国内外水平旋喷注浆加固技术的应用发展.docVIP

国内外水平旋喷注浆加固技术的应用发展 ? 摘　要:概述了国内外水平旋喷注浆技术的发展概况、设备的发展趋势。此项技术及相关配套设备的开发成功,为我国岩土工程加固又添一新手段。水平旋喷注浆加固技术在隧道预支护的成功应用,为进一步推广此项技术提供了范例。 关键词:水平旋喷;加固;水平旋喷机;高压注浆泵 ? 1 问题的提出 ????? 竖直旋喷注浆技术已成功地用于多种地层条件(如粘土、砂土、淤泥、砂夹卵石、冰碛土、黄土、腐植土、泥炭土等)下的加固及防渗止水,并显示其优越性。某些条件下,进行竖直钻孔不可能或不适宜,但又需要用高压喷射注浆,人们自然想到用水平或倾斜钻孔方式。日本和意大利是研究开发水平旋喷技术较早的国家,意大利RODIO公司于1983年首次将水平旋喷技术用于隧道预支护。美国80年代开始使用此项技术,1987年此项技术首次在南美应用。 ????? 水平钻孔旋喷注浆的应用和隧道施工技术的发展有密切联系。在覆盖较薄的松软地层中修建地下结构面临着地层不稳定,较易引起坍塌和地面沉陷等严重问题。高压喷射注浆的开发成功,使工程技术界想到利用它来提高隧道围岩的稳定性。从地面竖直钻孔在隧道周边进行旋喷存在钻孔深度过大,钻孔精度及各固结体之间搭接不易保证等缺点。另外,受固结体之间的粘结强度及抗剪强度控制,加固范围比较大。 ????? 据此,人们自然想到用水平钻孔实现旋喷问题。 2 日本的几代旋喷工法 2.1 CCP-H工法 ????? 此工法是80年代初日本在单管旋喷的基础上开发的专用于水平钻孔的旋喷工法。它是在注浆管的后端位置设置一个扩径钻头,以加强对土体的破坏。扩径钻头在钻进时缩于钻杆的凹槽内,后退开始旋喷时,靠阻力自动打开,在旋喷前先搅动土层以确保并扩大水平旋喷柱体的直径。为了加速浆液和土粒的固结,在浆液中加适量的速凝剂和硬化剂。日本国铁第一工程局用此法进行过试验和施工。 2.2 RJFP工法 ????? 随着旋喷技术的不断发展,日本又提出RJFP工法[1](图1)。此法可在隧道拱部外缘旋喷成的固结体中插入钢筋或钢管,使形成的固结体拱棚除了有横向抗压能力外,还有纵向抗弯能力。他们已用此法成功地修建了几十座隧道。该法一般只加固隧道的拱部,使旋喷柱体相互搭接成拱棚。其钻孔长13m,旋喷11m,每段拱棚搭接1m。这些隧道所用的喷射压力在40MPa左右,形成的固结体直径60~70cm,旋喷固结体的单轴抗压强度3.5~8.0MPa。 2.3 MJS工法 ????? MJS工法是“全方位高压喷射技术”的简称。此法最大特点是具有排泥机构。这是针对一般旋喷工法的剩余泥浆大量从孔口涌出,污染作业环境,随着旋喷孔深度增加,排浆难度增大,喷射、搅拌效果降低等不足而开发的。在监控器上设MJS装置。该装置是在喷嘴后方装的排泥浆吸入口,由该吸入口吸入泥浆,还可调整排泥量及对地基的压力,使喷射压力充分运用。该装置不仅用在竖直大深度旋喷,在水平、倾斜方向也能运用。由于钻管内还装设有大小7根管线,所以又叫七管旋喷法。 ????? 该优点是不污染现场,保持良好的施工环境,但设备过于复杂,占用空间较多,搬运不便。 3 欧美水平旋喷工法现状 ????? 意大利是多山国家,其隧道及地下工程的施工技术比较发达,水平旋喷技术的开发应用在欧洲处于领先地位。在1992年Sloveia召开的隧道及地下建筑施工国际会议上,该国代表系统总结了该国及世界各国隧道围岩的加固方法,把高压喷射注浆法和静态注浆、冻结法和机械预切槽等一并列为隧道围岩加固的基本方法[2]。最典型作法是沿拱部外缘用水平钻孔旋喷柱体相互搭接形成拱棚,在它的保护下开挖上部断面。用台阶法施工时,为提高拱脚地层的强度,在坑道内两侧倾斜打入钻孔,将旋喷柱体连接成墙体。图2为一双车道公路隧道,断面积为120m2,旋喷柱长13m,中心距50cm,旋喷柱体直径60cm,相邻旋喷段搭接3m。 ????? 从意大利的工程实践得知,在砂粒土和中细砂地层,水平旋喷质量良好,固结体平均抗压强度达18~19MPa,接近C20等级混凝土。在水平旋喷柱体相搭接形成的旋喷拱棚的保护下,通过对开挖过程中设置的拱肋受力量测表明,其受力极小,说明旋喷拱棚的刚度很好,承受住了山体的压力。 ????? 德国波恩地铁一段区间隧道通过松散未固结、渗透率平均为8mm/s的莱茵河砾石及不均匀泥砂层,平均埋深为3.5m,顶部还有一条污水管通过。为控制地面深陷并确保污水管的安全,采用旋喷注浆结合新奥法施工(图3),获得良好效果[3]。本次旋喷柱长12m,柱体直径60cm,中心距47cm,搭接3m,柱体向外倾斜10°。旋喷压力大于40MPa时,曾引起地面隆起达91mm,采取降压及钻卸压孔等措施后降低到8mm。旋喷引起地面隆起问题已引起工程界重视。 ????? 美国于80年代初期首次