿配合比mC:mW=1:0.8;旋噴壓力20～25MPa。

4.2 施工工藝流程

(1)封閉掌子面。水平旋噴施工前先噴射20cm 厚混凝土封閉掌子面，防止掌子面坍塌和涌砂、流泥。

(2)測(cè)放樁位。在掌子面上將孔位準(zhǔn)確地測(cè)放出來(lái)，并標(biāo)示清楚，便于鉆機(jī)就位，減小定位誤差

(3)安裝工作平臺(tái)。工作平臺(tái)具備升降功能，其上還安裝軌道，便于鉆機(jī)升降平移。

(4)鉆機(jī)就位。鉆機(jī)安放穩(wěn)固，對(duì)正孔位并調(diào)整好鉆桿角度。

(5)漿液制備。漿液用高速攪拌機(jī)攪制，拌制漿液必須連續(xù)均勻，攪拌時(shí)間不小于3 分鐘，隨伴隨用，一次攪拌使用時(shí)間控制在2h 以?xún)?nèi)，且必須在初凝前用完;在制漿過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量漿液比重，每孔施工結(jié)束后統(tǒng)計(jì)該孔的材料用量。

(6)鉆進(jìn)、送漿、攪拌。邊鉆進(jìn)、邊壓送水泥漿、邊攪拌控制好鉆進(jìn)速度、漿液壓力和送漿量;開(kāi)孔之初應(yīng)觀(guān)察孔口的水泥土漿體是否已得到充分?jǐn)嚢枰源藖?lái)調(diào)整鉆進(jìn)速度;開(kāi)孔時(shí)慢進(jìn)，待鉆至lm 左右深度時(shí)再按設(shè)計(jì)鉆速施工。

(7)退鉆、送漿、重復(fù)攪拌。一邊向外退鉆，一邊送漿，一邊再重復(fù)攪拌，使水泥和土顆粒混合均勻;當(dāng)漿液從噴嘴噴出并達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后開(kāi)始旋噴，前端原地旋噴時(shí)間不少于30s。

(8)封口成樁。當(dāng)旋噴至孔口時(shí)停止，立即推出鉆桿，用棉紗堵塞孔口。

(9)按先周邊后工作面的順序進(jìn)行鉆孔和旋噴施工，孔位從下到上，左右交替進(jìn)行，采用隔孔施工，跳躍式成樁。鉆機(jī)移到下孔位開(kāi)鉆前，核查相鄰樁的成樁時(shí)間，后施工的樁必須在相鄰樁成樁時(shí)間超過(guò)初凝時(shí)間后且達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)才能開(kāi)鉆，確保相鄰樁相互咬合

5 工法要點(diǎn)

5.1 精度控制

施工時(shí)應(yīng)注意水平旋噴樁體的空間分布，水平方向上應(yīng)注意鉆進(jìn)過(guò)程保持鉆桿給進(jìn)一致，以免造成竄樁無(wú)法鉆進(jìn)或旋噴等現(xiàn)象。

5.2 旋噴的整體穩(wěn)定性控制

通過(guò)保證旋噴預(yù)支護(hù)成樁施工過(guò)程中漿液質(zhì)量、水泥用最、壓漿過(guò)程中的連續(xù)性、噴漿進(jìn)退速度和復(fù)噴次數(shù)，確保旋噴樁的樁體強(qiáng)度和承載力;同時(shí)，通過(guò)隔孔施工、跳躍式成樁，控制相鄰樁施工時(shí)機(jī)、咬合質(zhì)量等措施，提高水平旋噴樁的整體穩(wěn)定性。

5.3 控制孔口溢流

孔口溢流是水平旋噴樁施工的關(guān)鍵部分，與豎直旋噴不同，水平旋噴施工時(shí)往往具有一定的上傾角度，若不控制好孔口的返漿溢流則會(huì)造成無(wú)法成樁或成樁失敗等現(xiàn)象。孔口的返漿溢流不應(yīng)過(guò)大，溢流過(guò)大，孔內(nèi)漿液無(wú)法充分填充旋噴所產(chǎn)生的孔洞部分，造成樁體有空洞的現(xiàn)象，樁體達(dá)不到強(qiáng)度要求;溢流過(guò)小，則又會(huì)使得孔內(nèi)壓力過(guò)大，造成周邊土體變形等不良現(xiàn)象。因此，施工時(shí)須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選用合理的止?jié){措施。

5.4 加強(qiáng)監(jiān)測(cè)

采用信息化施工，成立專(zhuān)門(mén)的監(jiān)測(cè)小組，及時(shí)測(cè)量各項(xiàng)數(shù)據(jù)，分析并指導(dǎo)施工，確保施工方法的科學(xué)可靠及施工過(guò)程中的安全，對(duì)施工中的斷樁、漏樁、施工中引起的沉降、變形等隨時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)補(bǔ)救。

6 旋噴加固效果

采用水平旋噴預(yù)支護(hù)加固后，固結(jié)體周?chē)馏w得到了擠壓和加固，土體孔隙比減小，抗?jié)B能力得到提高;經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，樁間咬合率達(dá)85%，固結(jié)體的強(qiáng)度接近C10 素混凝土，固結(jié)體彈性模量提高700 多倍，形成了較好的拱殼支護(hù)，保證了掘進(jìn)安全。

［1］建筑樁基技木規(guī)范.JGJ94-94.

［2］公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范.JTJ041-2000.