水平旋噴樁預(yù)加固技術(shù)在侖頂隧道中的應(yīng)用

(中鐵二局集團(tuán)有限公司 四川 成都 610000)

一、引言

淺埋暗挖法在應(yīng)用于大斷面松散軟弱地層時(shí)，安全性較差，容易出現(xiàn)地表沉降量超限、塌方等問題，在開挖前必須對(duì)地層進(jìn)行超前加固或超前支護(hù)，以提高洞周圍巖自身的承載能力[1]。水平旋噴樁預(yù)加固技術(shù)是在常規(guī)旋噴樁注漿基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新技術(shù)[2]，該技術(shù)在提高復(fù)合土體強(qiáng)度、防滲、抗滑、預(yù)支撐等多重效果的同時(shí)，能夠降低成本、提高效率、縮短周期，提高施工安全程度。本文通過工程實(shí)踐，對(duì)水平旋噴樁施工工藝和質(zhì)量控制進(jìn)行分析和研究，進(jìn)而得出總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以期為類似工程實(shí)踐提供參考依據(jù)。

二、工程概況

新建合肥至福州鐵路侖頂隧道起訖里程為DK743+262.2～DK743+731，全長(zhǎng)468.8m，洞身圍巖主要為凝灰質(zhì)石英砂巖，褶皺不發(fā)育，全隧均為Ⅴ級(jí)圍巖。隧道進(jìn)、出口明暗交接里程分別為DK743+479.2、DK743+714，進(jìn)出口均采用帽檐斜切式緩沖結(jié)構(gòu)洞門(L-17m)。隧道出口端DK743+694～DK743+714段采用洞口定向水平旋噴樁超前預(yù)支護(hù)。

隧道出口暗挖段所處場(chǎng)地范圍內(nèi)的巖土分層,表層為第四系坡殘積粉質(zhì)黏土，淺黃色，硬塑，厚0～10m;下伏J3c侏羅紀(jì)長(zhǎng)林組凝灰質(zhì)石英砂巖，全～弱風(fēng)化，全風(fēng)化厚2～12m；強(qiáng)風(fēng)化厚大于13m；下為弱風(fēng)化層，青灰、灰白色，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，地下水為孔隙潛水及裂隙水，較發(fā)育。

三、水平旋噴樁設(shè)計(jì)及施工工藝

(一)設(shè)計(jì)樁體參數(shù)

在隧道拱部180°范圍內(nèi)布置69根水平旋噴樁，樁徑為0.5m，環(huán)向間距0.35m，外插角1～3°，旋噴樁樁長(zhǎng)：L=20m。其樁位的布置見圖1。

圖1 樁位布置

(二)施工工藝

(1)工藝概述：水平旋噴樁施工工藝主要適用于砂類土、黏性土、黃土及小粒徑的砂礫層。該工藝是在不良地質(zhì)隧道工作面前方，采用水平定向鉆機(jī)沿隧道開挖輪廓線鉆孔[3]，達(dá)到預(yù)定深度后，邊后退邊高壓旋噴注漿，相鄰的旋噴固結(jié)體相互搭接咬合，在隧道拱頂及周邊形成封閉旋噴帷幕體。

(2)主要機(jī)具設(shè)備：HTG-500型旋噴鉆機(jī)、鉆具、XPB-90E型高壓注漿泵各1套，20m3螺桿空壓機(jī)、攪漿機(jī)、儲(chǔ)漿罐、BW-320型泥漿泵、SE-1型有線導(dǎo)向儀各1臺(tái)。

(3)施工參數(shù)：①水泥漿配合比：mc:mw=1：1；②水泥用量為成樁體積的30%；③注漿壓力：35～40MPa；④旋噴速度：15～20cm/min。

(4)施工工藝流程：樁位測(cè)放→設(shè)備安裝調(diào)試→開孔埋設(shè)裝置→水平鉆孔→回撤旋噴→封孔→清洗管道及設(shè)備。

四、質(zhì)量控制措施

1.漿液水灰比大小直接影響成樁固結(jié)體的強(qiáng)度，單位加固體中的水泥漿含量越高，噴射的漿液越稠，則加固強(qiáng)度越高。為了保證漿液與土體的攪拌均勻程度，在施工前要進(jìn)行工藝性試樁，由試驗(yàn)室試驗(yàn)后提供最佳水灰比。

2.鉆機(jī)選型：應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)鉆孔深度及孔徑選用鉆機(jī)，施鉆時(shí)應(yīng)有導(dǎo)向架。

3.旋噴次序：先鉆噴拱頂中央孔，然后每次間隔一個(gè)孔位從上到下，左右交替直到底部。再?gòu)纳系较?、左右交替、跳孔施工[4]所缺孔位，使后旋噴孔固結(jié)體能填補(bǔ)兩孔間空隙。

4.漿液配制：漿液攪拌必須均勻，每桶攪拌時(shí)間不少于5min，一次攪拌使用時(shí)間亦控制在4h以內(nèi)。在制漿過程中需隨時(shí)測(cè)量漿液比重，每孔高壓噴漿結(jié)束后應(yīng)統(tǒng)計(jì)該孔的材料用量和漿液的累計(jì)噴入量，嚴(yán)禁使用配比不準(zhǔn)確的漿液。

5.水平旋噴樁樁位與設(shè)計(jì)位置的偏差不得大于5cm，樁徑應(yīng)大于50cm，相鄰樁的搭接不應(yīng)小于30cm。樁體應(yīng)連接，不能出現(xiàn)斷樁、縮徑等情況。

6.嚴(yán)格控制鉆孔深度，應(yīng)確保施工樁長(zhǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)禁在未達(dá)到設(shè)計(jì)孔深的情況下進(jìn)行旋噴機(jī)后退旋噴作業(yè)。

7.鉆進(jìn)速度不宜過快，并應(yīng)適時(shí)地加入后退動(dòng)作，修正鉆頭鉆進(jìn)軌跡，以提高鉆孔精度。依據(jù)地層條件合理調(diào)整給進(jìn)力，控制鉆孔深度、旋噴速度，避免斷樁，確保旋噴樁樁長(zhǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)值。嚴(yán)禁未達(dá)到設(shè)計(jì)深度及尚未旋噴滿的情況下進(jìn)行后退旋噴作業(yè)[5]。

學(xué)習(xí)目標(biāo)是雙向的，既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，也是教師檢測(cè)課堂教學(xué)效果的依據(jù)。學(xué)生要學(xué)會(huì)什么？學(xué)生可以吸收的信息量有哪些？學(xué)生吸收這些信息最有效的方式是什么？學(xué)生能帶走的印象最深刻的知識(shí)點(diǎn)是什么？教師需要明確每次課程要教什么內(nèi)容？課前需準(zhǔn)備豐富的教學(xué)資料，包括很多不同的知識(shí)點(diǎn)。

8.儀器監(jiān)測(cè)糾偏：在孔位開始鉆進(jìn)前使用水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀準(zhǔn)確調(diào)整鉆進(jìn)方向，同時(shí)在鉆頭內(nèi)部安裝有測(cè)控設(shè)備的水平導(dǎo)向儀，每鉆進(jìn)4m要使用水平導(dǎo)向儀測(cè)量一次，及時(shí)進(jìn)行導(dǎo)向糾偏，確保預(yù)導(dǎo)孔精度,嚴(yán)格控制樁孔打設(shè)方向，并做好每個(gè)鉆孔施工原始記錄。其工作示意見圖2。

圖2 導(dǎo)向糾偏示意

9.旋噴漿液與土體的攪拌均勻程度是影響樁體強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。當(dāng)旋噴漿液與土體攪拌越均勻，其旋噴樁的強(qiáng)度就越高。因此,為了提高旋噴樁的樁身強(qiáng)度可以采用控制后退旋噴速度或重復(fù)旋噴攪拌的施工工藝。

10.拔桿噴漿過程的質(zhì)量控制

(1)旋噴壓力是影響旋噴樁固結(jié)體質(zhì)量的主要因素。高壓噴漿前應(yīng)檢查高壓注漿泵，在達(dá)到35MPa時(shí)，才可開始噴漿施工；

(2)旋噴時(shí)，應(yīng)邊噴邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊后退，鉆桿旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整到20r/min，旋噴端頭后退速度為15～18cm/min，以后保持在20cm/min；

(3)在中途卸桿時(shí)，先停止后退，旋噴5圈，然后通知停止送漿。卸桿完畢恢復(fù)給漿后，先旋轉(zhuǎn)3 ～ 5圈再后退，這樣可以防止出現(xiàn)斷樁；

(4)在高壓噴漿時(shí)，泵工應(yīng)隨時(shí)注意觀察泵壓變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)泵壓過低或過高時(shí)應(yīng)及時(shí)停止噴漿，查明原因后再恢復(fù)高壓噴漿。鉆桿拔至離孔口1.5m處高壓泵停止注漿，先關(guān)閉漿液輸送通道，再緩慢拔出鉆桿，進(jìn)行封孔作業(yè)。

11.在含水量較大的土層鉆進(jìn)時(shí)，對(duì)噴咀易發(fā)生堵塞的情況采取以下處理措施

(1)當(dāng)堵塞時(shí)，因沒有沖洗清水故阻力大，扭矩劇增轉(zhuǎn)速也會(huì)下降，這時(shí)應(yīng)停止給進(jìn)，調(diào)整速度，及時(shí)查明原因，待扭矩下降后再正常給進(jìn)；

(2)在后退旋噴作業(yè)時(shí)，若噴咀堵塞，泥漿泵壓力表指示壓力將急劇升高，這時(shí)應(yīng)停止送漿。迅速退出鉆桿和噴頭，換上新的噴頭并鉆進(jìn)到原先噴射處，再正常送漿，繼續(xù)后退旋噴作業(yè)。卸下的噴頭、噴咀應(yīng)立即清除堵塞物，分析堵塞原因，防止再次出現(xiàn)；

(3)因故需較長(zhǎng)時(shí)間中斷旋噴時(shí)，亦及時(shí)用清水沖洗輸送漿液系統(tǒng)，防止硬化劑沉淀在管路內(nèi)。

12.每次旋噴施工完畢，應(yīng)將泵體及管道內(nèi)殘?jiān)鼪_洗干凈，以防固結(jié)。

13.旋噴流出的廢漿應(yīng)通過專用排漿溝縱向排出，注意勿使廢漿液聚集或流經(jīng)拱腳處，以免泡軟拱腳地層。

14.旋噴樁施工地段，應(yīng)根據(jù)《鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》[6]有關(guān)規(guī)定，加強(qiáng)監(jiān)控測(cè)量，以確保施工安全。

五、水平旋噴樁加固效果

根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試和鉆孔取芯驗(yàn)證，高壓旋噴樁的成樁質(zhì)量、嚙合效果較好，樁體直徑達(dá)70cm，巖芯的抗壓強(qiáng)度最小5.5MPa，最大可達(dá)8.7MPa，符合設(shè)計(jì)28d樁體強(qiáng)度應(yīng)大于5MPa要求，通過預(yù)加固處理技術(shù)提高土體自穩(wěn)強(qiáng)度。經(jīng)后期反復(fù)觀測(cè)，水平旋噴樁預(yù)支護(hù)能有效地控制土體地層下沉，使隧道開挖、支護(hù)能夠安全、快速地進(jìn)行。

六、結(jié)語(yǔ)

倫頂隧道采用水平旋噴樁預(yù)加固技術(shù)，開挖后立即發(fā)揮作用，旋噴固結(jié)體相互嚙合形成的旋噴拱棚支護(hù)能承受大部分地層壓力，具有梁效應(yīng)和土體改良加固效應(yīng)，達(dá)到了控制變形的目的。實(shí)踐證明水平旋噴樁預(yù)加固技術(shù)在砂土軟巖層中的應(yīng)用是安全可行的，該技術(shù)具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣和借鑒。