水平旋噴工藝在砂層暗挖工法中的應(yīng)用初探

魏賢坤（佛山市軌道交通發(fā)展有限公司，廣東　佛山　528000）

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水平旋噴工藝在砂層暗挖工法中的應(yīng)用初探

魏賢坤
（佛山市軌道交通發(fā)展有限公司，廣東佛山528000）

摘要：以廣佛線二期工程水平旋噴樁施工為例，根據(jù)工程的地質(zhì)及水文情況，分析了該工程施工中的難點(diǎn)，介紹了水平旋噴樁施工的原理及工藝流程，并從參數(shù)設(shè)計(jì)、施工準(zhǔn)備、鉆機(jī)鉆進(jìn)、效果檢測(cè)等方面，總結(jié)了施工技術(shù)要點(diǎn)，保證開挖施工的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：水平旋噴樁，綜合管廊，工藝流程，隧道

1　項(xiàng)目情況

廣佛線二期工程世紀(jì)蓮車站附屬結(jié)構(gòu)3號(hào)出入口位于車站西南側(cè)，通道南北方向，與市政主干道裕和路正交，裕和路路中地下綜合管溝沿東西向橫跨3號(hào)出入口通道頂部，因綜合管線遷改難度較大，本通道采用明挖施工、局部采用暗挖法施工方案，暗挖段采用超前支護(hù)水平旋噴樁加固處理措施。

通道下穿綜合管廊段采用暗挖法施工，暗挖通道長(zhǎng)度7.9 m，埋深約5.5 m，通道外包尺寸為8.3 m×5.65 m，通道采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)主要由兩排φ500@ 350水平旋噴樁（里排內(nèi)插φ89鋼管，共計(jì)64根）、鎖腳錨管、格柵鋼架、鋼筋網(wǎng)、300 mm厚噴射混凝土組成聯(lián)合支護(hù)體系，二襯為500 mm厚鋼筋混凝土。

2　工程地質(zhì)、水文情況

2.1工程地質(zhì)

3號(hào)出入口范圍自上而下地層主要有①人工填土層、②-2細(xì)砂層、②-4粉質(zhì)粘土層、②-1B淤泥層、②-3中粗砂層、⑦強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，暗挖段主要穿越②-2細(xì)砂層和②-4粉質(zhì)粘土層。

2.2工程水文

根據(jù)勘察報(bào)告，地下水位的變化與地下水的賦存、補(bǔ)給及排泄關(guān)系密切，根據(jù)抽水試驗(yàn)，砂層地下水穩(wěn)定水位埋深2.10 m～2.77 m，標(biāo)高1.36 m～1.69 m，基巖地下水穩(wěn)定水位埋深2.37 m～2.93 m，標(biāo)高1.14 m～1.35 m。站位內(nèi)可能會(huì)存在少量上層滯水，對(duì)本工程影響較小。

3　工程特點(diǎn)及難點(diǎn)分析

1）本工程水平旋噴樁施工屬于新工藝，既起到超前支護(hù)加固作用又兼作止水的效果，故水平旋噴樁的施工的質(zhì)量是本工程的控制重點(diǎn)和難點(diǎn)。2）暗挖通道段埋深5.5 m，屬淺埋隧道，且隧道拱頂部位開挖面距離綜合管廊底面最小距離只有540 mm，拱頂單排水平旋噴壓力控制是難點(diǎn)，既要保證成樁效果，又要確保上部綜合管廊的安全。3）綜合管廊內(nèi)部多條重要管線，管廊和內(nèi)部自來水管沉降要求高，管廊沉降不大于20 mm，管線沉降不大于10 mm，沉降控制及監(jiān)測(cè)貫穿整個(gè)暗挖施工，為減小沉降變形，施工過程采取管廊內(nèi)部加固等技術(shù)措施，確保施工安全。4）水平旋噴樁在富水砂層鉆進(jìn)，孔口噴涌較嚴(yán)重，控制泥漿排出量是本工程的難點(diǎn)。

4　水平旋噴樁工藝原理及工藝流程

4.1水平旋噴樁施工原理

水平旋噴樁施工時(shí)采用水平定向鉆機(jī)打設(shè)鉆孔至設(shè)計(jì)深度后，緩慢回抽并同時(shí)通過鉆桿前端的噴嘴以一定壓力（35 MPa左右）將水泥漿液沿著鉆桿路徑噴射，借助較大的噴射壓力切削鉆桿周邊的土體，在切削的過程中噴射的水泥漿液與土體充分拌合，膠結(jié)硬化后形成直徑比較均勻，具有一定強(qiáng)度（0.5 MPa～8.0 MPa）的樁體，通過施工時(shí)的樁間咬合，在初襯外圍周邊形成一道具有一定強(qiáng)度并兼顧防水的圍護(hù)拱圈。

4.2水平旋噴樁施工工藝流程

暗挖隧道水平旋噴施工樁工藝流程如圖1所示。

圖1　水平旋噴樁施工工藝流程圖

5　水平旋噴樁施工技術(shù)

5.1暗挖段隧道水平旋噴樁支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)

1）水平旋噴樁布置在隧道開挖線250 mm的輪廓線上，在隧道拱部92.17°范圍內(nèi)采用單排φ500水平旋噴樁（共計(jì)18根，內(nèi)插φ89鋼管），相鄰樁間距300 mm、相互咬合200 mm；隧道其他范圍采用2排φ500水平旋噴樁，相鄰樁間距350 mm、相互咬合150 mm，排間距為350 mm。其中外排水平旋噴樁63根，內(nèi)排56根旋噴樁中36根內(nèi)插φ89鋼管，長(zhǎng)度8.7 m。

2）水平旋噴樁布置如圖2所示。

圖2　水平旋噴樁布置圖

5.2水平旋噴主要施工技術(shù)

5.2.1施工準(zhǔn)備

1）綜合管廊內(nèi)部桁架加固按照設(shè)計(jì)圖紙施工，管廊內(nèi)重要管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)，完成初始數(shù)據(jù)的采集工作。2）對(duì)孔位：設(shè)備安裝好后，按要求對(duì)準(zhǔn)孔位，孔位誤差控制在±50 mm以內(nèi)。3）制備漿液：在配漿前需結(jié)合地層條件、水文條件等情況確定配合比，拌制漿液必須連續(xù)均勻，攪拌時(shí)間不小于3 min，一次攪拌使用時(shí)間亦控制在4 h以內(nèi)。4）試樁：本通道明挖段內(nèi)地質(zhì)條件與該暗挖段基本一致，在明挖段內(nèi)施作試驗(yàn)樁，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，試樁6根，旋噴壓力分別選取30 MPa，35 MPa，40 MPa各2組，漿液要求水∶水泥為1∶0.8～1∶1，并插入φ89鋼管，試樁可以實(shí)現(xiàn)以下目的，確保后期施工質(zhì)量和工期要求。a.在明挖段土方開挖過程中檢查成樁效果，樁徑、樁體強(qiáng)度及均勻性。b.檢查成樁精度、相鄰樁體的相互咬合程度及水平旋噴樁對(duì)圍巖土體的加固效果。c.根據(jù)施工參數(shù)（如旋噴壓力、水灰比）及成樁效果分析，并據(jù)此修改施工參數(shù)，確保通道水平旋噴能達(dá)到預(yù)期效果。d.根據(jù)試樁確定水平旋噴樁施工功效，合理施工組織安排，確保施工工期。

根據(jù)試樁開挖檢驗(yàn)結(jié)果看，高壓旋噴壓力為30 MPa，水灰比1∶1能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的樁徑，樁體完整性較好。

5.2.2水平旋噴施工技術(shù)

1）鉆進(jìn)。

a.開孔：鉆機(jī)在鉆進(jìn)前采用直徑為110 mm的水鉆，根據(jù)已放樣的樁位在已施工的800 mm厚地連墻上分段引孔，每段200 mm，引孔完畢后用土工布或編織袋進(jìn)行臨時(shí)封堵處理。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工時(shí)，引孔穿透地連墻后，出現(xiàn)了大量涌水、涌砂情況，泥水噴射距離墻面能達(dá)到1 m～2 m，為保證上部綜合管廊安全，現(xiàn)場(chǎng)采用之前水鉆引孔時(shí)取出的圓柱形混凝土塊包住土工布塞住孔，再用鉆機(jī)鉆桿頂緊。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整，制定如下技術(shù)措施，避免引孔后涌水、涌砂情況的發(fā)生。水鉆引孔長(zhǎng)度修改為75 cm，保留5 cm的素混凝土，孔口用10 mm×10 mm×1 000 mm方木堵塞。加工合金三葉鉆頭，鉆頭φ89，將剩余5 cm混凝土鉆透。

b.配制循環(huán)漿液：因水平旋噴范圍主要為②-2粉細(xì)砂層，循環(huán)漿液采用1∶1水泥漿。

c.鉆孔打設(shè)：本暗挖通道水平旋噴樁長(zhǎng)度僅7.9 m，旋噴樁鉆孔的角度水平設(shè)置。將孔口臨時(shí)封堵的方木取出，調(diào)整鉆機(jī)，對(duì)好孔位，調(diào)平鉆機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)采用水平尺控制；將旋噴鉆頭送入孔內(nèi)，安裝密封盤根和法蘭盤，減小φ76鉆桿與φ110鉆孔的間隙；打開循環(huán)液排出口；按確定的水平角度鉆至設(shè)計(jì)深度，為防止鉆進(jìn)過程中砂土堵管，循環(huán)液需保持1.0 MPa～2.0 MPa的壓力，同時(shí)根據(jù)循環(huán)液壓力變化情況，檢查噴嘴是否堵塞。

2）高壓旋噴。

a.噴漿前確認(rèn)注漿泵壓力達(dá)到試樁壓力后方可進(jìn)行噴漿；

b.噴漿前應(yīng)檢查：鉆桿接頭處是否密封，及時(shí)處理或更換漏氣鉆桿。噴嘴是否暢通，及時(shí)疏通堵死的噴頭后再進(jìn)行旋噴作業(yè)。在鉆孔底高壓噴漿時(shí)應(yīng)停留一定時(shí)間，然后再緩慢外拔鉆桿，同時(shí)高壓噴漿；在高壓噴漿時(shí)，應(yīng)安排專人觀察泵壓變化，泵壓過低時(shí)應(yīng)及時(shí)停止噴漿，查明原因后再進(jìn)行高壓旋噴；當(dāng)鉆頭拔至距孔口0.8 m時(shí)應(yīng)停止注漿，拆除法蘭盤后快速拔出鉆桿，并快速進(jìn)行封孔作業(yè)；噴漿參數(shù)：漿液要求水∶水泥為1∶1；注漿壓力30 MPa；注漿過程中管廊內(nèi)全程安排專人旁站，查看綜合管廊變形縫處有無漿液冒出，鋼桁架有無變形，并做好監(jiān)測(cè)工作，隨時(shí)反饋信息。

3）返漿處理。

旋噴樁是用水泥漿置換樁內(nèi)的部分土體成樁，在施工時(shí)會(huì)有泥漿從孔內(nèi)返出，且水泥漿在噴出時(shí)也有部分返漿。施工時(shí)沿地連墻邊設(shè)置排水溝，將返出的漿液引至明挖段結(jié)構(gòu)集水井，集水井設(shè)三級(jí)沉淀，清水用水泵抽排，剩余泥土用長(zhǎng)臂挖機(jī)裝運(yùn)至臨時(shí)渣場(chǎng)，晾干外運(yùn)。

4）內(nèi)插φ89鋼管施工。

拔鉆后在未完全固化的樁體內(nèi)插入φ89鋼管，提高其抗彎折能力。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，內(nèi)插φ89鋼管采用長(zhǎng)度1.5 m和3 m，壁厚6 mm的無縫鋼管套絲連接，施工時(shí)插入端加工成錐形并固定在地連墻上，鋼管端部與水平鉆機(jī)連接，緩緩鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中注意鋼管的角度，用水平尺檢查及時(shí)糾偏，確保鋼管不傾入開挖輪廓線內(nèi)。φ89鋼管外漏地連墻部分用φ22的螺紋鋼加工成連續(xù)M型焊接成整體。

5）止水效果檢測(cè)方法。

為防止開挖時(shí)發(fā)生洞內(nèi)漏水事故，注漿結(jié)束后必須進(jìn)行注漿止水效果檢查，如未達(dá)到要求應(yīng)進(jìn)行外圍補(bǔ)注漿處理。

a.定量分析法，分析注漿記錄，看每個(gè)孔的注漿壓力、注漿量是否達(dá)到要求，注漿過程中漏漿、冒漿情況是否嚴(yán)重，判斷止水效果。

b.鉆孔檢查，在洞門范圍鉆直徑10 cm孔，孔深8.7 m，檢查有無涌水、涌砂情況，推斷整體止水效果。

c.開挖后掌子面、成樁均勻性、咬合情況觀察，判斷止水效果。

6　結(jié)語

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)總結(jié)分析，綜合管廊的最大沉降為6.5 mm，自來水管線沉降為8.2 mm，施工過程安全可控。根據(jù)開挖現(xiàn)場(chǎng)揭示的實(shí)際情況，通過水平旋噴施工，該范圍的砂層得到了較好的固結(jié)，施工中未出現(xiàn)樁間漏水和流砂現(xiàn)象，保障了開挖的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

［1］朱永全.含水淤泥質(zhì)地層城市過街道淺埋暗挖施工技術(shù)方案研究［D］.石家莊：石家莊鐵道學(xué)院，2004.

［2］GB 50108—2001，國(guó)家人民防空辦公室地下工程防水技術(shù)規(guī)范［S］.

The application analysis on horizontal jet grouting technology in sand layer underground running method

Wei Xiankun
（Foshan Rail Transit Development Limited Company，F(xiàn)oshan 528000，China）

Abstract：Taking the horizontal jet grouting pile construction of Guang-Fo line phaseⅡengineering as an example，according to the engineering geological and hydrology conditions，this paper analyzed the difficulty of the engineering construction，introduced the principle and technological process of horizontal jet grouting pile construction，and from the design parameters，construction preparation，rig drilling，effect detection and other aspects，summarized its construction technology，ensured the smooth progress of excavation construction.

Key words：horizontal jet grouting pile，composite pipe rack，technological process，tunnel

中圖分類號(hào)：TU473

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-6825（2016）06-0088-02

收稿日期：2015-12-18

作者簡(jiǎn)介：魏賢坤（1981-），男，工程師