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，其具有施工簡單方便、加固效果優(yōu)良等特點。本文即首先概述了水平旋噴樁技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，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，具有強度高、可控性好及簡單經(jīng)濟等優(yōu)點，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)勢概述

在隧道施工中，超前支護處理得好，不僅能保證隧道在建設(shè)施工中的各項安全，而且具有較好的經(jīng)濟效益。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，在隧道開挖外輪廓形成拱形預(yù)襯砌，以防護掌子面和地表下沉的超前支護方法。水平旋噴樁預(yù)支護的特點主要為：①強度高：在高壓旋噴的過程中，能夠使得巖體和水泥漿充分的混合，形成一種類似于砂漿的固結(jié)體，在含砂地層中其強度要高于水泥漿固結(jié)體；②均勻性：在旋噴樁成樁的過程中，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），可得到達到設(shè)計要求的固結(jié)體；④簡易性：施工中不需要使用大型設(shè)備，施工工藝簡單，操作方便；⑤經(jīng)濟性：水平旋噴樁施工的費用相對較低，由于其漿液注入范圍可控，相對注入量大幅減少，成本也就相對減少費用低。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；地面采用降水外對地表進行適當降水。暗挖隧道的圍巖等級均為Ⅵ級圈巖，采用CD法施工。

2.2地質(zhì)分析及其設(shè)計變更

2.2.1地質(zhì)分析

（1）對隧道過東部快速路右線隧道（GDK25J-180～+120）段進行地質(zhì)補勘工作，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～弱風化泥質(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，隧道開挖時，容易對中砂層產(chǎn)生擾動，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，必須對中砂層進行固化和止水處理，保證既有道路和隧道施工安全。

（3）隧道施工過程中地下水滲流會增大洞身出水量，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，進而影響道路及行車安全。

（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GDK25+200～+080暗挖隧道帷幕注漿加固工作會議紀要》[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，快速路車輛正常行駛，同意現(xiàn)場增設(shè)兩車道的應(yīng)急車道，以保證東部快速路正常運營。

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)搭接段對應(yīng)的地表GDK25+123處增設(shè)兩排豎向旋噴樁進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)兩車道行車道以確保道路行車安全。

（3）洞內(nèi)初支、二襯及施工方法按照原設(shè)計進行。

2.3旋噴樁施工

2.3.1施工布置

由于隧道穿越富水砂層，且有地下水源補給，開挖過程中出現(xiàn)涌水涌砂現(xiàn)象，給隧道施工及及地面交通安全帶來很大的安全風險，故在水平旋噴樁循環(huán)里程前來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無側(cè)限抗壓強度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）

旋噴樁施工過程中一般先用鉆機引孔，用高壓泵（一般為25MPa）將水泥漿液通過特殊注漿管端頭的噴嘴，以高速噴入土層，噴嘴在噴漿液時，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，并使強制切削下來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)形成一個混合物圓形凝柱體，本項目使用的二重管法。即：同時壓入水泥漿和壓縮空氣，使用鋼管（直徑根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇）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，達到水泥漿置換土體顆粒，滿足設(shè)計要求。

2.3.4施工方法

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

（1）鉆機就位：鉆機需平置于牢固堅實的地方，鉆桿對準孔位中心，偏差不超過5cm。

（2）鉆機下管：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，當注漿噴頭下到預(yù)定位置（預(yù)定加固范圍最深點），按照順序往管內(nèi)輸送高壓漿液和壓縮空氣，膠帶將自動崩開。

（3）制漿：根據(jù)不同地層選取不同注漿材料，本項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)進行，注意檢查漿液初凝時間、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)速度適當降低，也可以增大加固半徑，在射漿過程中參數(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){液凝固時產(chǎn)生收縮的影響，拔管要及時，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保證項目

旋噴樁使用的水泥品種，標號，水泥漿的水灰比符合設(shè)計要求。

檢驗方法：檢查出廠證明、合格證、試驗報告。

2.4.2基本項目

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

檢驗方法：鉆孔取樣檢驗和標準貫入試驗，開挖檢查，冒漿試塊試驗，取施工過程中冒漿體試驗其物理性能，作為判斷強度參數(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，該方法也可用來檢驗樁體的抗壓強度。

2.4.3允許偏差

旋噴樁的允許偏差和檢驗方法應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1　旋噴樁的允許偏差和檢驗方法

3　結(jié)語

綜上所述，水平旋噴樁施工技術(shù)具有強度高、均勻、可控、簡易、經(jīng)濟等優(yōu)勢。通過上述實踐可得，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].價值工程，2013（4）：81～82.

[2]申見紅，王海軍.水平旋噴樁在隧道預(yù)支護施工中的應(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。