高壓旋噴樁在隧道圍巖加固中的應(yīng)用

余成龍，王大樟

（1.汕頭市達(dá)濠市政建設(shè)有限公司，汕頭515000；2.武漢理工大學(xué)設(shè)計(jì)研究院，武漢 430070）

高壓旋噴樁可以克服地質(zhì)條件差的不良因素，增加工程施工的安全性［1］。常用于基礎(chǔ)的防滲、改善地基土的水流性質(zhì)和穩(wěn)定邊坡等工程。近年來，由于高壓旋噴注漿法具有適用范圍比較廣，施工方便，并且高壓噴射流形成的固結(jié)體性狀可以控制等優(yōu)點(diǎn)［2］，在公路、鐵路工程的軟基處理中得到了一定運(yùn)用。公路山嶺隧道施工斷面大，地形條件復(fù)雜，特別在淺埋段的施工過程中，洞口滑坡、洞內(nèi)塌方、洞頂坍塌的情況時(shí)有發(fā)生［3］。其中洞頂坍塌體的圍巖加固也開始采用高壓旋噴樁施工處理，保證了施工的進(jìn)度和安全。

永藍(lán)高速公路觀音嶺隧道位于湖南省永州市藍(lán)山縣嶺腳村境內(nèi)，隧道永州端與舜水河大橋相連，省界端與萬(wàn)年橋段路基連接。此隧道為分離式隧道，兩端掘進(jìn)組織施工，其左線ZK127＋065～ZK130＋198長(zhǎng)3133m，右線K127＋099～K130＋202長(zhǎng)3103m，隧址區(qū)屬中低山地貌，地形起伏較大。隧道范圍內(nèi)中線高程328.0～668.5m，最大高差約340.5m。山體自然坡度20°～45°，植被較發(fā)育，進(jìn)、出口均處于山前斜坡地帶，山坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

左線出口掘進(jìn)到ZK130＋041時(shí)出現(xiàn)拱頂坍塌、突泥現(xiàn)象，并在拱頂?shù)乇沓霈F(xiàn)大范圍塌陷現(xiàn)象，塌陷區(qū)長(zhǎng)20m，寬25m，導(dǎo)致掘進(jìn)無(wú)法進(jìn)行，施工受阻。

地表地形起伏較大，植被茂密，覆蓋層結(jié)構(gòu)松散，為含礫亞粘土、亞粘土、塊石。

經(jīng)地質(zhì)勘查，在ZK130＋026～ZK130＋073段內(nèi)，存在深度范圍約離地表2～25m的含碎石粘土層，自穩(wěn)能力差、含水，該異常體與隧道掌子面泥質(zhì)物相連。下部異常分兩部分繼續(xù)向下延伸，一部分為坍陷范圍區(qū)域，另一部分為向ZK130＋019～ZK130＋033里程處的延伸；在ZK130＋033～ZK129＋949之間，有厚度約為0～19m的覆蓋層，含礫亞粘土、亞粘土，稍微含水，含碎石、塊石，碎石含量約30%，碎石或塊石粒徑范圍在0.3～1m之間，黏性土呈軟塑－流塑狀態(tài)。

洞內(nèi)掘進(jìn)段掌子面巖性為泥盆系中統(tǒng)棋梓橋組，含礫砂質(zhì)粘土巖，黃灰色，夾少量黃褐、黑褐色，主要礦物成份為泥質(zhì)、砂質(zhì)、方解石等，砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

隧道山體地表水較發(fā)育，大量雨水沿山坡匯入地勢(shì)低洼的沖溝地帶，以地表徑流形式排泄。地下水主要為第四系覆蓋層中的孔隙水和基巖裂隙水。

1 坍塌治理設(shè)計(jì)

該坍塌形成的內(nèi)因是此段為山前堆積體及地表水集中排泄匯集區(qū)，外因是此段內(nèi)挖方的卸載和地下水環(huán)境的變化。其中隧道掌子面的掘進(jìn)是此段坍塌的直接誘發(fā)因素，而雨水季節(jié)地下水環(huán)境的惡化也降低了山體的穩(wěn)定性，加劇了坍塌的形成。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告和工程施工現(xiàn)狀，對(duì)該坍塌段采取排水、加固、監(jiān)測(cè)等方案，使該坍塌段掘進(jìn)能順利通過，具體設(shè)計(jì)方案如下：

1.1 洞內(nèi)突泥堵截

洞內(nèi)突泥采用填土平臺(tái)進(jìn)行堵截，防止進(jìn)一步擴(kuò)大，造成洞頂坍塌繼續(xù)擴(kuò)大。

1.2 高壓旋噴樁設(shè)計(jì)

對(duì)拱頂長(zhǎng)ZK130＋031～ZK129＋949范圍內(nèi)進(jìn)行單管高壓旋噴處治，樁徑600mm，范圍是在拱頂上部10m范圍內(nèi)全程高噴處理，拱頂上部5m范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)噴加強(qiáng)處理。

高壓旋噴樁可以改善隧道受力狀況。旋噴樁固結(jié)體形成了良好的應(yīng)力環(huán)，承受了外部土地層的土壓力，減小了洞內(nèi)受力。止水效果好，旋噴樁固結(jié)體有較強(qiáng)的止水效果。處理后，能便于隧道掘進(jìn)工作的正常進(jìn)行。

根據(jù)不同的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，結(jié)合拱頂結(jié)構(gòu)受力條件，采取不同的樁間距，分別為0.6m，1m梅花形布置，具體布置方式詳見圖3。

1.3 排水設(shè)計(jì)

排水首要任務(wù)是防水，處理地下水問題是解決流沙流泥施工難題重大首要關(guān)鍵技術(shù)。在地表應(yīng)建立溝槽導(dǎo)排系統(tǒng)，防止降雨和地表水入滲。因地表土體松散，可采用在地表敷設(shè)土工織物材料，對(duì)山坡來水和大氣降雨進(jìn)行導(dǎo)流，嚴(yán)禁雨水滲入塌陷區(qū)。

其次是引排水，為減少坡體地下水對(duì)加固體的滲流作用，可在斜坡上設(shè)置6個(gè)仰斜式排水孔，孔徑110m，孔深10m，內(nèi)置PVC花管，并用土工布包裹。

最后是堵水，為減少地下水的滲水通道，在隧道左右側(cè)2m范圍內(nèi)，高壓旋噴樁加密處理，采用0.6m間距梅花形布置。

2 施工方法

先進(jìn)行地表排水（坍塌坡體外的截水溝、坍塌周圍的排水溝）和坡面排水（斜式排水孔）施工，建立深部位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，然后由上而下逐排施工高壓旋噴樁，特施工完成后監(jiān)控量測(cè)趨于穩(wěn)定后，再進(jìn)行掌子面掘進(jìn)施工。高壓旋噴樁施工是坍塌治理的關(guān)鍵，故僅介紹高壓旋噴樁施工方法。

高壓旋噴樁施工工藝流程：確定樁位→工程鉆機(jī)引孔→旋噴機(jī)就位→噴射注漿→清洗管道→樁機(jī)移位。

2.1 確定樁位

根據(jù)拱頂中線點(diǎn)位置，用鋼尺確定樁位，樁位偏差值不大于50mm，并按設(shè)計(jì)圖紙編號(hào)進(jìn)行記錄，防止漏樁。

2.2 工程鉆機(jī)引孔

地質(zhì)狀況為粘土夾孤石，必須單獨(dú)使用工程鉆機(jī)進(jìn)行引孔，首先鉆機(jī)就位，檢查鉆機(jī)工作性能，合格后方可開鉆，并及時(shí)做好現(xiàn)場(chǎng)施工記錄。其次鉆進(jìn)過程中，上面部分的虛樁不要求孔徑，但要注意保護(hù)好孔壁，防止塌孔。最后鉆進(jìn)至須旋噴的位置后減慢鉆進(jìn)速度，使孔徑符合要求，并保證鉆孔的垂直度偏差小于1%。

2.3 旋噴機(jī)就位

旋噴機(jī)與工程鉆機(jī)拉開工作距離后，旋噴機(jī)就位，檢查旋噴機(jī)工作性能，管路系統(tǒng)暢通及密封性能，各通道與噴嘴內(nèi)不能有雜物。

2.4 噴射注漿

將注漿管插入到設(shè)計(jì)深度，檢查是否暢通，合格后進(jìn)行噴射注漿作業(yè)。先向孔內(nèi)注清水，待泵量泵壓正常后，開始注漿，該設(shè)計(jì)有5m需要復(fù)噴，粗噴完成后，再插管至底部進(jìn)行復(fù)噴，在注漿過程中注意控制提升速度和旋轉(zhuǎn)速度，并注意觀察水、氣、漿壓力和流量是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。當(dāng)注漿管不能一次提升完成而需分次卸管時(shí)，卸管后噴射的搭接長(zhǎng)度不得小于100mm，以保證固結(jié)體的整體性，分節(jié)拆卸高噴管時(shí)，動(dòng)作要快，盡量縮短停機(jī)時(shí)間。如因故障，水泥漿拌制后停滯時(shí)間超過2h，須廢棄不得再作為成樁使用。

經(jīng)過2根試樁，確定材料用量及技術(shù)參數(shù)如下：施工材料采用普通硅酸鹽32.5水泥，每米水泥用量250kg，水灰比為1∶1；提升速度控制在不大于20cm／min，旋轉(zhuǎn)速度18r／min，注漿壓力在25～30MPa，樁身對(duì)拱頂5m深度范圍內(nèi)復(fù)噴加強(qiáng)。

2.5 清凈管路

及時(shí)用清水沖洗注漿管、注漿泵、送漿管路和漿液攪拌機(jī)等，空氣管路和高壓泵管也要分別送風(fēng)、送水沖洗干凈。

2.6 施工中出現(xiàn)的問題及處理措施

鉆孔平均深度約35m，粘土層中孤石較多，且埋深基本在12～20m，導(dǎo)致多次發(fā)生卡管、埋鉆等情況，經(jīng)多次調(diào)整，增大孔徑到90～110mm后，情況得到極大改善。

3 檢測(cè)效果

由圖4時(shí)態(tài)曲線圖可知，ZK130＋040斷面拱頂沉降及水平收斂變化基本穩(wěn)定，高壓旋噴樁處理效果較好。

4 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)踐證明，高壓旋噴樁用于隧道掌子面塌方導(dǎo)致洞頂坍塌體的加固不僅具有很好的效果，而且可以加快施工進(jìn)度，節(jié)約成本，確保隧道施工的安全性和可靠性。近年來，隨著施工技術(shù)和施工條件的發(fā)展，旋噴樁應(yīng)用范圍越來越廣，為保證高壓旋噴樁的施工質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)不同的地基土質(zhì)要求和設(shè)計(jì)要求，選擇合理的水泥、外加劑及配合比，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制漿液壓力、氣壓、漿液流量及旋噴提升速度和轉(zhuǎn)速等各項(xiàng)指標(biāo)以保證成樁質(zhì)量。施工完畢應(yīng)采取相應(yīng)的檢測(cè)手段檢查成樁的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，確保符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

［1］徐至鈞.高壓噴射注漿法處理地基［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［2］祝和意.旋噴樁加固地基施工技術(shù)措施［J］.山西建筑，2007，33（6）：139－140.

［3］黃成光.公路隧道施工［M］.北京：人民交通出版社，2006.