隧道內(nèi)水平旋噴樁施工技術(shù)

1、隧道內(nèi)水平旋噴樁施工技術(shù)張斐斐 方世民中鐵隧道集團(tuán)有限公司摘要：通過隧道內(nèi)水平旋噴樁進(jìn)行地層超前加固，相較地面垂直加固而言，無需阻斷交通、加固針對性強(qiáng)、能形成較好的止水帷幕，保證了隧道掘進(jìn)施工安全，為今后同類地層洞內(nèi)超前地層加固處理提供了參考。關(guān)鍵詞：洞內(nèi) 旋噴樁 地層加固 中圖分類號：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：一、施工概述某地鐵隧道洞身通過的圍巖相繼有中砂、圓礫、可塑狀殘積礫（砂）質(zhì)粘性土、硬塑狀殘積礫（砂）質(zhì)粘性土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖六種地層。隧道上覆地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填筑土（Q4ml）、沖洪積粘性土及砂層（Q4al+pl）、殘積粘性土層（Qel），下伏基巖為燕山

2、期（53）花崗巖。地下水主要有第四系孔隙水、基巖裂隙水。巖層裂隙水較發(fā)育，廣泛分布在花崗巖的中強(qiáng)風(fēng)化帶及構(gòu)造節(jié)理裂隙密集帶中，局部具有承壓性，地下水位埋深2.65.3m。由于地處繁華鬧市區(qū)，地面人流集中，交通繁忙，且隧道過砂層段地質(zhì)條件較差、隧道拱頂距離砂層較近，局部地方砂層已侵入隧道內(nèi)，為了保證隧道過砂層段施工安全，經(jīng)各方討論決定施作隧道內(nèi)水平旋噴樁對地層進(jìn)行超前加固處理。二、工法概述采用水平定向鉆機(jī)打設(shè)水平孔，鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，撥出鉆桿，同時(shí)通過水平鉆機(jī)、鉆桿、噴嘴以大于35MPa的壓力把配制好的漿液噴射到土體內(nèi), 借助流體的沖擊切削土層，使噴流射程內(nèi)土體遭受破壞，與此同時(shí)鉆桿一面以一定的

3、速度旋轉(zhuǎn)，一面低速徐徐外拔，使土體與水泥漿充分?jǐn)嚢杌旌希z結(jié)硬化后形成直徑比較均勻，具有一定強(qiáng)度的樁體，從而使地層得到加固。當(dāng)旋噴樁相互咬接后,便以同心圓形式在隧道拱頂及周邊形成封閉的水平旋噴帷幕體。水平旋噴樁具有梁效應(yīng)和土體改良加強(qiáng)效應(yīng)，能夠起到防流沙、抗滑移、防滲透的作用,保證隧道掘進(jìn)安全。同時(shí)水平旋噴樁在旋噴過程中，水泥漿液能沿著地層的縫隙滲透擴(kuò)散，尤其在涌水量較大的地層中，水泥漿液擴(kuò)散填充縫隙后起到止水的效果。三、水平旋噴樁孔位設(shè)計(jì)1、根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件及暗挖隧道所處地層位置，為確保隧道施工安全，在隧道拱部及邊墻設(shè)計(jì)水平旋噴樁，形成止水帷幕，且超前支護(hù)隧道拱頂土體。2、拱部布設(shè)水平旋噴樁

4、23根，每側(cè)邊墻布設(shè)4根；樁徑為500mm，水平旋噴樁預(yù)導(dǎo)孔打設(shè)角度為5%。3、鉆孔長度根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施做能力而定，長度控制在2030m。4、由于在初期支護(hù)內(nèi)進(jìn)行施做，根據(jù)打設(shè)角度，可定23m進(jìn)入初期支護(hù)斷面。因此對開始階段23m不進(jìn)行旋噴，樁的有效長度為1728m。水平旋噴樁空位見圖01：圖01 水平旋噴樁空位布置圖四、水平旋噴樁施工技術(shù)水平旋噴樁施工工藝流程見圖02：4.1施工準(zhǔn)備1、測量放線定樁位，在隧道兩側(cè)測量放線定出兩個(gè)同一里程點(diǎn)，隧道軸線，并在掌子面測量標(biāo)出隧道開挖輪廓線，測量定出樁位，用鋼筋作好樁位標(biāo)志,并編好每個(gè)樁號。 2、鉆機(jī)安裝平整工作平臺，鋪設(shè)軌道，安裝立柱。場地要求平整，

5、并挖設(shè)排水溝。油泵、高壓泵安裝。要求場地平整，場地硬化，高壓泵安裝平穩(wěn)，管路安裝擺放整齊。3、對孔位。設(shè)備安裝好后，按要求調(diào)整鉆機(jī)角度、方位，對準(zhǔn)孔位，孔位誤差控制在50mm以內(nèi)。4、制定漿液。根據(jù)施工方案和技術(shù)交底要求的配比配制水泥漿，漿液攪拌必須均勻。在制漿過程中應(yīng)隨時(shí)測量漿液比重，每孔高噴灌漿結(jié)束后要統(tǒng)計(jì)該孔的材料用量。漿液用高速攪拌機(jī)攪制，拌制漿液必須連續(xù)均勻，攪拌時(shí)間不小于3分鐘，一次攪拌使用時(shí)間亦控制在4h以內(nèi)。沉 淀 池鉆機(jī)就位試 運(yùn) 轉(zhuǎn)泥漿配置打設(shè)水平孔廢漿排放距掌子面0.5米停噴旋噴拔桿清洗高壓注漿泵、鉆桿灰漿攪拌、過濾終孔檢查樁位測放回灌漿液高壓注漿泵nYN圖02 水平旋噴

6、樁施工工藝流程4.2鉆進(jìn)1、開孔并安裝孔口管：開孔器開孔，采用130mm鉆頭鉆進(jìn)，鉆進(jìn)深度為0.50m；初始開孔角度根據(jù)地層情況確定，待旋噴施工12根樁后再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行開孔角度的調(diào)整。退出鉆具，準(zhǔn)備安裝孔口管；將一根直徑為127mm、長0.8m的孔口管埋入已開好的孔內(nèi)，作為孔口管，孔口管外露0.30m；在撐子面植12mm鋼筋4根，鋼筋用錨固劑固結(jié)，將鋼筋與孔口管焊接牢固，加固孔口管；安裝法蘭盤和球閥。2、配制循環(huán)漿液：用膨潤土配制循環(huán)漿液。3、鉆孔打設(shè)：為確保鉆孔質(zhì)量，首應(yīng)先打設(shè)12個(gè)探孔，查明地層變化情況及地層對鉆孔角度的影響，然后根據(jù)探孔情況確定旋噴樁鉆孔的打設(shè)角度。檢查確定孔口管安裝

7、牢固后，調(diào)整鉆機(jī)，對好孔位；將旋噴鉆頭及第一根鉆桿送入孔口管內(nèi)；安裝密封裝置；打開循環(huán)液排出口（循環(huán)液采用膨潤土、聚丙乙烯及火堿制作的泥漿）；開始鉆進(jìn)，進(jìn)孔角度按探孔確定的角度開始鉆進(jìn)，直到鉆至設(shè)計(jì)深度；通過觀察循環(huán)液壓力變化，檢查噴嘴是否堵住。鉆進(jìn)過程中要保持循環(huán)液壓力1.02.0MPa，防止在鉆進(jìn)過程中，砂石堵住噴嘴。4.3高壓旋噴1、進(jìn)行高壓噴漿前應(yīng)檢查高壓注漿泵，查看泵壓讀數(shù)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求（3540MPa），泵壓達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)才能開始噴漿；2、噴漿前應(yīng)檢查鉆桿接頭處是否漏氣，如漏氣，則應(yīng)將鉆桿退回，查出漏氣位置重新密封，或更換鉆具。噴嘴是否堵住，噴嘴如堵死，則應(yīng)將鉆桿全部退回進(jìn)行疏通

8、，疏通后重新下管到設(shè)計(jì)深度后再進(jìn)行旋噴。3、在孔底高壓噴漿時(shí)應(yīng)停留一定時(shí)間，然后再緩慢外拔鉆桿，鉆桿每外拔出0.6m，應(yīng)回拖0.30m鉆桿，同時(shí)高壓噴漿；4、在高壓噴漿時(shí)，應(yīng)安排專人觀察泵壓變化，一旦發(fā)現(xiàn)泵壓過低時(shí)應(yīng)及時(shí)通知機(jī)臺停止噴漿，查明原因后再恢復(fù)高壓噴漿；5、施工第一循環(huán)水平旋噴樁時(shí)，旋噴至孔口4.0m時(shí)采取擺噴方式進(jìn)行高壓旋噴，即在旋噴過程中，保持旋噴鉆桿在上方1800范圍內(nèi)旋噴。6、當(dāng)鉆桿拔至孔口0.50m時(shí)停止注漿，關(guān)閉漿液通道，再緩慢拔出鉆桿，進(jìn)行封孔作業(yè)；7、每根高壓旋噴鉆桿拔出后應(yīng)立即用清水高壓沖洗干凈，避免殘留漿液凝固，避免下次旋噴時(shí)殘留顆粒物堵噴嘴。8、噴漿參數(shù)：漿液要

9、求水：水泥為1：1；注漿壓力為3540Mpa；9、旋噴注漿時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng):接、卸鉆桿要快，并且要清洗接頭位置，不得殘留雜物，防止噴嘴堵??；旋噴過程中循環(huán)液排出口要保持暢通，如因故堵死，應(yīng)松開密封裝置疏通返漿通道，保持正常返漿，返漿量應(yīng)控制在規(guī)范規(guī)定的20%左右。如果孔內(nèi)不能疏通，為避免出現(xiàn)抱鉆等情況發(fā)生，則應(yīng)將鉆桿退出，直至鉆孔內(nèi)返漿正常后再重新下旋噴鉆桿進(jìn)行高壓旋噴。 噴射時(shí)因故障中斷，應(yīng)酌情盡快處理: 因機(jī)械故障，要盡力縮短中斷時(shí)間，及早恢復(fù)灌漿； 如中斷時(shí)間超過2小時(shí)，要采取補(bǔ)救措施； 恢復(fù)噴射時(shí)，鉆桿要多伸入0.30m，保證凝結(jié)體的連續(xù)性。噴漿過程中出現(xiàn)冒漿時(shí)，應(yīng)及時(shí)從孔口進(jìn)行封堵，如果

10、出漿量較大時(shí)，則應(yīng)考慮在漿液中加入速凝劑，并控制噴漿量和噴漿速度。旋噴注漿時(shí)返出的漿液要求及時(shí)排至地表。4.4封孔1、噴漿至孔口掌子面0.50m時(shí)，應(yīng)停止噴漿；2、缷下孔口管最外端的密封裝置，關(guān)閉循環(huán)液排出口；3、快速拔出鉆桿和鉆頭，關(guān)閉大球閥；4、高壓旋噴注漿完成后應(yīng)在循環(huán)液排出口處安裝壓力表，然后用250泵補(bǔ)注漿，注漿壓力控制在0.8-1.0MPa；5、補(bǔ)注漿完成48小時(shí)后方能缷下大球閥。4.5清洗管道及設(shè)備每根樁施工完畢后都應(yīng)用清水高壓沖洗管道及設(shè)備，確保管道內(nèi)不留在殘?jiān)逑赐戤吅笠浦料乱粯段?。鉆機(jī)移到下一孔位開鉆前，應(yīng)核查相鄰樁的成樁時(shí)間，后施工的樁必須在相鄰樁成樁時(shí)間超過初凝時(shí)間后

11、，前一根樁漿液達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)才能開鉆，確保相鄰樁相互咬合，因此移至下一孔位時(shí)應(yīng)跳過1至3根后再施做較合適。五、作業(yè)注意事項(xiàng)及采取的保證措施5.1作業(yè)注意事項(xiàng)1、水平旋噴樁打設(shè)角度偏差2以內(nèi)。 2、水平旋噴樁長不小于設(shè)計(jì)樁長。 3、成樁后樁體必須滿足強(qiáng)度要求，樁體應(yīng)確保連續(xù)、均勻達(dá)到止水效果；4、對每根樁從鉆孔至成樁做以下記錄：施工日期、開鉆時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、旋噴壓力、旋噴提升速度、樁長、注漿量； 5、施工前，現(xiàn)場應(yīng)先進(jìn)行兩根成樁試驗(yàn)，通過試驗(yàn)樁掌握鉆進(jìn)速度、拔鉆速度、旋噴速度、噴漿壓力、單位時(shí)間噴漿量等技術(shù)參數(shù)，確定旋噴的均勻性，確定最佳施工參數(shù)和最佳施工工藝；6、樁體施工過程要連續(xù)，不能間斷，

12、防止出現(xiàn)斷樁，短樁現(xiàn)象的發(fā)生。如因機(jī)械故障或其它原因停機(jī)在30-120分鐘的，應(yīng)重復(fù)旋噴1m，超過2小時(shí)的，按斷樁處理，應(yīng)重新鉆樁。5.2質(zhì)量保證措施1、試驗(yàn)樁施工完成后應(yīng)進(jìn)行樁的質(zhì)量檢測，主要檢測其樁徑、樁長、樁的強(qiáng)度等指標(biāo)；2、工程開工前，認(rèn)真做好技術(shù)交底，做到人人明白技術(shù)要求，個(gè)個(gè)分擔(dān)技術(shù)責(zé)任；3、由于高壓漿液對土體的削切及鉆桿本身的重力，鉆頭在鉆進(jìn)過程中會發(fā)生明顯的下移，為此對旋噴樁，上仰角根據(jù)樁徑、樁長、隧道坡度、地層情況確定，采用跳孔施工，從拱底往上施做旋噴樁；4、施工過程中，操作人員隨時(shí)記錄壓力、噴漿量、鉆進(jìn)速度、拔鉆桿速度等有效參數(shù)。施工時(shí)嚴(yán)格控制各種施工參數(shù)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)匯報(bào)處理。現(xiàn)場施工做到及時(shí)記錄、及時(shí)調(diào)整、及時(shí)匯報(bào)處理；5、高壓旋噴應(yīng)全孔連續(xù)進(jìn)行，若中途拆卸噴射管，則應(yīng)進(jìn)行復(fù)噴，搭接長度不小于