公路橋梁隧道施工中注漿拱棚超前支護(hù)技術(shù)

程勇

（張石高速公路張家口管理處，河北 張家口 075100）

公路橋梁隧道現(xiàn)場(chǎng)施工常遭遇不良地質(zhì)體，涉及到松散、富水、軟弱地層隧道穿越施工時(shí)，必須形成配套超前支護(hù)技術(shù)，以控制圍巖變形，避免拱頂、掌子面發(fā)生坍塌，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)的安全性。目前超前支護(hù)常見技術(shù)形式包括錨桿支護(hù)、小導(dǎo)管注漿、長(zhǎng)管棚、水平旋噴樁等，但超前支護(hù)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，卻不同程度地出現(xiàn)了成樁質(zhì)量較差、加固體周邊變形較大和廢漿液排放無序等問題。針對(duì)這些問題，本文提出了一種全新的注漿拱棚超前支護(hù)技術(shù)，配套液壓雙搖臂全方位高壓噴射注漿鉆機(jī)，可滿足超前支護(hù)技術(shù)需求，有效控制周邊巖土體變形，具有安全可靠的綜合應(yīng)用價(jià)值。

一、注漿拱棚超前支護(hù)裝備支持

公路橋梁隧道工程實(shí)踐中注漿拱棚超前支護(hù)施工工藝復(fù)雜，為避免因隧道開挖工作斷面場(chǎng)地局限、水平旋噴施工難度大、開挖速度要求高等一系列因素給隧道開挖作業(yè)帶來的不良影響，實(shí)現(xiàn)注漿拱棚超前支護(hù)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用，本文形成了與注漿拱棚超前支護(hù)技術(shù)相配合工藝設(shè)備體系，將液壓雙搖臂高壓噴射注漿鉆機(jī)及孔口止?jié){器應(yīng)用于超前支護(hù)實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量和壓力的可靠控制。

（一）液壓雙搖臂高壓噴射注漿鉆機(jī)

為滿足公路橋梁隧道施工實(shí)踐中對(duì)注漿拱棚超前支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用需求，已成功研制液壓雙搖臂高壓噴射注漿鉆機(jī)，并應(yīng)用于注漿拱棚超前支護(hù)實(shí)踐中。其相較于同類裝備，在動(dòng)力頭行程、扭矩、裝機(jī)功率及作業(yè)半徑等方面均具有相同優(yōu)勢(shì)，性能特點(diǎn)在于鉆機(jī)配置液壓雙搖臂支撐結(jié)果，主鉆架長(zhǎng)度達(dá)12m，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活可靠，對(duì)定位定向有良好操作性，可滿足鉆噴一體化需求；支持作業(yè)面最大高度為5.6m，最大寬度為7.2m，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍廣，其中水平作業(yè)面轉(zhuǎn)動(dòng)范圍在±90°，垂直作業(yè)面轉(zhuǎn)動(dòng)范圍在-15°～90°；同時(shí)，鉆機(jī)配置雙動(dòng)力源支持，行走驅(qū)動(dòng)裝置為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，旋噴、鉆孔工作回路驅(qū)動(dòng)裝置為電動(dòng)機(jī)，對(duì)預(yù)防空氣污染、提高行走機(jī)構(gòu)靈活性有重要意義；鉆機(jī)配置有彈性支座，對(duì)實(shí)現(xiàn)孔口止?jié){器與主鉆架的可靠連接有促進(jìn)作用，連接拆卸方便，可滿足操作人員作業(yè)需求。

（二）孔口止?jié){器

設(shè)置孔口止?jié){器對(duì)控制超前支護(hù)過程中周邊巖土體變形量，調(diào)節(jié)孔口壓力及廢漿液排放量有重要意義。目前已成功研發(fā)孔口止?jié){器具備三方面性能優(yōu)勢(shì)：第一，可借助于溢流管截止閥實(shí)現(xiàn)對(duì)超前支護(hù)過程中廢漿液排放量及孔口壓力的調(diào)節(jié)控制；第二，借助于密封腔在鉆孔及旋噴期間提高高壓噴射漿液的密封性，避免自溢流管滲漏問題的發(fā)生；第三，通過溢流管將旋噴注漿過程中所產(chǎn)生廢漿液及鉆孔渣土排放至指定地點(diǎn)，在保障超前支護(hù)效果的同時(shí)，盡可能減少環(huán)境污染問題。

二、注漿拱棚超前支護(hù)技術(shù)方案

公路橋梁隧道工程實(shí)踐中已經(jīng)涉及到對(duì)注漿拱棚超前支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，但受施工工藝及裝備性能局限性的影響，導(dǎo)致超前支護(hù)技術(shù)的推廣存在一定限制。針對(duì)該問題，有關(guān)人員嘗試研究帶有孔口止?jié){器的高壓噴射注漿拱棚超前支護(hù)工法，對(duì)解決設(shè)備性能局限所致技術(shù)推廣問題有重要意義，整體工序流程如圖1所示。

圖1 高壓噴射注漿拱棚超前支護(hù)工序流程

第一步，定位。對(duì)鉆機(jī)主鉆架進(jìn)行定向與定位，通過法蘭盤實(shí)現(xiàn)孔口止?jié){器與掌子面墻上預(yù)埋鋼管的可靠連接。

第二步，鉆孔。按照設(shè)計(jì)深度視情況利用沖擊回轉(zhuǎn)或回轉(zhuǎn)方式鉆孔，鉆進(jìn)過程中所產(chǎn)生廢漿液、渣土通過孔口止?jié){器溢流管，排放至指定位置。

第三步，高壓噴射注漿。密切倉儲(chǔ)稱重系統(tǒng)、攪漿系統(tǒng)及高壓泥漿泵的配合，自孔底自下至上完成高壓旋噴操作，旋噴至與掌子面墻距離1m～2m位置。

第四步，分離部分孔口止?jié){器。將溢流管截止閥切換至關(guān)閉狀態(tài)，鉆頭退出板閥腔并切換板閥至關(guān)閉狀態(tài)，分離板閥腔與密封腔，主鉆架轉(zhuǎn)動(dòng)至其他相應(yīng)孔位，視實(shí)際情況經(jīng)溢流管處理壓力補(bǔ)漿，以滿足注漿需求。

第五步，分離板閥腔。待加固體達(dá)到非流動(dòng)狀態(tài)后，分離掌子面墻預(yù)埋鋼管與板閥腔連接端，孔口利用棉布或木塞封閉。

第六步，芯材插入。根據(jù)前期設(shè)計(jì)方案，通過孔口將鋼筋、鋼管或者鋼筋束插入旋噴樁體，達(dá)到超前支護(hù)效果。

完成操作步驟后，利用高壓噴射注漿拱棚達(dá)到超前支護(hù)效果，解決因孔口壓力驟降對(duì)周邊土體結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生不良影響，同時(shí)還能夠避免因拱棚頂部周邊土體變形作用力大而對(duì)超前支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性所產(chǎn)生不良影響，是公路橋梁隧道工程領(lǐng)域超前支護(hù)的全新思路與渠道。

圖2 旋噴拱棚注漿超前支護(hù)剖面結(jié)構(gòu)

三、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

某公路橋梁隧道工程位于某市西北郊區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)勘查資料顯示隧道開挖作業(yè)面基礎(chǔ)場(chǎng)地為第四系沖洪積地層，地層構(gòu)成為素填土、砂質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土及粉砂層，壓縮模量在4.5MPa～10MPa，孔隙比在0.67～0.91。施工現(xiàn)場(chǎng)選用高壓噴射注漿拱棚超前支護(hù)工藝技術(shù)，噴射注漿鉆孔前方對(duì)稱設(shè)置高壓噴嘴，拱棚共配置7根旋噴樁，孔徑為0.15m，鉆深為8.5m。旋噴拱棚注漿超前支護(hù)剖面結(jié)構(gòu)如圖2所示。

該工程試驗(yàn)區(qū)段超前支護(hù)現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備包括高壓噴射注漿鉆機(jī)、孔口止?jié){器、高壓泥漿泵、水泥漿攪拌罐、清洗泵等。旋噴漿液選用普通硅酸鹽水泥，標(biāo)號(hào)為PO32.5R，水灰比為1。注漿拱棚超前支護(hù)過程中高壓噴射注漿鉆機(jī)保持固定狀態(tài)，旋噴樁經(jīng)鉆機(jī)主鉆架轉(zhuǎn)動(dòng)方式滿足定位以及定向的需求。泥漿泵工作壓力設(shè)定為40MPa，采用跳打施工方式，成孔速度按照80cm/min標(biāo)準(zhǔn)控制，旋噴轉(zhuǎn)速控制標(biāo)準(zhǔn)為13.5r/min～15r/min，旋噴提速控制標(biāo)準(zhǔn)為14cm/min～16cm/min?，F(xiàn)場(chǎng)旋噴樁經(jīng)鋼管中心插筋，1#旋噴樁于底部3m范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)噴處理。為對(duì)注漿拱棚超前支護(hù)具體效果進(jìn)行觀察，在完工后30d內(nèi)對(duì)拱棚頂部及隧洞內(nèi)部進(jìn)行開挖校驗(yàn)，開挖結(jié)果顯示旋噴樁質(zhì)地均勻，樁徑平均為0.7m～0.8m，縱向、橫向搭接緊密，無縫隙，咬合尺寸在0.2m以上。

四、結(jié)語

注漿拱棚超前支護(hù)對(duì)避免各類施工災(zāi)害發(fā)生，提高工作面結(jié)構(gòu)安全性、可靠性有非常重要的價(jià)值。本文得出三點(diǎn)結(jié)論：第一，成功研發(fā)帶孔口止?jié){器的高壓噴射注漿拱棚超前支護(hù)工藝方案，并在工程實(shí)踐中應(yīng)用；第二，形成了與注漿拱棚超前支護(hù)技術(shù)相配合工藝設(shè)備體系，將液壓雙搖臂高壓噴射注漿鉆機(jī)及孔口止?jié){器應(yīng)用于超前支護(hù)實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量及壓力的可靠控制；第三，利用足尺試驗(yàn)對(duì)注漿拱棚超前支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行校驗(yàn)與檢測(cè)，證實(shí)該工法能夠提高結(jié)構(gòu)質(zhì)量，控制周邊巖土體變形作用力。