劉前桂　李小龍

（中交四航局第一工程有限公司廣東廣州　510000）

旋噴樁在隧道施工中的應(yīng)用分析

劉前桂李小龍

（中交四航局第一工程有限公司廣東廣州510000）

當(dāng)前，在隧道施工中，旋噴樁技術(shù)得到了十分廣泛的應(yīng)用，其具有施工簡(jiǎn)單方便、加固效果優(yōu)良等特點(diǎn)。本文即首先概述了水平旋噴樁技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其后就具體的工程案例，探討了旋噴樁施工技術(shù)，以期為隧道超前加固提供一定的參考。

旋噴樁；隧道施工；應(yīng)用

引言

在隧道施工過(guò)程中，常用的超前加固方法主要有以下幾種：超前小導(dǎo)管，超前小導(dǎo)管不屬于旋噴樁施工的內(nèi)容、凍結(jié)法、大管棚以及水平旋噴樁。其中，旋噴樁法與其他方法相比，具有強(qiáng)度高、可控性好及簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，目前在熱力管道、公路隧道等地下工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

1　水平旋噴樁技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)概述

在隧道施工中，超前支護(hù)處理得好，不僅能保證隧道在建設(shè)施工中的各項(xiàng)安全，而且具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。其中，水平旋噴樁技術(shù)是在水平鉆孔內(nèi)以高壓旋噴的方式壓注水泥漿，在隧道開(kāi)挖外輪廓形成拱形預(yù)襯砌，以防護(hù)掌子面和地表下沉的超前支護(hù)方法。水平旋噴樁預(yù)支護(hù)的特點(diǎn)主要為：①?gòu)?qiáng)度高：在高壓旋噴的過(guò)程中，能夠使得巖體和水泥漿充分的混合，形成一種類(lèi)似于砂漿的固結(jié)體，在含砂地層中其強(qiáng)度要高于水泥漿固結(jié)體；②均勻性：在旋噴樁成樁的過(guò)程中，高壓水泥漿噴射流，能夠直接將大塊巖體破碎，形成均勻混合體；③可控性：水平旋噴漿液的注入部位與范圍均處于可控狀態(tài)，通過(guò)調(diào)節(jié)注入?yún)?shù)（如：切削巖體壓力、固化材料注入速度以及配比、注入量等），可得到達(dá)到設(shè)計(jì)要求的固結(jié)體；④簡(jiǎn)易性：施工中不需要使用大型設(shè)備，施工工藝簡(jiǎn)單，操作方便；⑤經(jīng)濟(jì)性：水平旋噴樁施工的費(fèi)用相對(duì)較低，由于其漿液注入范圍可控，相對(duì)注入量大幅減少，成本也就相對(duì)減少費(fèi)用低。下文即具體分析了水平旋噴樁施工技術(shù)在某隧道工程中的應(yīng)用。

2　實(shí)例分析旋噴樁在隧道施工中的應(yīng)用

2.1工程概況

某隧道工程原設(shè)計(jì)在隧道GDK25+L86～+120洞內(nèi)拱壩采用雙排水平旋噴樁超前加固，在旋噴樁中插入φ108大管棚，并且采用上半斷面注漿超前注漿，采用水泥—水玻璃雙液漿；地面采用降水外對(duì)地表進(jìn)行適當(dāng)降水。暗挖隧道的圍巖等級(jí)均為Ⅵ級(jí)圈巖，采用CD法施工。

2.2地質(zhì)分析及其設(shè)計(jì)變更

2.2.1地質(zhì)分析

（1）對(duì)隧道過(guò)東部快速路右線隧道（GDK25J-180～+120）段進(jìn)行地質(zhì)補(bǔ)勘工作，揭示地層情況為：GDK25+133～+120段地層自上而下為素填土，雜色，厚約3.8～4.3m；淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘上，灰黑色，流塑，厚0.7～4.9m；中砂，灰色為主，飽和，松散-稍密，厚2.5～ 11.8m。下伏基巖為泥質(zhì)粉砂巖，其中洞身拱部范圍為中砂，飽和，松散一稍密，厚2.2～3.1m，下斷面為全、強(qiáng)～弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

（2）隧道下穿東部快速干線，洞身上斷面均有中砂層分布，隧道開(kāi)挖時(shí)，容易對(duì)中砂層產(chǎn)生擾動(dòng)，砂隨地下水流失，從而使上部形成空洞，造成路面沉降和塌陷，隧道施工時(shí)，必須對(duì)中砂層進(jìn)行固化和止水處理，保證既有道路和隧道施工安全。

（3）隧道施工過(guò)程中地下水滲流會(huì)增大洞身出水量，甚至涌水、坍塌，應(yīng)采取有效的止水措施，防止涌水涌砂引起坍塌事故，進(jìn)而影響道路及行車(chē)安全。

（4）根據(jù)廣東珠三角城際軌道交通有限公司《研究莞惠GZH-5標(biāo)GDK25+200～+080暗挖隧道帷幕注漿加固工作會(huì)議紀(jì)要》[2014]（29）要求，由于東部快速路交通流量較大，為避免封閉道路而影響到東部，快速路車(chē)輛正常行駛，同意現(xiàn)場(chǎng)增設(shè)兩車(chē)道的應(yīng)急車(chē)道，以保證東部快速路正常運(yùn)營(yíng)。

2.2.2處理方案

（1）在右線隧道下穿東部快速干線范圍洞內(nèi)水平旋噴樁循環(huán)搭接段對(duì)應(yīng)的地表GDK25+123處增設(shè)兩排豎向旋噴樁進(jìn)行端頭封堵加固止水。

（2）在原東部快速干線右幅路面旁增設(shè)兩車(chē)道行車(chē)道以確保道路行車(chē)安全。

（3）洞內(nèi)初支、二襯及施工方法按照原設(shè)計(jì)進(jìn)行。

2.3旋噴樁施工

2.3.1施工布置

由于隧道穿越富水砂層，且有地下水源補(bǔ)給，開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)涌水涌砂現(xiàn)象，給隧道施工及及地面交通安全帶來(lái)很大的安全風(fēng)險(xiǎn)，故在水平旋噴樁循環(huán)里程前來(lái)施做地表豎向旋噴樁，施做里程為：GDK25+123；豎向施做范圍：隧道拱頂以上2m至隧道拱腰；水平施做范圍：隧道開(kāi)挖輪廓外2.116m，豎向旋噴樁為2排。

2.3.2旋噴樁參數(shù)

直徑500mm，間距400mm，咬合100mm；旋噴樁采用雙重管旋噴，采用42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥，水泥漿液的水灰比1.0～1.5，高壓水泥漿射流的壓力大干20MPa（一般取25～30MPa），氣流壓力宜大于0.7MPa，提升速度可取10～25cm/min，要求加固后土體的28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu≥1.0MPa。圖1即為旋噴樁大樣圖。

2.3.3施工流程

圖1　旋噴樁大樣圖（1：25）

旋噴樁施工過(guò)程中一般先用鉆機(jī)引孔，用高壓泵（一般為25MPa）將水泥漿液通過(guò)特殊注漿管端頭的噴嘴，以高速?lài)娙胪翆樱瑖娮煸趪姖{液時(shí)，一面緩慢旋轉(zhuǎn)（10r/min），一面徐徐提升（建議取10～15cm/min），高壓噴出的漿液不斷切削土層，并使強(qiáng)制切削下來(lái)的土體與漿液充分混合，最后在噴射力的有效射程范圍內(nèi)形成一個(gè)混合物圓形凝柱體，本項(xiàng)目使用的二重管法。即：同時(shí)壓入水泥漿和壓縮空氣，使用鋼管（直徑根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇）為注漿管，噴射流為漿液，以25MPa（建議值）壓力從噴嘴中噴出，直接沖擊切削土體，達(dá)到水泥漿置換土體顆粒，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3.4施工方法

施工時(shí)首先用鉆機(jī)引機(jī)，再用旋噴機(jī)噴射，即先把漿液管下到預(yù)定加固范圍最深點(diǎn)，然后自下而上進(jìn)行高壓噴射注漿切割土體，將開(kāi)孔和灌注樁體同時(shí)進(jìn)行，一次成樁，其工作步驟為：

（1）鉆機(jī)就位：鉆機(jī)需平置于牢固堅(jiān)實(shí)的地方，鉆桿對(duì)準(zhǔn)孔位中心，偏差不超過(guò)5cm。

（2）鉆機(jī)下管：鉆孔的目的是將注漿管順利置入預(yù)定位置，在下管過(guò)程中，需防止管外泥砂或管內(nèi)水泥漿小塊堵塞噴嘴，可用膠帶封死噴頭，當(dāng)注漿噴頭下到預(yù)定位置（預(yù)定加固范圍最深點(diǎn)），按照順序往管內(nèi)輸送高壓漿液和壓縮空氣，膠帶將自動(dòng)崩開(kāi)。

（3）制漿：根據(jù)不同地層選取不同注漿材料，本項(xiàng)目旋噴樁止水帷幕注漿材料采用普通硅酸鹽水泥（42.5#），水泥漿液的水灰比為1.0～1.5。

（4）試管：當(dāng)注漿管置入土層預(yù)定深度后應(yīng)用清水試壓，若注漿設(shè)備和高壓管路安全正常，則可攪拌制作水泥漿開(kāi)始高壓注漿作業(yè)。

（5）高壓注漿作業(yè)：高壓射漿自下而上連續(xù)進(jìn)行，注意檢查漿液初凝時(shí)間、注漿流量、壓力、旋轉(zhuǎn)和提升速度等參數(shù).應(yīng)符合操作規(guī)程要求，若其它參數(shù)不變，提高噴射壓力即射流能量大，加固范圍則相應(yīng)增大，效果好；若提升速度和旋轉(zhuǎn)速度適當(dāng)降低，也可以增大加固半徑，在射漿過(guò)程中參數(shù)可隨土質(zhì)不同改變，若參數(shù)不變，剛?cè)菀自斐刹牧侠速M(fèi)或降低旋噴效果。

（6）噴漿結(jié)束與拔管：噴漿由下而上至設(shè)計(jì)高度后，拔出噴漿管，噴漿即告結(jié)束，把漿液填入注漿孔中，多余的清除掉，但需防止?jié){液凝固時(shí)產(chǎn)生收縮的影響，拔管要及時(shí)，切不可久留孔中，否則漿液凝固后將難以拔出。

（7）注漿設(shè)備清洗：當(dāng)噴漿結(jié)束后，立即清洗高壓泵，輸漿管路、注漿管及噴頭。

2.4旋噴樁質(zhì)量控制

2.4.1保證項(xiàng)目

旋噴樁使用的水泥品種，標(biāo)號(hào)，水泥漿的水灰比符合設(shè)計(jì)要求。

檢驗(yàn)方法：檢查出廠證明、合格證、試驗(yàn)報(bào)告。

2.4.2基本項(xiàng)目

高壓旋噴樁樁體深度、直徑、樁體強(qiáng)度和滲透系數(shù)等符合設(shè)計(jì)要求。

檢驗(yàn)方法：鉆孔取樣檢驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，開(kāi)挖檢查，冒漿試塊試驗(yàn)，取施工過(guò)程中冒漿體試驗(yàn)其物理性能，作為判斷強(qiáng)度參數(shù)，所取冒漿體應(yīng)選取噴射后期的即水泥與土混合狀態(tài)接近地下實(shí)際混合狀態(tài)的冒漿體。檢查樁體均勻性，可采取鉆孔取芯的方法，該方法也可用來(lái)檢驗(yàn)樁體的抗壓強(qiáng)度。

2.4.3允許偏差

旋噴樁的允許偏差和檢驗(yàn)方法應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1　旋噴樁的允許偏差和檢驗(yàn)方法

3　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水平旋噴樁施工技術(shù)具有強(qiáng)度高、均勻、可控、簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)。通過(guò)上述實(shí)踐可得，在富水砂層暗挖隧道施工中應(yīng)用水平旋噴樁施工工藝能有效防止隧道涌沙、涌水事故的發(fā)生，且洞內(nèi)止水效果良好。

[1]侯杰，張宏圖.水平旋噴樁優(yōu)化施工技術(shù)在青島地鐵隧道中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2013（4）：81～82.

[2]申見(jiàn)紅，王海軍.水平旋噴樁在隧道預(yù)支護(hù)施工中的應(yīng)用[J].山西建筑，2009（15）：45～46.

[3]雷庭.水平旋噴樁施工技術(shù)在暗挖隧道下穿既有城鐵車(chē)站工程中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2013（13）：76～77.

U455

A

1673-0038（2015）03-0154-02

2014-12-26

劉前桂（1986-），女，助理工程師，本科，主要從事計(jì)劃合同方面的工作。

李小龍（1984-），男，助理工程師，本科，主要從事工程方面的工作。