水平旋噴樁預加固技術(shù)在侖頂隧道中的應(yīng)用

(中鐵二局集團有限公司 四川 成都 610000)

一、引言

淺埋暗挖法在應(yīng)用于大斷面松散軟弱地層時，安全性較差，容易出現(xiàn)地表沉降量超限、塌方等問題，在開挖前必須對地層進行超前加固或超前支護，以提高洞周圍巖自身的承載能力[1]。水平旋噴樁預加固技術(shù)是在常規(guī)旋噴樁注漿基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新技術(shù)[2]，該技術(shù)在提高復合土體強度、防滲、抗滑、預支撐等多重效果的同時，能夠降低成本、提高效率、縮短周期，提高施工安全程度。本文通過工程實踐，對水平旋噴樁施工工藝和質(zhì)量控制進行分析和研究，進而得出總結(jié)經(jīng)驗，以期為類似工程實踐提供參考依據(jù)。

二、工程概況

新建合肥至福州鐵路侖頂隧道起訖里程為DK743+262.2～DK743+731，全長468.8m，洞身圍巖主要為凝灰質(zhì)石英砂巖，褶皺不發(fā)育，全隧均為Ⅴ級圍巖。隧道進、出口明暗交接里程分別為DK743+479.2、DK743+714，進出口均采用帽檐斜切式緩沖結(jié)構(gòu)洞門(L-17m)。隧道出口端DK743+694～DK743+714段采用洞口定向水平旋噴樁超前預支護。

隧道出口暗挖段所處場地范圍內(nèi)的巖土分層,表層為第四系坡殘積粉質(zhì)黏土，淺黃色，硬塑，厚0～10m;下伏J3c侏羅紀長林組凝灰質(zhì)石英砂巖，全～弱風化，全風化厚2～12m；強風化厚大于13m；下為弱風化層，青灰、灰白色，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，地下水為孔隙潛水及裂隙水，較發(fā)育。

三、水平旋噴樁設(shè)計及施工工藝

(一)設(shè)計樁體參數(shù)

在隧道拱部180°范圍內(nèi)布置69根水平旋噴樁，樁徑為0.5m，環(huán)向間距0.35m，外插角1～3°，旋噴樁樁長：L=20m。其樁位的布置見圖1。

圖1 樁位布置

(二)施工工藝

(1)工藝概述：水平旋噴樁施工工藝主要適用于砂類土、黏性土、黃土及小粒徑的砂礫層。該工藝是在不良地質(zhì)隧道工作面前方，采用水平定向鉆機沿隧道開挖輪廓線鉆孔[3]，達到預定深度后，邊后退邊高壓旋噴注漿，相鄰的旋噴固結(jié)體相互搭接咬合，在隧道拱頂及周邊形成封閉旋噴帷幕體。

(2)主要機具設(shè)備：HTG-500型旋噴鉆機、鉆具、XPB-90E型高壓注漿泵各1套，20m3螺桿空壓機、攪漿機、儲漿罐、BW-320型泥漿泵、SE-1型有線導向儀各1臺。

(3)施工參數(shù)：①水泥漿配合比：mc:mw=1：1；②水泥用量為成樁體積的30%；③注漿壓力：35～40MPa；④旋噴速度：15～20cm/min。

(4)施工工藝流程：樁位測放→設(shè)備安裝調(diào)試→開孔埋設(shè)裝置→水平鉆孔→回撤旋噴→封孔→清洗管道及設(shè)備。

四、質(zhì)量控制措施

1.漿液水灰比大小直接影響成樁固結(jié)體的強度，單位加固體中的水泥漿含量越高，噴射的漿液越稠，則加固強度越高。為了保證漿液與土體的攪拌均勻程度，在施工前要進行工藝性試樁，由試驗室試驗后提供最佳水灰比。

2.鉆機選型：應(yīng)根據(jù)設(shè)計鉆孔深度及孔徑選用鉆機，施鉆時應(yīng)有導向架。

3.旋噴次序：先鉆噴拱頂中央孔，然后每次間隔一個孔位從上到下，左右交替直到底部。再從上到下、左右交替、跳孔施工[4]所缺孔位，使后旋噴孔固結(jié)體能填補兩孔間空隙。

4.漿液配制：漿液攪拌必須均勻，每桶攪拌時間不少于5min，一次攪拌使用時間亦控制在4h以內(nèi)。在制漿過程中需隨時測量漿液比重，每孔高壓噴漿結(jié)束后應(yīng)統(tǒng)計該孔的材料用量和漿液的累計噴入量，嚴禁使用配比不準確的漿液。

5.水平旋噴樁樁位與設(shè)計位置的偏差不得大于5cm，樁徑應(yīng)大于50cm，相鄰樁的搭接不應(yīng)小于30cm。樁體應(yīng)連接，不能出現(xiàn)斷樁、縮徑等情況。

6.嚴格控制鉆孔深度，應(yīng)確保施工樁長達到設(shè)計要求，嚴禁在未達到設(shè)計孔深的情況下進行旋噴機后退旋噴作業(yè)。

7.鉆進速度不宜過快，并應(yīng)適時地加入后退動作，修正鉆頭鉆進軌跡，以提高鉆孔精度。依據(jù)地層條件合理調(diào)整給進力，控制鉆孔深度、旋噴速度，避免斷樁，確保旋噴樁樁長達到設(shè)計值。嚴禁未達到設(shè)計深度及尚未旋噴滿的情況下進行后退旋噴作業(yè)[5]。

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8.儀器監(jiān)測糾偏：在孔位開始鉆進前使用水準儀和經(jīng)緯儀準確調(diào)整鉆進方向，同時在鉆頭內(nèi)部安裝有測控設(shè)備的水平導向儀，每鉆進4m要使用水平導向儀測量一次，及時進行導向糾偏，確保預導孔精度,嚴格控制樁孔打設(shè)方向，并做好每個鉆孔施工原始記錄。其工作示意見圖2。

圖2 導向糾偏示意

9.旋噴漿液與土體的攪拌均勻程度是影響樁體強度的關(guān)鍵因素。當旋噴漿液與土體攪拌越均勻，其旋噴樁的強度就越高。因此,為了提高旋噴樁的樁身強度可以采用控制后退旋噴速度或重復旋噴攪拌的施工工藝。

10.拔桿噴漿過程的質(zhì)量控制

(1)旋噴壓力是影響旋噴樁固結(jié)體質(zhì)量的主要因素。高壓噴漿前應(yīng)檢查高壓注漿泵，在達到35MPa時，才可開始噴漿施工；

(2)旋噴時，應(yīng)邊噴邊轉(zhuǎn)動邊后退，鉆桿旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整到20r/min，旋噴端頭后退速度為15～18cm/min，以后保持在20cm/min；

(3)在中途卸桿時，先停止后退，旋噴5圈，然后通知停止送漿。卸桿完畢恢復給漿后，先旋轉(zhuǎn)3 ～ 5圈再后退，這樣可以防止出現(xiàn)斷樁；

(4)在高壓噴漿時，泵工應(yīng)隨時注意觀察泵壓變化，當發(fā)現(xiàn)泵壓過低或過高時應(yīng)及時停止噴漿，查明原因后再恢復高壓噴漿。鉆桿拔至離孔口1.5m處高壓泵停止注漿，先關(guān)閉漿液輸送通道，再緩慢拔出鉆桿，進行封孔作業(yè)。

11.在含水量較大的土層鉆進時，對噴咀易發(fā)生堵塞的情況采取以下處理措施

(1)當堵塞時，因沒有沖洗清水故阻力大，扭矩劇增轉(zhuǎn)速也會下降，這時應(yīng)停止給進，調(diào)整速度，及時查明原因，待扭矩下降后再正常給進；

(2)在后退旋噴作業(yè)時，若噴咀堵塞，泥漿泵壓力表指示壓力將急劇升高，這時應(yīng)停止送漿。迅速退出鉆桿和噴頭，換上新的噴頭并鉆進到原先噴射處，再正常送漿，繼續(xù)后退旋噴作業(yè)。卸下的噴頭、噴咀應(yīng)立即清除堵塞物，分析堵塞原因，防止再次出現(xiàn)；

(3)因故需較長時間中斷旋噴時，亦及時用清水沖洗輸送漿液系統(tǒng)，防止硬化劑沉淀在管路內(nèi)。

12.每次旋噴施工完畢，應(yīng)將泵體及管道內(nèi)殘渣沖洗干凈，以防固結(jié)。

13.旋噴流出的廢漿應(yīng)通過專用排漿溝縱向排出，注意勿使廢漿液聚集或流經(jīng)拱腳處，以免泡軟拱腳地層。

14.旋噴樁施工地段，應(yīng)根據(jù)《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》[6]有關(guān)規(guī)定，加強監(jiān)控測量，以確保施工安全。

五、水平旋噴樁加固效果

根據(jù)地質(zhì)雷達測試和鉆孔取芯驗證，高壓旋噴樁的成樁質(zhì)量、嚙合效果較好，樁體直徑達70cm，巖芯的抗壓強度最小5.5MPa，最大可達8.7MPa，符合設(shè)計28d樁體強度應(yīng)大于5MPa要求，通過預加固處理技術(shù)提高土體自穩(wěn)強度。經(jīng)后期反復觀測，水平旋噴樁預支護能有效地控制土體地層下沉，使隧道開挖、支護能夠安全、快速地進行。

六、結(jié)語

倫頂隧道采用水平旋噴樁預加固技術(shù)，開挖后立即發(fā)揮作用，旋噴固結(jié)體相互嚙合形成的旋噴拱棚支護能承受大部分地層壓力，具有梁效應(yīng)和土體改良加固效應(yīng)，達到了控制變形的目的。實踐證明水平旋噴樁預加固技術(shù)在砂土軟巖層中的應(yīng)用是安全可行的，該技術(shù)具有顯著的社會和經(jīng)濟效益，值得推廣和借鑒。