水平旋喷桩超前预支护加固技术在隧道掘进中的应用.docVIP

水平旋喷桩超前预支护加固技术在隧道掘进中的应用 　　摘 要 本文结合某隧道掘进施工实际，介绍水平旋喷桩超前预加固技术在不良地质地段施工中的应用，重点阐述水平旋喷桩的加固机理、施工工艺和效果。 　　关键词 水平旋喷桩 隧道 加固 软弱围岩 　　一、概述 　　某隧道工程存在不良地质地段，地质勘察报告显示：围岩为强风化石英岩，岩体破碎，节理裂隙发育，有泥质充填，呈碎块状结构-散体状结构，有渗水，易坍塌，围岩稳定性很差；但现场施工开挖揭露显示，实际地质情况与勘察报告差别较大，掌子面为黄褐色粘性土，呈软塑-流塑状，无自稳能力及承载力，土体含水率达饱和状态。 　　进入该不良地质地段后，由于土体无自稳能力及承载力，且含水率很高，原先确定的超前小导管注浆加CRD法开挖的方法已经不能满足实际要求，施工一度停滞，经反复进行综合论证，决定采用水平旋喷桩进行超前预支护加固后再以CRD法开挖施工。 　　二、水平旋喷桩预支护加固机理 　　水平旋喷桩是以高压泵为动力源，通过水平钻机钻杆、喷嘴把配制好的浆液喷射到土体内，喷射流以巨大的能量将一定范围内的土体射穿，并在喷嘴作缓慢旋转和进退的同时切割土体，强制土颗粒与浆液搅拌混合，待浆液凝固后形成水平圆柱状水泥土固结体，即水平旋喷桩。当旋喷桩相互咬接后，便以同心圆形式在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷帷幕体， 起到了防流沙、抗滑移、防渗透的作用，保证了隧道掘进的安全。水平旋喷桩具有以下特点： 　　（一）可控性好。水平旋喷桩的浆液局限在土体破坏的范围内，浆液的注入部位和范围是可以控制的，可通过调节注入参数（切削土体压力，固化材料的注入速度，配比，注入量等）获得满足设计要求的固结体。 　　（二）对周围土体扰动小。喷射流在能量衰减前使其射流交汇， 在碰撞点切削能量相互抵消，碰撞点以外的地方射流已无能力切削土体，加固体均匀程度好，对周围土体扰动小。 　　（三）成本低、效率高。无需大型设备和钢管等辅助材料，由于限定注入范围，相对注入量大幅减少， 成本较低；同时钻进、搅拌、注浆一气呵成，施工效率高，速度比大管棚或深孔注浆提高2～3倍，周期缩短。 　　（四）效果好。水平旋喷桩具有提高复合土体强度、防渗、抗滑、预支撑等多种性能，发挥作用快且成效显著。 　　三、水平旋喷桩加固方案 　　根据本工程的实际情况，确定旋喷加固体的直径为500 mm，孔深15m，环向间距在开孔处为0.35 m，终孔处0.4m，外插角6～8°，相邻旋喷加固体咬合厚度大于10cm；同时，为确保施工安全，旋喷桩施工完成，待水泥固结体达到50%的强度再进行隧道开挖。 　　四、水平旋喷桩施工 　　（一）施工参数 　　钻杆每节3米长、外径50mm，旋喷钻头外径90mm；钻杆钻进速度0.25～1.35m/min；钻杆（轴）转速70～120r/min；水泥浆配合比mC：mW=1：0.8；旋喷压力20～25MPa。 　　（二）施工工艺流程 　　1、封闭掌子面。水平旋喷桩施工前先喷射20Cm厚混凝土封闭掌子面，防止掌子面坍塌和涌砂、流泥。 　　2、测放桩位。在掌子面上将桩位准确地测放出来，并标示清楚，便于钻机就位，减小定位误差。 　　3、安装工作平台。工作平台具备升降功能，其上还安装轨道，便于钻机升降平移。 　　4、钻机就位。钻机安放稳固，对正孔位并调整好钻杆角度。 　　5、浆液制备。浆液用高速搅拌机搅制，拌制浆液必须连续均匀，搅拌时间不小于3分钟，随伴随用，一次搅拌使用时间控制在2h以内，且必须在初凝前用完；在制浆过程中随时测量浆液比重，每孔施工结束后统计该孔的材料用量。 　　6、钻进、送浆、搅拌。边钻进、边压送水泥浆、边搅拌，控制好钻进速度、浆液压力和送浆量；开孔之初应观察孔口的水泥土浆体是否已得到充分搅拌以此来调整钻进速度；开孔时慢进，待钻至1米左右深度时再按设计钻速施工。 　　7、退钻、送浆、重复搅拌。一边向外退钻，一边送浆，一边再重复搅拌，使水泥和土颗粒混合均匀；当浆液从喷嘴喷出并达到设计压力后开始旋喷，桩前端原地旋喷时间不少于30s。 　　8、封口成桩。当旋喷至孔口时停止，立即推出钻杆，用棉纱堵塞孔口。 　　9、按先周边后工作面的顺序进行重复钻孔和旋喷施工，孔位从下到上，左右交替进行，采用隔孔施工，跳跃式成桩。钻机移到下一孔位开钻前，核查相邻桩的成桩时间，后施工的桩必须在相邻桩成桩时间超过初凝时间后且达到一定强度时才能开钻，确保相邻桩相互咬合。 　　五、工法要点 　　（一）控制精度。水平旋喷施工工法的精度控制包括桩径、桩位、桩长、上倾角度、搭接位置、桩体空间分布等。水平旋喷桩的上倾角度不宜过大，这样既能充分发挥桩体的超前支护性能，又能避免上倾角度过大给施工带来更多的麻烦；由于桩体呈水平布置，施工时应做