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    水平旋噴樁預(yù)加固技術(shù)在侖頂隧道中的應(yīng)用

    2019-08-19 03:59:28
    福建質(zhì)量管理 2019年15期
    關(guān)鍵詞:噴漿漿液施工工藝

    (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。

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