范 鑫

（山西省水利水電工程建設(shè)監(jiān)理公司，山西 太原 030002）

在濕陷性黃土隧洞施工中，常采用超前加固措施。超前加固方法有超前小導(dǎo)管、超前小導(dǎo)管注漿、凍結(jié)法、大管棚和水平旋噴樁等。在具體工程中，應(yīng)根據(jù)具體情況綜合考慮各種因素，采用不同的方法。

1 工程概述

甘肅引洮供水一期工程總干渠7號隧洞全長17286m，進(jìn)口樁號46+715.00，出口樁號64+001.00，設(shè)計(jì)高程2130.02～2119.54m，縱坡i=1/1650。主洞斷面型式為類馬蹄形，凈斷面尺寸4.80m×5.02m。隧洞樁號60+572.00～61+079.42段，圍巖主要的特點(diǎn)表現(xiàn)為成巖差、欠固結(jié)、膠結(jié)不均等一系列的特點(diǎn)，其天然密度為2.21g/cm3。粒徑細(xì)，顆粒組成中2～0.25mm、0.25～0.074mm和小于0.074mm的含量，分別為24%～31%、45%～67%和5%～13%。圍巖的含水量介于8%～15.4%之間，其飽和含水量為18%，相對來講強(qiáng)度較低，水理性較差，吸水率介于20%～23%之間，具有易融化和易透水的特性，滲透系數(shù)介于6.2×105～3.2×104cm/s之間。

該區(qū)域內(nèi)施工條件惡劣、含水率較高，導(dǎo)致施工面臨著一系列的困難和問題。巖石強(qiáng)度低及地下水活動(dòng)對于施工過程中的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響，如果圍巖含水量分別在小于11%、11%～15%和大于15%時(shí)，圍巖分別判定為坍塌、坍塌嚴(yán)重和大量塌方地段，在進(jìn)行施工的過程中需要針對不同的含水量，采取不同的安全管理措施，防止施工中發(fā)生塌方事故。

2 水平旋噴樁預(yù)支護(hù)原理及特點(diǎn)

水平旋噴樁支護(hù)，主要目的在于確保施工中側(cè)拱、頂拱及掌子面的穩(wěn)定，水平旋噴樁支護(hù)一般在粘性土、砂類土、泥頁巖的施工中使用較為廣泛。

2.1 水平旋噴樁預(yù)支護(hù)原理

水平旋噴的動(dòng)力源主要為高壓泵，通過水平鉆機(jī)、鉆桿、鉆頭以及噴嘴等設(shè)備和設(shè)施將漿液噴射到巖體內(nèi)，依靠噴嘴的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)退來完成噴射施工。在壓力和重力的作用影響下，水泥漿在斷面上重新固結(jié)，形成水平旋噴樁，對周圍的土體產(chǎn)生加固的作用。當(dāng)多個(gè)旋噴樁相互咬合之后，施工隧道外圍就會(huì)形成具有一定承載力的保護(hù)層，防止在施工中出現(xiàn)土體塌落的情況，確保施工的順利進(jìn)行。

2.2 水平旋噴樁預(yù)支護(hù)特點(diǎn)

水平旋噴樁預(yù)支護(hù)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

強(qiáng)度高：高壓旋噴施工，能夠確保水泥和巖體充分混合，形成強(qiáng)度較大的固結(jié)體，其高強(qiáng)度的特點(diǎn)能夠保證施工安全性和施工有序進(jìn)行。

均勻性：通過高壓水泥漿噴射流的方式，能夠?qū)⑤^大的塊狀風(fēng)化巖體破碎，這些破碎的巖體能夠與水泥充分混合，確?；旌象w強(qiáng)度。

可控性：采用水平旋噴的方式，能夠確保水泥漿液的噴射控制在合理的范圍內(nèi)。通過對相關(guān)參數(shù)的調(diào)節(jié)來控制整個(gè)噴射過程，使得所形成的固結(jié)體能夠滿足相應(yīng)要求。

簡易性：施工工藝簡單，操作容易控制。

經(jīng)濟(jì)性：施工不需要大的設(shè)備投入，是一種低成本的施工方式。

3 水平旋噴樁超前預(yù)加固方案

3.1 側(cè)、頂拱部土體加固

第一循環(huán)，在距掌子面10m處，對已經(jīng)初步成型的隧道，采用水平旋噴樁施工，樁長12m，搭接2m，外插角為7°時(shí)掌子面抬高1.0m，在施工中側(cè)、頂拱共設(shè)71根水平旋噴樁。在完成施工之后，采用人工開挖工作室。

在成型的工作室內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行施工，在掌子面輪廓線100mm處采用環(huán)向布置49根直徑550mm水平旋噴樁，水平旋噴樁的長度為18m，間距400mm，搭接5m，實(shí)際開挖13m，同時(shí)在工作室開挖輪廓線的13m處，開挖比設(shè)計(jì)斷面大0.8m的斷面。

第二循環(huán)，環(huán)旋噴樁的布置方式采用水平布置的方式進(jìn)行布置，按照第一循環(huán)的布置方式和布置規(guī)格緊貼第一循環(huán)進(jìn)行布置水平旋噴樁。

3.2 掌子面加固

開挖施工過程中，為確保掌子面的穩(wěn)定性，需在每個(gè)循環(huán)的掌子面，布置22根長度為18m，直徑為550mm水平旋噴樁，間距為1m。

3.3 底拱加固

濕陷性黃土隧洞的施工存在很大的安全隱患，各種隱患都會(huì)對施工產(chǎn)生影響，因此為提高施工的安全性，要加強(qiáng)地基承載力，防止施工中出現(xiàn)濕陷性黃土液化以及底部發(fā)生涌水、涌泥現(xiàn)象。每一循環(huán)在隧洞底板設(shè)置上、下兩排，下傾角水平旋噴樁，形成連續(xù)帷幕固結(jié)體，樁間距確定為400mm。上排位置在500m底板上施工，將施工的角度確定在3°～4°，鉆孔長度18m。下排在鉆機(jī)退后1m位置穿過底板初支施工。角度確定為-6°，長度8m。

4 水平旋噴樁施工工藝及技術(shù)參數(shù)

4.1 水平旋噴樁主要施工機(jī)械（見表1）

表1 水平旋噴樁主要施工機(jī)械

4.2 施工工藝流程

鉆孔定位。按照水平旋噴樁樁位布置圖對樁位進(jìn)行測放，移動(dòng)旋噴樁機(jī)到指定樁位，將鉆頭對準(zhǔn)孔位中心，同時(shí)整平鉆機(jī)，放置平穩(wěn)、水平，鉆桿的錘子度偏差不大于1%～1.5%。就位后，首先進(jìn)行低壓射水實(shí)驗(yàn)，用以檢查噴嘴是否暢通，壓力是否正常。

制備水泥漿。樁機(jī)移位時(shí)，即開始按設(shè)計(jì)確定的配合比拌制水泥漿。首先將水加入桶中，再將水泥和外參劑倒入，開動(dòng)攪拌機(jī)攪拌10～15min，然后擰開攪拌桶底部閥門，放入第一道篩網(wǎng)，過濾后流入漿液池，然后通過泥漿泵抽進(jìn)第二道過濾網(wǎng)，第二次過濾后流入漿液池，然后通過泥漿泵抽進(jìn)漿液桶中，待壓漿時(shí)備用。

鉆孔。采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，鉆頭在預(yù)定樁位鉆孔至設(shè)計(jì)位置。

插管。采用旋噴管進(jìn)行鉆孔作業(yè)，鉆孔和插管兩道工序合而為一。當(dāng)?shù)谝浑A段貫入巖土中時(shí)，可借助噴射管本身的噴射或振動(dòng)貫入。其過程為：啟動(dòng)鉆機(jī)，同時(shí)開啟高壓泥漿泵低壓送水泥漿液，使鉆桿沿導(dǎo)向架振動(dòng)、射流成孔貫入。

旋噴拔桿。水平定向鉆機(jī)按照既定深度完成后撥出鉆桿時(shí)，漿液噴射壓力35～40MPa，確保流體對巖層的沖擊和切削作用，鉆桿的兩面分別采用一定的速度旋轉(zhuǎn)和低速徐徐外拔。噴漿管貫入到設(shè)計(jì)深度后，停止鉆進(jìn)，旋轉(zhuǎn)不停，高壓泥漿泵壓力增到施工設(shè)計(jì)值，坐底噴漿30s后，邊噴漿邊旋轉(zhuǎn)，同時(shí)按確定的拔桿速度拔升鉆桿，拔至掌子面0.5m后停止。

清洗。向漿液罐中注入適量清水，開啟高壓泵，清洗全部管路中殘存的水泥漿，直至基本干凈。并將粘附在噴漿管頭上的土清洗干凈。

補(bǔ)漿。噴射作業(yè)完成后，為確保巖體與水泥漿充分?jǐn)嚢杌旌?，提高樁體的強(qiáng)度，確保隧道挖掘施工的安全。由于漿液的析水作用，一般均有不同程度的收縮，使固結(jié)體頂部出現(xiàn)凹穴，要及時(shí)用水泥漿補(bǔ)灌回填。當(dāng)旋噴樁相互咬合后，水平旋噴帷幕形成良好的巖體改良加強(qiáng)效應(yīng)，確保證隧洞安全掘進(jìn)的作用。

4.3 施工技術(shù)參數(shù)

施工技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 水平旋噴樁超前預(yù)支護(hù)施工參數(shù)

4.4 水平旋噴樁施工注意事項(xiàng)

施工前首先要進(jìn)行驗(yàn)樁，通過試驗(yàn)樁來掌握施工過程中的各項(xiàng)參數(shù)，確定最佳的參數(shù)來保證施工的效果。施工時(shí)，鉆機(jī)人員要準(zhǔn)確到位，保證施工人員的安全。施工過程中對注漿壓力、旋轉(zhuǎn)速度、回拔速度的控制，直接影響成樁直徑；富水粉細(xì)砂層流塑體中水灰比的調(diào)節(jié)，對于成樁強(qiáng)度非常關(guān)鍵。水平旋噴樁施工必須根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保施工滿足設(shè)計(jì)需要。各樁的方位角誤差控制在±2‰，確保相鄰旋噴樁相互咬合。樁體施工必須確保連續(xù)性，防止因?yàn)槭┕らg斷所導(dǎo)致的各種問題和故障。由于施工斷面較小，設(shè)備的安裝及調(diào)整受到作業(yè)空間的限制。為保證旋噴樁的咬合，需根據(jù)情況適當(dāng)增加孔數(shù)。另外現(xiàn)場設(shè)備及人員也會(huì)受空間影響，要特別注意安全施工及文明施工。

5 結(jié)語

在濕陷性黃土隧洞的施工過程中，通過嚴(yán)格控制預(yù)導(dǎo)孔，合理控制鉆進(jìn)速度、鉆桿旋轉(zhuǎn)速度，使水泥漿液與切割巖體充分混合，以加固疏松砂巖，混合體凝固成一個(gè)緊密鏈接的連續(xù)帷幕體，防止在隧道挖掘和施工中出現(xiàn)地層變形。水泥漿液滲透擴(kuò)散到涌水量較大的地層填充縫隙，起到了止水和加固性作用。應(yīng)用水平旋噴樁預(yù)支護(hù)技術(shù)，不僅提高了隧洞地基承載力，而且有效防止了隧洞邊墻及頂拱土體的坍塌，保證了施工的順利進(jìn)行。優(yōu)點(diǎn)是操作簡單、造價(jià)低廉，處理濕陷性黃土隧洞涌泥、涌砂比較理想；缺點(diǎn)是鉆進(jìn)角度控制還不夠成熟，樁間咬合需要進(jìn)一步優(yōu)化。