水平高壓旋噴樁加固技術(shù)在疏松砂巖地層中的應(yīng)用

汪晨龍

（甘肅省引大入秦工程管理局，甘肅 永登 730000）

水平高壓旋噴樁加固技術(shù)在疏松砂巖地層中的應(yīng)用

汪晨龍

（甘肅省引大入秦工程管理局，甘肅 永登 730000）

結(jié)合水平高壓旋噴樁加固技術(shù)原理及成功案例，介紹了該技術(shù)在疏松砂巖地層中的應(yīng)用，具體闡述了高壓旋噴樁加固技術(shù)的設(shè)計(jì)要求及施工過程中的設(shè)備選型、施工工藝、技術(shù)參數(shù)等，提出該技術(shù)與鋼拱架噴射混凝土結(jié)合使用，可有效地控制圍巖收斂，防止坍塌、地面沉降等現(xiàn)象。

水平高壓旋噴樁；疏松砂巖；超前加固原理；施工工藝

1 概述

在隧洞施工中經(jīng)常要穿越不同地質(zhì)構(gòu)造，其中疏松砂巖屬于嚴(yán)重不良圍巖，極易出現(xiàn)坍塌、涌泥、突水、造成拱架背后空腔、地面沉陷，進(jìn)而導(dǎo)致隧洞發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，危及施工安全及運(yùn)行安全。因此，如果必須要在疏松砂巖中進(jìn)行隧洞工程建設(shè)，那么首先要考慮如何提高圍巖自穩(wěn)性，保證隧洞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保工程在安全的前提下順利的完成。

近年來，高壓旋噴樁加固技術(shù)作為地下工程超前地質(zhì)改良方法之一，在不斷地運(yùn)用中得到不斷地完善。

2 水平高壓旋噴樁超前地質(zhì)加固原理

水平高壓旋噴樁是通過水平定向鉆機(jī)距隧洞開挖邊緣線一定距離內(nèi)，以一定的外放角度鉆孔至設(shè)計(jì)深度后，在噴嘴作緩慢旋轉(zhuǎn)和回撤鉆桿的過程中，經(jīng)高壓泵把配置好的漿液通過鉆頭的噴孔，以大于35MPa的壓力噴射到巖體內(nèi)，噴射流以巨大的能量將一定范圍內(nèi)的巖體切削、摧毀，強(qiáng)制巖體顆粒與漿液在原位充分混合，凝固后形成柱狀水泥-圍巖顆粒固結(jié)體。當(dāng)若干柱狀水泥-圍巖顆粒固結(jié)體沿隧洞開挖邊緣線相互咬合后，就在隧洞周邊形成封閉的旋噴帷幕體，在跟進(jìn)的隧洞掘進(jìn)工序中與拱架、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土相結(jié)合，起到防流沙、防滲水、抗滑移、抗坍塌的拱棚保護(hù)作用。

高壓旋噴樁在施作時(shí)對于成孔條件要求不高，即使在呈流變狀的地質(zhì)構(gòu)造中，具有巨大能量的高壓噴射流也可使?jié){液與圍巖充分拌和，并凝固為新的固結(jié)體。水平旋噴樁縱橫斷面如圖1所示。

圖1 水平旋噴樁縱橫斷面圖

其原理總結(jié)：距隧洞徑向開挖邊緣線一定距離造孔，利用高壓旋噴設(shè)備縱向注漿，加固一定直徑和超前距離內(nèi)的軟弱圍巖，并形成相互咬合的水泥-圍巖顆粒固結(jié)體，前后循環(huán)，相互搭接，形成拱棚，達(dá)到對軟弱圍巖超前改良預(yù)加固的目的。

3 水平旋噴樁的施作要求

3.1 設(shè)計(jì)要求

在制定水平旋噴樁超前圍巖加固方案前，應(yīng)搜集掌握各種基本資料，主要是巖土工程勘察資料，包括：土層和基巖的性狀，圍巖物理力學(xué)特性，地下水埋藏條件，滲透性和水質(zhì)成分等。依據(jù)地質(zhì)勘查情況，進(jìn)行水平旋噴樁的設(shè)計(jì)。

根據(jù)國內(nèi)外施工經(jīng)驗(yàn)，目前水平旋噴樁設(shè)計(jì)參數(shù)為：樁徑50～60cm，樁長15～24m，相鄰兩樁咬合10cm，前后循環(huán)搭接長度30～50cm，周邊外插角2°～5°。

3.2 現(xiàn)場空間要求

本方法施作前，需要足夠大的工作空間。一般是在計(jì)劃工作面（掌子面）前8～10m范圍內(nèi)，沿隧洞

輪廓邊緣線徑向向外，按設(shè)計(jì)水平旋噴樁的樁體半徑R+（20～30cm）左右進(jìn)行擴(kuò)大洞室開挖，以方便搭設(shè)工作平臺，放置鉆機(jī)，調(diào)整施工角度。

3.3 掌子面封閉要求

由于旋噴注漿時(shí)的工作壓力很大，所以掌子面需以鋼筋網(wǎng)噴射混凝土封閉。常規(guī)下噴射混凝土強(qiáng)度需C25以上，施作厚度不小于20cm，鋼筋網(wǎng)片制作規(guī)格為φ8mm@200mm×200mm。

3.4 施工設(shè)備要求

1）水平鉆機(jī)。水平旋噴樁施工的關(guān)鍵在于鉆機(jī)的選型，因此，根據(jù)圍巖特性進(jìn)行鉆機(jī)設(shè)備選型配套非常重要。鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速、貫入度、扭矩等性能決定著施工進(jìn)度和成孔效果。目前國內(nèi)可供選擇的用于水平旋噴樁造孔施工的水平鉆機(jī)類型較多，性能上較為先進(jìn)的首先是意大利生產(chǎn)的PST-60水平旋噴臺車，其次是意大利C6履帶式鉆機(jī)。較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的是國內(nèi)改裝的XY-2，GY-2A型鉆機(jī)，目前已具備傳感器定向、深孔鉆進(jìn)、鉆孔精度高、輕便靈活、解體性強(qiáng)、液壓移動、液壓鉆進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。

2）高壓注漿泵。高壓注漿泵是水平旋噴樁成樁的關(guān)鍵設(shè)備之一，泵的壓力與流量直接影響旋噴樁長度、直徑以及強(qiáng)度。我國研制的YZB-32型高壓注漿泵和天津生產(chǎn)的聚能泵可達(dá)到60MPa，可滿足壓力、流量的無級調(diào)節(jié)要求。

4 施工工藝

4.1 施工準(zhǔn)備

①檢查鉆機(jī)、高壓注漿泵運(yùn)行是否正常，動力設(shè)施是否正常，各配套設(shè)備是否齊全，掌子面是否按要求封閉；②在掌子面測量標(biāo)出開挖輪廓線，確定預(yù)成樁孔位置；③搭設(shè)工作平臺。

建議施工前，先施作兩根試驗(yàn)樁，通過試驗(yàn)樁掌握鉆進(jìn)速度、噴漿起始壓力、噴漿成樁壓力、旋噴速度、回撤鉆桿速度、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。

4.2 鉆機(jī)和高壓泵就位、鉆進(jìn)

水平旋噴鉆機(jī)就位時(shí)，調(diào)整角度，對準(zhǔn)樁孔位置 （孔位誤差控制在±10mm，角度誤差小于1°）施鉆，鉆進(jìn)時(shí)通過導(dǎo)軌定向，將鉆頭與鉆桿送入孔中，過程中一般每鉆進(jìn)3m要測斜一次，每次測斜偏差不超過3%，當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏斜超差要進(jìn)行糾偏，直至鉆至設(shè)計(jì)深度。

4.3 旋噴成樁

當(dāng)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，就可進(jìn)行噴漿作業(yè)。首先清洗管路，確保暢通；其次調(diào)整噴嘴位置，先在孔底以確定過的起始壓力值靜噴3～5min，然后逐漸提高噴漿壓力至成樁壓力，然后鉆桿一面以一定的速度 （理論值20r/min）旋轉(zhuǎn)，一面低速 (理論值15～30cm/min)慢慢回撤，當(dāng)回撤至孔口1.0m左右時(shí)，關(guān)閉高壓噴漿機(jī)并做好封孔工作。鉆桿回撤速度的具體數(shù)值應(yīng)通過在相同地質(zhì)條件下的成樁實(shí)驗(yàn)來確定，在漿液無特殊要求的情況下，采用普硅P32.5水泥，漿液配比1∶1即可。

為確保樁體質(zhì)量，旋噴過程要連續(xù)，不能間斷，防止出現(xiàn)斷樁、短樁現(xiàn)象的發(fā)生，鉆桿回撤速度必須均勻，最終形成基本等徑圓柱狀的水泥-圍巖顆粒固結(jié)體。如因機(jī)械故障或其它原因停機(jī)在30～120分鐘的，應(yīng)向前重復(fù)旋噴1m；超過2h的，按斷樁處理，重新鉆樁。高壓旋噴注漿完成后，必要時(shí)孔口進(jìn)行補(bǔ)注漿，注漿壓力控制在0.8～1.0MPa。補(bǔ)注漿完成12h內(nèi)不能打開孔口封閉物。試驗(yàn)證明固結(jié)體的平均抗壓強(qiáng)度接近C15等級混凝土。

結(jié)束該孔噴漿后，注意高壓清洗管路及設(shè)備，然后移至下一預(yù)成樁孔位置?？紤]到漿液初凝及待強(qiáng)需要一定時(shí)間，應(yīng)間隔2～3孔位施作較為理想。

5 結(jié)語

水平高壓旋噴樁超前地質(zhì)改良技術(shù)在含水疏松砂巖地層中具有良好的處理效果。旋噴后，在隧洞開挖線周圍形成封閉的樁體帷幕，與鋼拱架、噴射混凝土結(jié)合使用，可卓有成效地控制圍巖收斂，防止坍塌、地面沉降等現(xiàn)象，為在圍巖呈流變性的隧洞工程施工提供了安全保障。

[1]魏永學(xué).水平旋噴樁在隧洞開挖掘進(jìn)中的應(yīng)用[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2013，26(7)：43-45.

[2]徐智，胡蔓寧.旋噴樁加固技術(shù)在某隧道風(fēng)積砂地層中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2013，50(3)：158-162.

[3]唐朝松，李峰.旋噴樁在加固鐵路隧道Ⅵ級圍巖風(fēng)積砂地層中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2012，52（5）：54-56.

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