水平旋噴攪拌技術(shù)在地鐵工程中的應(yīng)用

陳程，邱濤

（中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都 611130）

1 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，近些年四川地區(qū)大力發(fā)展地鐵事業(yè)，隧道工程數(shù)量不斷增加，在軟弱、松散、富水地層中修建隧道工程，超前預(yù)加固輔助工法得到了行業(yè)的廣泛認(rèn)可。超前預(yù)加固技術(shù)主要包括大管棚、小導(dǎo)管、水平旋噴樁、水平攪拌樁、超前小導(dǎo)管預(yù)注漿等。不同工法選擇要結(jié)合工程實(shí)際的地質(zhì)、水文、環(huán)境等方面進(jìn)行考慮，還需要重點(diǎn)關(guān)注技術(shù)使用的安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性，采用動(dòng)態(tài)分析、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法。而水平旋噴攪拌技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中更加廣泛，在四川地區(qū)地鐵工程建設(shè)中發(fā)揮著極大的效用，值得進(jìn)一步推廣。

2 水平旋噴攪拌術(shù)簡(jiǎn)介

水平旋噴注漿法是在初期導(dǎo)管注漿技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一項(xiàng)技術(shù)，主要是通過高壓旋噴形式對(duì)水泥漿液進(jìn)行壓注，從而在隧道開挖輪廓外構(gòu)成一道拱形預(yù)襯砌的支護(hù)方法。水平旋噴攪拌技術(shù)是超前預(yù)加固輔助工法的一種，主要采用泵作為動(dòng)力源，采用水平鉆機(jī)鉆桿、噴嘴等設(shè)備，將已經(jīng)制作好的漿液噴射到土體當(dāng)中，噴射流的能量可以將土體射穿，噴嘴會(huì)不斷旋轉(zhuǎn)、進(jìn)退實(shí)現(xiàn)土體切割，使土顆粒和漿液進(jìn)行混合，等到漿液凝固之后，即可形成水平圓柱形狀的水泥固體，也就是水平旋噴樁。

3 工程概況

某地鐵工程為雙線8車道，路基寬度為60m、輔道為20m，隧道設(shè)計(jì)上采用了兩條單線隧道形式，凈距離為2.5m、暗挖區(qū)間長(zhǎng)度為80m、深埋度為5m。該工程地段地形較為平緩，是典型的砂巖基層，深埋度大（大約在20m），上覆土依次為：雜填土、淤泥質(zhì)土、粉砂、粗砂，厚度分別為：3.3m、2.2m、5.5m、7.2m。工程地下水資源豐富，水位大約為2.8m。本工程的主要特點(diǎn)為：

3.1 地質(zhì)條件差、水文條件復(fù)雜

工程暗挖隧道所處地層是雜填土、淤泥質(zhì)粉砂、淤泥質(zhì)土、砂礫地層，并且地下水十分豐富，升降較為明顯，具有豐富的補(bǔ)給，整體缺乏穩(wěn)定性。隧道要穿越淤泥質(zhì)粉砂、砂礫地層，由于隧道土體穩(wěn)定性差、含水量大、地下水位高、容易補(bǔ)給，所以可能出現(xiàn)涌水、滲流等問題，對(duì)工程穩(wěn)定以及開挖工作十分不利。

3.2 隧道埋深淺，地表沉降控制難

隧道拱頂深埋度為5m，地面上有鐵路干線。在施工過程中要求地表沉降不能影響干線正常運(yùn)營(yíng)，因此，對(duì)水平旋噴攪拌樁、洞室開挖要求更高。

3.3 相鄰隧道間距小，洞室開挖難度大

本工程兩個(gè)隧道之間的距離只有2.5m，所以在開挖施工中對(duì)隧道結(jié)構(gòu)整體影響較大。

4 水平旋噴攪拌技術(shù)在地鐵工程中的應(yīng)用

4.1 應(yīng)用范圍以及技術(shù)措施

由于工程要穿越粗砂層、粉砂層，并且該地區(qū)的水資源十分豐富，在應(yīng)用礦山法暗挖施工方案時(shí)，需要重點(diǎn)解決地下水豐富的問題，不可在開挖工程中產(chǎn)生漏水、漏砂等問題。這就突出了水平攪拌樁技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，其可以實(shí)現(xiàn)加固地層、止水帷幕等。

在實(shí)際應(yīng)用中，采用全封閉水平旋噴攪拌樁技術(shù)進(jìn)行支護(hù)，攪拌樁間距控制在350mm、咬合為150mm。采用環(huán)向樁間咬合搭接方法，從而構(gòu)建帷幕實(shí)現(xiàn)止水作用，避免產(chǎn)生流砂、流水等問題。在鉆孔當(dāng)中，要以長(zhǎng)水平旋噴攪拌樁支護(hù)技術(shù)為主。通過采用水平鉆孔高壓旋噴在隧道上方構(gòu)建拱棚，相連旋噴體之間能夠相互搭接，搭接圓周交點(diǎn)需要結(jié)合拱棚預(yù)定最小厚度，這就要求鉆孔工作能夠達(dá)到指定要求。為了能夠保障水平旋噴攪拌樁精度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要采用垂球定位、水平尺確定進(jìn)入圍巖角度，采用全站儀確定隧道的中心線，明確攪拌樁的具體走向。鉆桿上增設(shè)導(dǎo)向管，保證鉆井的水平度。施工中做好測(cè)量工作，在能夠不損壞地下建筑的情況下，要糾正鉆孔位置，保證鉆入精度[1]。

地面隆起與地面沉降問題一樣，會(huì)直接影響地下管網(wǎng)安全性以及地上交通安全。通過分析可知，在攪拌過程中由于孔內(nèi)形成靜壓導(dǎo)致地面隆起，地面隆起與覆土深度、孔內(nèi)靜壓有著直接關(guān)系。在施工當(dāng)中，要時(shí)刻關(guān)注鉆孔內(nèi)部出漿情況，應(yīng)用抽桿將孔壁冒漿通道打通，避免內(nèi)部生成靜壓或控制靜壓達(dá)標(biāo)，這樣即可避免地面隆起。還需要時(shí)刻關(guān)注地面沉降性，根據(jù)實(shí)際沉降情況采取下一步措施。

4.2 施工參數(shù)選擇

在采用水平旋噴攪拌樁施工當(dāng)中，需要配合全站儀放線測(cè)距，按照隧道中心線向兩側(cè)放線。本工程水平旋噴攪拌樁每端鉆進(jìn)長(zhǎng)度為40m，為了避免在鉆進(jìn)時(shí)產(chǎn)生侵限問題，可以在隧道拱部、邊墻外放300mm。考慮到預(yù)留變形問題以及施工偏差，還需要將隧道外放60mm，總共外放長(zhǎng)度為360mm。同時(shí)，隧道下部外放60mm。為了避免在實(shí)際施工當(dāng)中產(chǎn)生鉆頭下墜，造成隧道輪廓線被侵入，可以將拱部鉆進(jìn)角度稍稍上揚(yáng)（1.5°），邊墻鉆進(jìn)角度稍稍外斜1°，仰拱鉆進(jìn)角度不需要調(diào)整。在施工中建議先進(jìn)行下部施工，之后再開展上部施工，這樣在上部施工過程中，可以使上部泥漿溢出將下部孔洞填補(bǔ)，提高水泥漿利用率。本工程的旋噴參數(shù)為：壓力20MPa、水灰比為0.75:1、水泥量為每米100kg、鉆進(jìn)速度為每分鐘500mm。

在鉆孔與旋噴長(zhǎng)度方面。通常旋噴要比鉆孔長(zhǎng)度低1m，也就是距離孔洞出口1m的位置停止旋噴，避免對(duì)旋噴工作面造成損壞。旋噴長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其性能越高。但是增加旋噴長(zhǎng)度，可能無(wú)法保證鉆孔精度，固結(jié)體端部搭接工作困難。為了保證鉆孔精度，要保證旋噴前樁體間咬合度，在施工當(dāng)中提高對(duì)鉆孔角度、深孔的監(jiān)測(cè)工作。先進(jìn)行鉆孔長(zhǎng)度的測(cè)量，確定孔深，之后采用水平尺、垂球定位對(duì)其上揚(yáng)角度確定。采用全站儀將隧道中線測(cè)量并標(biāo)定，明確旋噴樁具體走向。導(dǎo)向管要在每8m鉆桿位置設(shè)置一個(gè)，這樣可以保證鉆進(jìn)的水平性，提高鉆孔精度[2]。

4.3 施工技術(shù)要點(diǎn)

在準(zhǔn)備期間，需要正確選擇旋噴攪拌機(jī)，通常根據(jù)孔洞高度確定攪拌機(jī)高度。按照工程標(biāo)準(zhǔn)開挖高程工作面，對(duì)工作平臺(tái)進(jìn)行整平處理，預(yù)留好各個(gè)孔洞灌漿的機(jī)械位置。在旋噴工作面上確定隧道中線、輪廓線，并將拱頂開挖線最高點(diǎn)標(biāo)注。在工作面上鋪設(shè)2.5m長(zhǎng)、25×25cm斷面的枕木，如果枕木高度無(wú)法控制，則需要采用鋼絲綁扎或采用扒釘連接。在枕木上鋪設(shè)軌道，在道頂將軌道固定連接，這樣采用鉆孔機(jī)才會(huì)更加穩(wěn)定。

漿液配置過程中，需要確保攪拌時(shí)間大于2min。之后按照鉆孔順序，從上到下進(jìn)行鉆孔旋噴作業(yè)。要把鉆機(jī)穩(wěn)固，之后結(jié)合設(shè)計(jì)中計(jì)算好的機(jī)上控制點(diǎn)高程以及偏角，對(duì)鉆機(jī)上鉆桿角度進(jìn)行調(diào)整，保證鉆機(jī)定位的精確度。在鉆機(jī)進(jìn)入到指定深度時(shí)即可進(jìn)行旋噴。為了確保旋噴質(zhì)量，要先預(yù)噴30s再正式施工。采用3次復(fù)噴形式，一邊旋噴一邊后退。待到一個(gè)孔洞旋噴完畢之后，采用清水將高壓泵、輸漿管路進(jìn)行清洗，直到管路流出清水為止。再者，需要在工作平臺(tái)前段、中央挖一條排漿溝，讓漿液集中流入集水坑當(dāng)中，沉淀之后排水，將漿液統(tǒng)一處理。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了推動(dòng)四川地區(qū)地鐵事業(yè)的發(fā)展，必須要保證地鐵隧道工程施工質(zhì)量，這也決定了地鐵行駛的安全性，這就需要全面加強(qiáng)對(duì)地鐵工程實(shí)際情況的分析，合理應(yīng)用水平旋噴攪拌樁技術(shù)，提高隧道整體剛性。在施工中，要加強(qiáng)技術(shù)控制、正確選擇施工參數(shù)、掌握施工要點(diǎn)，從而完成隧道工程建設(shè)。