弋琰

隨著近幾年交通事業(yè)的發(fā)展，施工中隧道的數(shù)量不斷增多，隧道施工中經(jīng)常面對穿越不良地質(zhì)、構(gòu)造復(fù)雜等軟弱圍巖，砂土屬軟弱圍巖之一。由于砂土軟弱圍巖施工中極易出現(xiàn)突水、涌泥、坍塌、拱架背后脫空、變形侵限、地面沉陷等現(xiàn)象，如果加固措施不到位，不但危及施工安全，甚至?xí)绊懙竭\營安全。因此隧道施工中的超前預(yù)加固技術(shù)非常重要，不僅可以提高軟弱地層的強度和圍巖穩(wěn)定性，更重要的是可以保證在安全的前提下高效、順利地完成施工任務(wù)。水平旋噴樁作為隧道超前預(yù)加固技術(shù)之一，其技術(shù)在不斷更新中得到了成功應(yīng)用。

1 水平旋噴樁加固原理

水平旋噴樁是通過水平定向鉆機鉆孔，鉆進到設(shè)計深度后，回撤鉆桿，過程中通過高壓泵以大于35 MPa的壓力把配制好的漿液噴射到砂土體內(nèi)，噴射時帶壓將一定范圍內(nèi)的砂土體稀釋，并在噴嘴作緩慢旋轉(zhuǎn)和進退的同時切割砂土體，把砂土顆粒與漿液攪拌充分?jǐn)嚢杌旌?。待漿液凝固后，形成水平圓柱狀水泥砂土固結(jié)體即成水平旋噴樁，水平旋噴樁可以顯著提高砂土體的強度和結(jié)構(gòu)特性，當(dāng)旋噴樁相互咬合后，便以同心圓形式在隧道拱頂及周邊形成封閉的水平旋噴帷幕體，起到防流沙、抗滑移、防滲透、防坍塌和防止因隧道開挖而使地層過度失水引起的地表沉降的作用。目前水平旋噴樁設(shè)計參數(shù)：樁徑500 mm～600 mm，樁長15 m～24 m，相鄰兩根樁相互咬合100 mm，前后循環(huán)搭接長度300 mm～500 mm。樁中心距離開挖線為25 cm～30 cm，樁的坡度為5%～10%。

總結(jié)其原理就是利用高壓噴射注漿加固軟弱地層，沿拱部外緣施作相互咬合的水平鉆孔旋噴柱體，前后循環(huán)相互搭接形成拱棚，達到超前預(yù)加固的目的，在它的保護下進行開挖作業(yè)，確保隧道安全施工。成樁斷面示意圖見圖1。

2 施作空間要求

隧道中施作水平旋噴樁需要足夠的工作空間。需沿原隧道輪廓位置拱頂和邊墻分別外擴70 cm～90 cm的施工空間，以便于搭設(shè)工作平臺，放置鉆機，調(diào)整施工角度。在距需施打旋噴樁的里程8 m～10 m處開始做擴大斷面，擴大至計劃的里程點封堵掌子面，由于旋噴樁注漿時的壓力很大，所以掌子面的噴混凝土強度不宜小于 C25，封堵厚度不能小于200 mm，并配以 Ф8 mm @200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)。

3 旋噴樁設(shè)備

1)水平旋噴機。目前國內(nèi)用于水平旋噴樁施工的水平鉆機類型較多，較先進的水平鉆機屬意大利生產(chǎn)的PST-60水平旋噴臺車，其次是意大利C6履帶式鉆機。國內(nèi)鉆機采用改裝后的XY-2，GY-2A型鉆機較為經(jīng)濟實用，目前已具備傳感器定向、深孔鉆進、鉆孔精度高、輕便靈活、解體性強、液壓移動、液壓鉆進等優(yōu)點。水平旋噴樁施工的關(guān)鍵在于鉆機的選型，因此，施工中根據(jù)巖性進行鉆機設(shè)備配套非常重要。鉆機的轉(zhuǎn)速、頂進力和扭矩直接決定了施工的進度和成樁效果。

2)高壓注漿泵。高壓注漿泵是砂土軟巖隧道施工水平旋噴注漿形成帷幕進行超前預(yù)加固的關(guān)鍵設(shè)備之一。泵的壓力與流量直接影響旋噴樁長度、直徑的大小和強度。高壓泵的重要性能除壓力外，再就是流量的控制。目前我國研制的YZB-32型高壓注漿泵和天津生產(chǎn)的聚能泵壓力可達到60 MPa，均能滿足壓力、流量的無級調(diào)節(jié)要求。

4 施工工藝

4.1 施工準(zhǔn)備

1)檢查鉆機、高壓注漿泵運行是否正常，鉆具、工具是否齊全，其他配套設(shè)備是否齊全。2)鋼筋網(wǎng)噴射混凝土封閉掌子面，在掌子面測量標(biāo)出隧道開挖輪廓線，放線定樁位，并編好每個樁號，便于施工時工序?qū)憣崱?)根據(jù)現(xiàn)場實況搭設(shè)工作平臺，由于施作空間為圓弧形，工作平臺要求可上下、左右移動。4)開挖排水溝和漿液沉淀池，廢水和溢漿通過排水溝流入沉淀池后外運，避免出現(xiàn)浸泡拱腳和污染施工現(xiàn)場的現(xiàn)象。

4.2 鉆機及高壓泵就位

隧道水平旋噴樁超前預(yù)加固施工一般自拱腳開始，根據(jù)空間大小可以采取多臺鉆機同時平行作業(yè)。水平旋噴鉆機就位時，機座要平穩(wěn)，然后調(diào)整鉆機角度、方位，對準(zhǔn)孔位，孔位誤差控制在±10 mm以內(nèi)，傾角與設(shè)計誤差一般不得大于1°。

4.3 制備漿液

隧道內(nèi)施作水平旋噴樁在沒有特殊情況下一般采取單液旋噴，水泥漿漿液配比為1∶1。漿液在高壓泵配套的專制攪拌桶內(nèi)由專人用高速攪拌機拌制，拌制過程中隨時測量漿液比重，拌制漿液必須連續(xù)均勻，攪拌時間不少于3 min。漿液根據(jù)施工數(shù)量和進度拌制，做到隨拌隨用，防止?jié){液過剩造成浪費和污染。

4.4 鉆進

按照測量定位的樁位孔施鉆，采用φ73 mm～φ146 mm鉆頭鉆進。調(diào)整鉆機對準(zhǔn)孔位，將導(dǎo)向鉆頭及第一根鉆桿送入孔內(nèi)。鉆桿通過導(dǎo)軌定向，鉆進時采用高壓水輔助，鉆頭前端有φ10 mm～φ15 mm的水眼，鉆進時高壓噴射，切割鉆孔周圍砂土，起到輔助鉆進作用。每鉆進3 m要測斜一次，并做好測斜記錄，每次測斜角度偏差不超過3%。一旦發(fā)現(xiàn)偏斜超差要進行糾偏，直到鉆至設(shè)計深度。鉆進過程不能間斷，防止出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。

4.5 高壓噴漿成樁

鉆進至設(shè)計深度后，調(diào)整噴嘴位置，關(guān)閉水路，轉(zhuǎn)換為高壓噴漿，逐漸提高漿液壓力。噴漿時在孔底停留3 min～5 min，然后邊高壓噴漿邊緩慢拔出鉆桿。外拔鉆桿速度根據(jù)圍巖地質(zhì)條件確定，高壓泵壓力要大于35 MPa。

為確保成樁質(zhì)量，旋噴過程必須連續(xù)，防止出現(xiàn)斷樁、縮樁及堵嘴現(xiàn)象。另外旋噴速度及壓力直接決定了成樁的質(zhì)量，壓力和速度控制好后，可以使切割的砂土體與漿液充分?jǐn)嚢杌旌希纬删鶆虻乃綀A柱狀水泥砂土固結(jié)體，即水平旋噴樁，起到很好的超前預(yù)加固支撐作用。

成樁時當(dāng)噴漿至孔口掌子面1.0 m距離段必須做好封孔工作?？卓谔幍闹?jié){裝置一般為大球閥。每根樁施工完畢后都應(yīng)用清水高壓沖洗管道及設(shè)備，確保管道內(nèi)不留漿液，清洗完畢后移至下一樁位。因為漿液初凝及待強需要時間，所以下一樁位應(yīng)該間隔施作，間隔2根～3根施作較為理想。

5 結(jié)語

水平旋噴樁超前預(yù)加固技術(shù)在砂土層中效果較好，高壓旋噴后在隧道周邊形成封閉的水平旋噴帷幕體，帷幕體平均抗壓強度接近C15等級混凝土，可承受大部分地層壓力，保持砂土軟巖在開挖后的穩(wěn)定，具有組合梁的效應(yīng)。在水平旋噴樁相互咬合形成的帷幕體的保護下，隧道開挖采用短進尺、勤支護、快施工原則，能安全地通過砂土軟弱松散圍巖段，有效地控制圍巖收斂、防止坍塌、地面沉降現(xiàn)象，確保地表管線、構(gòu)筑物及道路交通安全。

［1］ 李治國.隧道巖溶處理技術(shù)［M］.北京：鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2003.

［2］ 周愛國.隧道工程現(xiàn)場施工技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［3］ 王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［4］ 耿新文.云臺山隧道泥砂巖互層段開挖施工技術(shù)［J］.山西建筑，2010，36(6)：304-305.