谢发全
中铁十一局集团城市轨道工程有限公司 湖北武汉 430074
摘要：浅埋暗挖法是在新奥法的基础上,针对城市地下工程的特点发展起来的。当隧道埋深较小时,由于没有形成承载拱,开挖引起的下沉会直接到达地表面,造成地表下沉和对周边环境及建(构)筑物的影响。采取措施控制隧道变形和地表下沉确保掌子面的稳定,是浅埋暗挖法成败的关键。因此,应正确选择隧道预支护施工方法。本文分析了水平旋喷桩在浅埋暗挖隧道下穿道路管线的应用。
关键词：水平旋喷桩；浅埋暗挖隧道下穿道路管线；应用；
1水平旋喷桩技术原理
水平旋喷桩是利用安装在钻孔设备上的搅拌齿(钻头),在钻孔设备水平钻进过程中对土体进行搅拌,同时由钻杆中心的空腔向土层中压注水泥浆液,在搅拌齿(钻头)的搅拌作用下,水泥浆液和土颗粒均匀混合形成水泥-土颗粒浆液,这种浆液凝固后形成具有一定强度的“水泥土”。水平旋喷桩在隧道开挖轮廓线以外设置一环相互咬合的隧道超前支护,既可以防坍塌,又可以防止因隧道开挖而使地层过度失水引起的地表沉降。水平旋喷桩技术有以下特点:1)隧道开挖之前,在掌子面前方构筑拱形刚性体,减轻了传到掌子面和支护上的荷载,控制开挖引起的变形;2)因旋喷土体形成了强度较高的改良体,支撑了上部荷载,控制了不良地层的坍塌;3)可根据需要控制水泥桩体的直径,当旋喷直径较大时,可采用复喷、定喷、摆喷等工艺相结合,或加大喷射压力,或适当放慢回提速度等,使之满足预定的设计要求;4)水泥用量及切削土体的方向可以控制,旋喷桩重叠比较规则,形成的衬砌体均匀,且强度较高;5)因允许有较大的浆液溢流和回灌补浆, 可有效地控制地面隆起和旋喷桩断桩等现象的出现。
2实例分析
1.工程概况。一是工程位置及周边环境。某区间隧道段主要位于城市道路下方。该路段现状路面狭窄，交通繁忙，沿线道路两旁多为高层建筑，周边雨污水管线众多;施工过程中如何防止雨污水管线的开裂，确保既有结构的安全和正常使用成为本项目顺利进行的关键。车站及区间暗挖全长605m，为矿山法施工，隧道结构埋深约15．4 m～ 22．9m。二是工程地质及水文地质。本段隧道拱部主要位于第四系全新统（Q4）：黏性土、粉细砂层、淤泥质土及强风化片麻岩。隧道底主要位于前震旦系（PZ1）混合岩及混合岩化变质岩系。岩性为混合片麻岩、云母石英片麻岩，岩层为强风化和中风化。主要影响水文为松散沉积层中的孔隙潜水和基岩中赋存的裂隙水，位于隧道结构以上。
3.水平旋喷桩施工技术应用
（1）施工过程中遇到的困难。车站三联拱拱顶主要位于粉质粘土层中，设计中认为该层3m厚粉质粘土就能起到相对隔水的效果。前期车站暗挖横通道破马头门施工时，揭示拱部地层为粉质粘土，与勘察地层基本吻合，但该层粉质粘土含粗颗粒量较大，裂隙发育，且在此层中夹有多个含水粉细砂的夹层。在横通道初始开挖过程中，拱顶及掌子面渗水量较大，且粉质粘土层遇水后膨胀，渗水造成裂隙进一步发育导致拱顶土体塌落乃至坍塌，给施工带来很大的安全隐患。同时初支完成后，拱顶有水沿初支面外渗，恶化了施工环境，对施工生产造成了较大影响。
（2）施工参数选择。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆区间隧道各参数具体如下:1) 每循环水平旋喷桩桩长30 m、桩径500 mm;2)水平旋喷桩布设于拱部155°范围内( 如拱脚部位渗水严重，适当加大旋喷桩布设的范围); 3)旋喷桩桩间距400mm、相邻桩间咬合100 mm，每循环水平旋喷桩为24颗;4)旋喷压力不小于35MPa、每根钻杆(3 m/根) 的退杆时间不小于18 min，钻杆旋转速度控制在13r/min～15r/min;5) 水平旋喷桩预导孔打设角度为1．5%～2% (现有线路坡度基础上); 6)单桩每延米水泥用量控制在150kg;7)在该段地层中为防止掌子面失稳、保证其稳定性，所以施工拱部水平旋喷桩的同时在掌子面范围内施工锚固桩，其参数如下:a．锚固桩施工5根;b．桩径800mm，桩长4m(钻孔长33m，旋喷成桩末端4m); c．桩间咬合5 cm; d．锚固桩成桩角度即隧道坡度。
（3）施工工艺及流程。1)施工准备。包括设备进场及检测、测量放线定桩位、钻机安装、调整孔位以及制定浆液。2)钻进。a．开孔并安装孔口管;b．配制循环浆液:用膨润土配制循环浆液;c．钻孔打设:为确保钻孔质量，首先应打设1个～2个探孔，查明地层变化情况及地层对钻孔角度的影响，然后根据地层变化情况确定旋喷桩钻孔的打设角度。3)高压旋喷。进行高压喷浆前应检查高压注浆泵，查看泵压读数是否达到设计要求(35MPa～40MPa)，泵压达到设计要求时才能开始喷浆。旋喷注浆时应注意事项:a．接、卸钻杆要快，并且要清洗接头位置，不得残留杂物，防止喷嘴堵住;b．旋喷过程中循环液排出口要保持畅通，如因故堵死，应松开密封装置疏通返浆通道，保持正常返浆，返浆量应控制在规范规定的20%左右;c．如果孔内不能疏通，为避免出现抱钻等情况发生，则应将钻杆退出，直至钻孔内返浆正常后再重新下旋喷钻杆进行高压旋喷;d．钻机移到下一孔位，应核查相邻桩的成桩时间，后施工的桩必须在相邻桩成桩时间超过初凝时间后，前一根桩浆液达到一定强度时才能开钻，确保相邻桩相互咬合，因此移至下一孔位时应跳过1根～3根后再施作较合适;e．喷浆过程中出现冒浆时，应及时从孔口进行封堵，如果出浆量较大时，则应考虑在浆液中加入速凝剂，并控制喷浆量和喷浆速度。4)封孔处理。
3.质量保证措施。①试验桩施工完成后应进行各项桩的质量检测，主要检测其桩长、强度、桩径等指标。②钻头在钻进过程中受到钻杆本身重力和高压浆液对土体的削切作用，会产生明显下移，为此旋喷桩的上仰角应根据桩径、桩长、隧道坡度、地层情况确定，从拱底往上采用间隔1 根进行施工。③施工过程中，操作人员随时记录钻进速度、喷射压力、喷浆量等有效施工参数。施工过程中应严格控制，做到发现问题及时处理。④高压旋喷时应全孔连续进行，若中途拆卸喷射管，则应进行复喷，搭接长度不小于200mm。供浆正常的情况下，孔口回浆密度变小且不能满足设计要求时，应加大进浆密度。
4.应用效果评价。1)旋喷桩的外观。正常情况下，完成一个旋喷段施工后2d可以进行开挖施工。开挖结果表明，旋喷桩直径一般在600mm～700mm，且24根旋喷桩无空洞和断桩，基本上较为规则的连在一起形成了完整的土拱。2)旋喷桩的强度。为了检测旋喷桩的强度，取出旋喷桩一段进行强度试验，参照低标号混凝土试件强度试验方法，其28d强度平均为19．0 MPa，加固体的强度比原土体提高了近百倍，加固效果明显。3)开挖效果。水平旋喷桩实施后，施工安全和开挖工效都得到了保证;开挖拱顶及掌子面渗水情况有了较大改善，仅存在少量渗流水，掌子面稳定性得到了较好保证。开挖指标得到了提高，由深孔注浆的日均进尺0．70m 提高到1．02m。
水平旋喷桩的实施，起到了预期的隔水和防塌效果，掌子面地质稳定性有了大幅提高，止水效果基本满足开挖需求，开挖过程中未出现拱顶塌方等事故，是一次较为成功的应用案例。作为一种对周边环境影响小、加固止水效果较好的辅助工法，水平旋喷有着广泛的应用前景，但针对它加固地层的作用没有较为准确深入的定量分析，还没有建成专门的设计思路和计算方法，因此在今后还应该更加深入的研究上述问题。
参考文献：
[1]路德富.水平高压旋喷注浆技术在城市浅埋隧道预支护中的应用[J].探矿工程( 岩土钻掘工程),2016(2):72- 74.
[2]陈秋霞.浅析高压旋喷桩施工技术[J].建材与装饰,2017(3) :57- 58.
论文作者:谢发全
论文发表刊物:《防护工程》2018年第12期
论文发表时间:2018/10/23
标签：隧道论文; 浆液论文; 水平论文; 地层论文; 钻杆论文; 钻孔论文; 强度论文; 《防护工程》2018年第12期论文;