水平旋噴在桃樹坪隧道的技術運用

張軍

摘 要：為攻克第三系粉細砂層圍巖中施工存在問題的技術難題，本文從高壓旋噴樁成樁機理、樁體強度、成樁效果、影響因素為切入點，運用理論知識分析結合現場試驗等研究，總結了全斷面水平旋噴超前預加固施工技術在該地層中的工藝指標，同時優化了全斷面旋噴加固技術方案、通過現場的工藝創新和經驗總結，形成了富水粉細砂地層軟弱圍巖隧道全斷面水平旋噴超前支護預加固施工法，成功解決了桃樹坪隧道富水粉細砂層施工中存在的上述問題。

關鍵詞：富水粉細砂;水平旋噴;固結體;超前預加固

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）04-0117-02

蘭渝鐵路桃樹坪隧道施工中，途徑富水性較強的第三系粉細砂層，在其松軟結構內，含有鈣質膠接層，遇水極易分散化，整體穩定性差，因此決定在桃樹坪隧道開挖施工中，應用超前預加固技術對全斷面水平旋噴樁進行優化，并按照“重降水、強支護、快挖快支護封閉”的原則展開項目施工，在對全斷面范圍的水平旋噴加固方法進行技術優化的同時，消除了桃樹坪隧道施工中富水第三系粉細砂層的技術難題，為工程項目的正常進行創造了條件，保證了隧道工程安全。

1 隧道水平旋噴預加固技術

1.1 施工技術方案

為了處理富水第三系粉細砂層的巖層固結問題，可在施工方法上，使用高壓旋噴的技術手段，對巖層進行預先加固處理，形成水平旋噴加強預支護方案。需要注意的是，在擴挖操作上，無論是擴挖之前還是擴挖完成后，都必須進行旋噴樁強化，降低圍巖產生沉降變形的概率[1]。

1.2 主要技術措施

（1）參數控制。通常情況下，噴漿壓力的設計、樁體強度的控制、樁徑尺寸參數、漿液的配比條件、回灌填充量等內容，都需要進行嚴格的管理，執行規范化的標準。在水平旋噴的樁施工技術處理中，務必要通過在鉆孔定位中的控制，協調打設角度、樁與樁間距以及搭接長度等參數[2]。在水平旋噴樁施工過程中，注漿管搭接長度應不小于12cm。（2）孔口漿液控制。對于孔口漿液的溢流控制，是整個工序操作的重點內容，在水平旋噴樁的施工處理中，必須保證鉆孔的斜上方與水平米面的夾角條件呈固定的夾角，以此防止漿液從孔口處產生溢流。

1.3 施工圍巖特點

桃樹坪隧道富水第三系粉細砂巖層通過高壓水平旋噴樁超前支護預加固、掌子面樁體以及巖體形成帷幕整體，都可以在維護工程圍巖穩定性上起到積極作用。根據此施工技術的特點，我們主要運用的是SM-14多功能地質鉆機、PST-60水平旋噴鉆機、7T-505J高壓泵等施工建設專業化設備和施工輔助技術方法，保證工程建設的優質、高效。工序上，先對特質隧道進行掌子面輪廓線處理，同時對周邊執行旋噴加固，在掌子面布設梅花形鉆孔的同時，對跳孔展開水平旋噴樁施工，使樁體內安裝的玻纖錨桿，起到增強掌子面穩定性的效果，在開挖之前使圍巖結構更加問題，確保開挖工作的安全，是富水第三系粉細砂巖層隧道施工最快、最有效的加固技術。

2 旋噴注漿技術

已經完工的循環施工項目中，挖掘的效果得到了初步改善，在桃樹坪隧道的施工建設中，通過施工方案的改良，增加了施工的合理性，保證了工程建設的順序。從行業技術角度，旋噴注漿技術的應用，為國內軟巖隧道的施工建設提供了必要的基礎支撐，尤其在控制坍塌與沉降的內容上，取得了明顯的技術突破，是實現隧道施工建設發展的有效手段。

3 水平旋噴施做效果

3.1 開挖周邊旋噴效果

經過超前預加固處理的水平旋噴技術中，在施工場地中形成了圍繞樁體的帷幕，降低了隧道的出水量條件，有效的固結了涌砂，達到了良好的控制效果，樁體之間能夠咬合，相互之間形成整體，防止初期支護背后脫空、不密實，極大地減少了隧道開挖施工過程中存在涌水、涌砂及掌子面坍塌風險，實現了富水第三系粉細砂巖層隧道全斷面人工配合機械化開挖施工，提高了施工效率，保證了施工的安全[3]。

3.2 開挖掌子面旋噴效果

水平旋噴高壓注漿技術中，預加固技術的處理屬于隱蔽項目，將所有成樁的樁體全部隱藏在巖體結構中，只有在進行掌子面掘進時，才能顯示出樁體的形狀與大小等參數，并確定各個樁體之間的咬合條件。

由于受旋噴壓力、漿液配比、漿液流量及流速、退管速度、鉆桿轉速、旋噴噴嘴大小、圍巖地質情況等施工現場因素，都會對成樁的最終效果造成影響，所以應以現場施工條件為基礎，對作業處理中的工作參數進行調整，保證各項指標的合理性。根據不斷試驗、不斷改進創新，總結得出，在50Mpa的旋噴壓力、在4cm/5s的退速下，在富水第三系粉細砂巖內成樁效果最好，旋噴樁徑都在78cm以上，形狀幾乎為圓形，有極個別樁呈橢圓形，表現出豎向高度大于橫向寬度的特征，限制斷樁問題的同時，保證旋噴樁周變較高的咬合效果，維護基本設計要求。

3.2.1 不同圍巖情況下旋噴效果

在不同巖層內旋噴效果不同，由于水平旋噴技術工作原理是通過高壓注漿與巖體充分混合攪拌后固結成樁，因此與傳統的注漿工藝在巖體內滲透、粘結在本質有著明顯的區別。

通過旋噴技術，將施工環境中巖體充分攪拌，在達到均勻結合效果后，即便是相同配比條件的漿液，在樁體成型后，都會表現出強度、形狀和顏色等內容上的差異化條件。在富水第三系粉細砂巖層中的樁徑條件，要明顯的大于砂卵石層與黃土層的樁徑，但黃土層中的成樁強度卻低于其它結構。由此發現，在旋噴處理中，圍巖發育結構、擾動程度和密實度對成樁的直徑及效果也有一定的影響。黃土中成樁情況圖、砂卵石中成樁情況圖、粉細砂中成樁情況圖。

3.2.2 返出漿率與強度分析

水平旋噴預支護技術中，反漿率是極為重要參數條件，如果溢流漿液超出了總體漿量的15%，必須對注漿的壓力進行調整，提高執行數值，并適當進行二次旋噴處理，以防出現樁徑不足導致的斷裂。如果漿液不再發生溢流，需適當的控制后退四度與漿液流量，完成操作過程中的技術調整。

返出漿液通過試驗室送樣、試驗分析得到不同成分試驗參數如表1所示。

3.2.3 數據計算

（1）總重W是由樣品中直接取樣稱重所得，總重量為水泥、土、砂和水四者重量之和，即W=Ws+Wce+Ww;（2）砂重Ws可經過分離試驗，將數據獲得;（3）水泥和土的混合重量Wce（Wce=Wc+We）經過分離試驗，將數據獲得;（4）根據相關設計數據，原狀土中土含量按16%計算，即土重We=0.175Ws;（5）根據水泥和土的混合重量減去土含量即得水泥含量，Wc=Wce-We;（6）水含量計算，Ww=W-Wce-Ws;（7）水灰比計算，Ww：Wc=1：Ww/Wc。（8）成樁現場抽樣，進行抗壓強度試驗。

旋噴施工結束后，對到期的樁體進行了抗壓強度試驗，從下表試驗參數可以得到如下結論：如表2所示，當水平旋噴樁施工結束后，對其工程強度進行試驗驗證，該項目的平均樁體抗強度數值為9.33Mpa，要高于傳統施工中的注漿操作方法，并以此作為基礎控制圍巖與支護中的沉降與收斂變形問題。在樁芯加以小導管后，有效的增大了受力，完成了對周圍支撐圍巖各項參數的控制，降低了巖體壓力、水壓力、高低壓力等內容的影響條件，構建起了完整性的安全施工空間。進一步對樁體試件逐個進行分析得出，試件樁芯部位的強度位比試件樁側部位的抗壓強度明顯整體超出20%以上，產生此類問題是由于旋噴樁施工中，樁體中心向四周遞減的壓力條件變化，而壓力在周邊部位縮小后，形成的樁體密實度小，水泥含量少，反之含砂土較多，導致其抗壓強度低。

4 結語

桃樹坪隧道圍巖地質情況復雜，主要以富水第三系粉細砂巖層為主，針對在這種軟巖地質中色施工難點，經過試驗總結，成功運用水平旋噴對掌子面圍巖進行預加固處理，巖體與漿體固結成帷幕整體，增強了圍巖的穩定性，為隧道施工提供了安全、可靠地環境。

參考文獻

[1] 孫國慶，殷九榮.水平旋噴加固在富水未成巖粉細砂層中的應用[J].隧道建設，2012，32（2）：213-217.

[2] 洪三金，蔣學文，鄔疆.全斷面富水砂層淺埋暗挖隧道施工技術[J].建筑施工，2010，22（10）：132-133.

[3] 趙彥峰.利用水平旋噴樁處理隧洞開挖涌砂[J].甘肅水利水電技術，2012，48（8）：57-58.