水平旋噴樁在梁山隧道深埋富水軟弱構(gòu)造帶中的應(yīng)用

陳春安

（東南沿海鐵路福建有限責(zé)任公司，福建福州 350013）

水平旋噴樁在梁山隧道深埋富水軟弱構(gòu)造帶中的應(yīng)用

陳春安

（東南沿海鐵路福建有限責(zé)任公司，福建福州 350013）

廈（門）深（圳）鐵路梁山隧道DK96+495～+535段穿越L7深埋富水陡傾軟弱構(gòu)造帶，施工中多次發(fā)生突水突泥，并引發(fā)270m埋深地表發(fā)生塌陷，處理極其困難，為國內(nèi)外罕見。經(jīng)技術(shù)與經(jīng)濟論證后，確定采用水平旋噴技術(shù)進行超前預(yù)加固，因長度達40m的水平旋噴樁技術(shù)目前無任何經(jīng)驗，在此背景下實施了水平旋噴試驗。通過試驗確定了施工技術(shù)參數(shù)、工藝流程；并明確了水平旋噴樁的加固效果，并在梁山隧道深埋富水軟弱構(gòu)造帶中成功實施，其研究成果可為類似地質(zhì)條件中隧道的設(shè)計與施工提供借鑒。

隧道；富水軟弱帶；水平旋噴樁；施工工藝；質(zhì)量控制與檢驗

引言

在隧道施工中，保證隧道開挖前的圍巖穩(wěn)定及控制地下水是隧道施工成敗的關(guān)鍵。目前，常用的超前加固手段主要有超前小導(dǎo)管注漿、管棚注漿以及帷幕注漿等，但由于注漿加固難以有效消除盲區(qū)，動水作用下極易管涌，難以實現(xiàn)穩(wěn)定圍巖和控制地下水的目的。由于水平旋噴超前加固能通過置換手段改良軟弱帶介質(zhì)體，能有效提高軟弱帶穩(wěn)定性、抗擊水沖蝕能力，保證地層處于穩(wěn)定狀態(tài)，解決了隧道穿越淺埋、軟弱土體及地下水活動較強的特殊困難地段的隧道開挖問題，因此水平旋噴超前加固技術(shù)已受到相關(guān)行業(yè)的重視和廣泛關(guān)注。本文結(jié)合廈（門）深（圳）鐵路梁山隧道L7軟弱帶富水全風(fēng)化花崗巖夾雜輝綠巖、閃長玢巖等地質(zhì)特點，對水平旋噴超前加固軟弱地層的施工技術(shù)及施工工藝進行詳細闡述，以期對類似工程的修建起到拋磚引玉的作用。

1 工程概況

梁山隧道為新建廈深鐵路（福建段）控制工程，位于福建省漳浦縣（進口）和云霄縣（出口）境內(nèi)，全長9888m，里程為DK94+000～DK103+888，L7軟弱帶位于DK96+505處，2009年3月發(fā)生4次較大規(guī)模突水突泥，突泥量約30000m3，地表發(fā)生塌陷（陷坑近似橢圓形，上寬下窄，長軸長約57m，短軸長約33m，深度約25m）；2010年3月再次發(fā)生多次間歇性突水涌泥，總涌泥量約5500m3，導(dǎo)致230m正洞被涌泥填充，地表塌陷區(qū)加深15m，呈漏斗狀，后經(jīng)鉆探、地表調(diào)查等多種勘探手段查明：極其富水，風(fēng)化深度至地表270m，夾層厚度約25m，橫向延伸長約2300m，夾層物質(zhì)為全風(fēng)化花崗巖夾輝綠巖、閃長玢巖，呈砂狀、土狀，極為特殊罕見。

在處理梁山隧道L7軟弱帶過程中，先后采用超前小導(dǎo)管、帷幕注漿等方法進行了加固處理，經(jīng)后續(xù)開挖施工均全部失效，后經(jīng)參建多方綜合論證研討，確定采用水平旋噴樁對L7富水軟弱帶預(yù)加固。

2 水平旋噴樁預(yù)加固技術(shù)及在梁山隧道L7中的應(yīng)用

2.1 水平旋噴樁加固原理

采用自制旋噴鉆機打設(shè)水平孔，鉆進至設(shè)計深度后，通過水平鉆機、鉆桿、噴嘴以大于30MPa的壓力把配制好的漿液噴射到土體內(nèi)，借助射流的沖擊力切削土層，使噴流射程內(nèi)土體遭受破壞，與此同時鉆桿一面以一定的速度（15r/min）旋轉(zhuǎn)，一面低速(15～30cm/min)徐徐外拔，使軟弱帶物質(zhì)與噴射出的水泥漿充分?jǐn)嚢杌旌?，膠結(jié)硬化凝固后形成直徑大于50cm且均

勻、具有一定強度的樁體，使得地層得到加固，水平旋噴樁相互咬接后，在隧道外輪廓周邊形成封閉的水平旋噴樁帷幕體，能夠起到防流沙、抗滑移、防滲透的作用，確保隧道掘進安全。水平旋噴樁主要具有以下作用：（1）置換作用，高速射流切割土體的同時，由于通入壓縮空氣而把一部分切割下的土粒排出灌漿孔，土粒排出后所空下的體積由灌入的漿液補充；（2）混合攪拌作用，土粒與漿液攪拌混合后形成固結(jié)體；（3）填充、擴散固結(jié)作用，高壓漿液充填土體空隙，析水固結(jié)，還可滲入一定厚度的砂層而形成固結(jié)體；（4）壓密作用，噴射流的壓力對土層可產(chǎn)生一定的壓密作用，提高土體的強度。

2.2 施工參數(shù)的選定

2.2.1 水平旋噴試驗

為確保水平旋噴樁在深埋富水花崗巖軟弱構(gòu)造帶的可實施性，施工前對水平旋噴的加固效果、工藝流程以及施工技術(shù)參數(shù)進行試驗，最終確定在梁山隧道中水平旋噴樁的合理施工參數(shù)。

如圖1所示，涌泥體內(nèi)共施作13根水平旋噴試驗體，單長43m，加固體直徑采用600mm，間距0.45m，相鄰咬合0.15m，共布置2排。

圖1 涌泥體內(nèi)水平旋噴體試驗布置圖

涌泥體水平旋噴試驗加固體效果圖如圖2所示；水平旋噴樁體試驗施工情況如表1所示。

圖2 涌泥體水平旋噴試驗加固體效果圖

圖3 梁山隧道水平旋噴布置圖

表1 水平旋噴試驗樁施工情況表

根據(jù)試驗結(jié)果，水平旋噴加固試驗體續(xù)性較好，成樁效果明顯，加固體長度達40m；對各加固樁取芯試驗后，強度平均值達3.2MPa，加固體平均直徑500mm。

2.2.2 水平旋噴參數(shù)選定

根據(jù)涌泥體內(nèi)的水平旋噴試驗，選定水平旋噴參數(shù)如下：

加固體直徑：500mm；

加固體強度：≥3MPa；

漿液材料：425普通硅酸鹽水泥，水灰比＝1∶1；

旋噴壓力：30～35MPa；

漿液流量：70～100L/min；

拔桿速度：15cm/min；

旋轉(zhuǎn)速度：15r/min。

2.3 梁山隧道L7深埋富水軟弱帶中水平旋噴樁設(shè)置

根據(jù)水平旋噴加固試驗結(jié)果，確定梁山隧道L7深埋富水軟弱帶中水平旋噴樁設(shè)置如圖3所示。

特殊加強襯砌開挖輪廓線外拱墻設(shè)置4環(huán)水平旋噴注漿預(yù)加固，旋噴體厚1.55m，仰拱底部設(shè)置2環(huán)水平旋噴注漿預(yù)加固，旋噴體厚0.85m。旋噴

鉆孔長40m，旋噴至對面巖質(zhì)，環(huán)向外傾角2.5%，軟弱帶內(nèi)最小旋噴體直徑Φ500mm，每環(huán)水平旋噴體環(huán)向中心間距為0.35m，相鄰旋噴體相互咬合的設(shè)計值為0.15m；相鄰環(huán)水平旋噴體中心間距0.35m，交錯布置，相互咬合；旋噴體設(shè)計抗壓強度不小于3.0MPa。加固圈內(nèi)拱墻4環(huán)、隧底2環(huán)水平旋噴共計477根，總長19080m。

為改良正洞軟弱帶涌泥體，提高掌子面的穩(wěn)定性及抗沖蝕能力；為未開挖段之加固圈提供預(yù)支撐；同時為加固圈末端可能設(shè)置的補旋噴加固環(huán)提供穩(wěn)定施作條件，水平旋噴加固圈施工完畢后，于正洞掌子面施作水平旋噴樁加固補強。掌子面水平旋噴體旋噴鉆孔至軟弱帶對側(cè)基巖，最小旋噴直徑Φ500mm，樁體布置間距1.2m×1.2m，交錯布置；旋噴體抗壓強度不小于3.0MPa。掌子面補強共設(shè)置水平旋噴體105根，總長4200m。

2.4 水平旋噴施工工藝流程

水平旋噴施工工藝流程見圖4所示。

圖4 水平旋噴施工工藝流程

2.5 水平旋噴效果檢驗驗證

通過地質(zhì)鉆探、鉆孔取芯、孔內(nèi)成像以及后續(xù)開挖等綜合檢驗驗證，梁山隧道L7加固范圍軟弱帶揭示物質(zhì)基本為水泥土，且膠結(jié)較均勻，各孔孔壁90%呈光滑狀態(tài)，在23.5-32.5m段兩端各1～2m范圍巖層交界面位置光滑度較差，呈蜂窩狀。各孔孔口未見明顯出水，只有少量滲水；孔內(nèi)有局部地段滲水，個別孔有線狀出水點。水平旋噴加固達到預(yù)期要求，從現(xiàn)場開挖施工揭示（圖5），水平旋噴施工技術(shù)在類似工程中應(yīng)用具有可行性，且效果明顯。

圖5 水平旋噴加固效果圖

3 結(jié)束語

梁山隧道L7軟弱帶涌泥體和軟弱夾層采用水平旋噴超前加固處理后，通過對水平旋噴樁的成樁效果、工藝、工效及可能存在的問題進行驗證，經(jīng)后續(xù)開挖揭示，經(jīng)水平旋噴加固后隔水、穩(wěn)定性等明顯改善，水平旋噴樁體完整性、咬合等較好，取得了良好效果，確保了L7軟弱帶開挖過程安全及圍巖穩(wěn)定，實現(xiàn)了預(yù)期效果。

通過該工程實踐，基本掌握了隧道水平旋噴技術(shù)參數(shù)、施工工藝和水平旋噴加固方案，為類似工程提供參考。同時在今后的水平旋噴施工過程中應(yīng)注意以下幾點：在富水軟弱巖體中施做水平旋噴加固前，應(yīng)視水文地質(zhì)條件設(shè)置泄水孔，根據(jù)水壓力情況適當(dāng)泄壓；水平旋噴鉆孔時，應(yīng)選擇合理的施工順序，先下后上、跳樁施工，鉆孔局部結(jié)合分段注漿，使用長鉆桿，減少拆換鉆桿，有利鉆孔連續(xù)，減少抱鉆、卡鉆概率；旋噴過程中應(yīng)注意施工過程中壓力變化，并加強對尾漿液的排放處理。

[1]王夢恕.大瑤山隧道—20世紀(jì)隧道修建新技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2]張民慶，張文強，孫國慶.注漿效果檢查評定技術(shù)與應(yīng)用實例[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006，25（增2）：3909-3918.

[3]劉曉曦，韓躍.水平旋噴樁在軟弱土質(zhì)隧道施工中的應(yīng)用[J].世界隧道，2000（2）：63-65.

責(zé)任編輯：孫蘇

Application of Horizontal Rotary Jet Grouting Pile in the Deeply Buried Weak Structural Belt with Rich Water of Liangshan Tunnel

The DK96+495--+535 section of Liangshan tunnel of Xiamen-Shenzhen railway passes L7 deeply buried weak structural belt with rich water, causing water inrush and mud burst frequently take place in construction and 270m deeply buried surface collapse,which brings great difficulties and is rarely seen at home and abroad.After technological and economical discussion,horizontal rotary jet grouting technology is applied in advanced strengthening and horizontal rotary jet grouting experiment is done for lack of any experience in 40-meters long horizontal rotary jet grouting pile.The construction technological parameters,technological process and reinforcement result are obtained in the experiment.It can offer some

for similar design and construction.

tunnel;weak structural belt with rich water;horizontal rotary jet grouting pile;construction technology;quality control and inspection

U25

：A

：1671-9107（2013）12-0041-03

2013-10-11

陳春安（1963-），男，福建南安人，本科，工程師，主要從事鐵路工程的建設(shè)與管理工作。

鐵道部科技研究開發(fā)計劃重點項目（項目編號：2011G026-G）。

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.12.041