國(guó)內(nèi)外水平旋噴注漿加固技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展

1、國(guó)內(nèi)外水平旋噴注漿加固技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展         08-12-14 11:14:00     編輯：studa0714摘要:概述了國(guó)內(nèi)外水平旋噴注漿技術(shù)的發(fā)展概況、設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。此項(xiàng)技術(shù)及相關(guān)配套設(shè)備的開(kāi)發(fā)成功,為我國(guó)巖土工程加固又添一新手段。水平旋噴注漿加固技術(shù)在隧道預(yù)支護(hù)的成功應(yīng)用,為進(jìn)一步推廣此項(xiàng)技術(shù)提供了范例。關(guān)鍵詞:水平旋噴;加固;水平旋噴機(jī);高壓注漿泵 1 問(wèn)題的提出      豎直旋噴注漿技術(shù)已成

2、功地用于多種地層條件(如粘土、砂土、淤泥、砂夾卵石、冰磧土、黃土、腐植土、泥炭土等)下的加固及防滲止水,并顯示其優(yōu)越性。某些條件下,進(jìn)行豎直鉆孔不可能或不適宜,但又需要用高壓噴射注漿,人們自然想到用水平或傾斜鉆孔方式。日本和意大利是研究開(kāi)發(fā)水平旋噴技術(shù)較早的國(guó)家,意大利RODIO公司于1983年首次將水平旋噴技術(shù)用于隧道預(yù)支護(hù)。美國(guó)80年代開(kāi)始使用此項(xiàng)技術(shù),1987年此項(xiàng)技術(shù)首次在南美應(yīng)用。      水平鉆孔旋噴注漿的應(yīng)用和隧道施工技術(shù)的發(fā)展有密切聯(lián)系。在覆蓋較薄的松軟地層中修建地下結(jié)構(gòu)面臨著地層不穩(wěn)定,較易引起坍塌和地面沉陷等嚴(yán)重問(wèn)題。高壓

3、噴射注漿的開(kāi)發(fā)成功,使工程技術(shù)界想到利用它來(lái)提高隧道圍巖的穩(wěn)定性。從地面豎直鉆孔在隧道周邊進(jìn)行旋噴存在鉆孔深度過(guò)大,鉆孔精度及各固結(jié)體之間搭接不易保證等缺點(diǎn)。另外,受固結(jié)體之間的粘結(jié)強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度控制,加固范圍比較大。      據(jù)此,人們自然想到用水平鉆孔實(shí)現(xiàn)旋噴問(wèn)題。2 日本的幾代旋噴工法2.1 CCP-H工法      此工法是80年代初日本在單管旋噴的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的專用于水平鉆孔的旋噴工法。它是在注漿管的后端位置設(shè)置一個(gè)擴(kuò)徑鉆頭,以加強(qiáng)對(duì)土體的破壞。擴(kuò)徑鉆頭在鉆進(jìn)時(shí)縮于鉆桿的凹槽內(nèi),后退開(kāi)

4、始旋噴時(shí),靠阻力自動(dòng)打開(kāi),在旋噴前先攪動(dòng)土層以確保并擴(kuò)大水平旋噴柱體的直徑。為了加速漿液和土粒的固結(jié),在漿液中加適量的速凝劑和硬化劑。日本國(guó)鐵第一工程局用此法進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)和施工。2.2 RJFP工法      隨著旋噴技術(shù)的不斷發(fā)展,日本又提出RJFP工法1(圖1)。此法可在隧道拱部外緣旋噴成的固結(jié)體中插入鋼筋或鋼管,使形成的固結(jié)體拱棚除了有橫向抗壓能力外,還有縱向抗彎能力。他們已用此法成功地修建了幾十座隧道。該法一般只加固隧道的拱部,使旋噴柱體相互搭接成拱棚。其鉆孔長(zhǎng)13m,旋噴11m,每段拱棚搭接1m。這些隧道所用的噴射壓力在40MPa左右,

5、形成的固結(jié)體直徑6070cm,旋噴固結(jié)體的單軸抗壓強(qiáng)度3.58.0MPa。2.3 MJS工法      MJS工法是“全方位高壓噴射技術(shù)”的簡(jiǎn)稱。此法最大特點(diǎn)是具有排泥機(jī)構(gòu)。這是針對(duì)一般旋噴工法的剩余泥漿大量從孔口涌出,污染作業(yè)環(huán)境,隨著旋噴孔深度增加,排漿難度增大,噴射、攪拌效果降低等不足而開(kāi)發(fā)的。在監(jiān)控器上設(shè)MJS裝置。該裝置是在噴嘴后方裝的排泥漿吸入口,由該吸入口吸入泥漿,還可調(diào)整排泥量及對(duì)地基的壓力,使噴射壓力充分運(yùn)用。該裝置不僅用在豎直大深度旋噴,在水平、傾斜方向也能運(yùn)用。由于鉆管內(nèi)還裝設(shè)有大小7根管線,所以又叫七管旋噴法。 

6、;     該優(yōu)點(diǎn)是不污染現(xiàn)場(chǎng),保持良好的施工環(huán)境,但設(shè)備過(guò)于復(fù)雜,占用空間較多,搬運(yùn)不便。3 歐美水平旋噴工法現(xiàn)狀      意大利是多山國(guó)家,其隧道及地下工程的施工技術(shù)比較發(fā)達(dá),水平旋噴技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用在歐洲處于領(lǐng)先地位。在1992年Sloveia召開(kāi)的隧道及地下建筑施工國(guó)際會(huì)議上,該國(guó)代表系統(tǒng)總結(jié)了該國(guó)及世界各國(guó)隧道圍巖的加固方法,把高壓噴射注漿法和靜態(tài)注漿、凍結(jié)法和機(jī)械預(yù)切槽等一并列為隧道圍巖加固的基本方法2。最典型作法是沿拱部外緣用水平鉆孔旋噴柱體相互搭接形成拱棚,在它的保護(hù)下開(kāi)挖上部斷面。用臺(tái)階

7、法施工時(shí),為提高拱腳地層的強(qiáng)度,在坑道內(nèi)兩側(cè)傾斜打入鉆孔,將旋噴柱體連接成墻體。圖2為一雙車道公路隧道,斷面積為120m2,旋噴柱長(zhǎng)13m,中心距50cm,旋噴柱體直徑60cm,相鄰旋噴段搭接3m。      從意大利的工程實(shí)踐得知,在砂粒土和中細(xì)砂地層,水平旋噴質(zhì)量良好,固結(jié)體平均抗壓強(qiáng)度達(dá)1819MPa,接近C20等級(jí)混凝土。在水平旋噴柱體相搭接形成的旋噴拱棚的保護(hù)下,通過(guò)對(duì)開(kāi)挖過(guò)程中設(shè)置的拱肋受力量測(cè)表明,其受力極小,說(shuō)明旋噴拱棚的剛度很好,承受住了山體的壓力。      德國(guó)波恩地鐵一段

8、區(qū)間隧道通過(guò)松散未固結(jié)、滲透率平均為8mm/s的萊茵河礫石及不均勻泥砂層,平均埋深為3.5m,頂部還有一條污水管通過(guò)。為控制地面深陷并確保污水管的安全,采用旋噴注漿結(jié)合新奧法施工(圖3),獲得良好效果3。本次旋噴柱長(zhǎng)12m,柱體直徑60cm,中心距47cm,搭接3m,柱體向外傾斜10°。旋噴壓力大于40MPa時(shí),曾引起地面隆起達(dá)91mm,采取降壓及鉆卸壓孔等措施后降低到8mm。旋噴引起地面隆起問(wèn)題已引起工程界重視。      美國(guó)于80年代初期首次應(yīng)用旋噴技術(shù)并獲得成功,由于此項(xiàng)技術(shù)價(jià)廉及對(duì)各種土壤的普遍適用性而在美國(guó)得到廣泛應(yīng)用。華

9、盛頓地鐵在海軍工廠以東區(qū)間隧道修建過(guò)程中采用大范圍水平旋噴注漿,使土壓平衡盾構(gòu)得以從百年前修建的直徑18ft(5486.4mm)的磚和素混凝土結(jié)構(gòu)的下水道下方通過(guò)。      在修建蘇黎世地鐵時(shí),瑞士首次使用水平旋噴技術(shù)作預(yù)支護(hù)4。在St·Antoniuskirch車站到Stadehofen車站之間有一段松散破碎的冰磧石帶。雖然覆蓋層在整個(gè)工程中是最薄的,但因上部有鐵路線而不能明挖施工。區(qū)間隧道采用機(jī)械掘進(jìn),遇到松散破碎的冰磧石層時(shí),出現(xiàn)了最嚴(yán)重的塌方事故。最后改為水平旋噴注漿對(duì)地層進(jìn)行預(yù)支護(hù),成功地通過(guò)了松散破碎帶。開(kāi)挖前,隧道拱部設(shè)置了23