水平旋噴在桃樹坪隧道的技術(shù)運(yùn)用

張軍

摘 要：為攻克第三系粉細(xì)砂層圍巖中施工存在問題的技術(shù)難題，本文從高壓旋噴樁成樁機(jī)理、樁體強(qiáng)度、成樁效果、影響因素為切入點(diǎn)，運(yùn)用理論知識(shí)分析結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等研究，總結(jié)了全斷面水平旋噴超前預(yù)加固施工技術(shù)在該地層中的工藝指標(biāo)，同時(shí)優(yōu)化了全斷面旋噴加固技術(shù)方案、通過現(xiàn)場(chǎng)的工藝創(chuàng)新和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，形成了富水粉細(xì)砂地層軟弱圍巖隧道全斷面水平旋噴超前支護(hù)預(yù)加固施工法，成功解決了桃樹坪隧道富水粉細(xì)砂層施工中存在的上述問題。

關(guān)鍵詞：富水粉細(xì)砂;水平旋噴;固結(jié)體;超前預(yù)加固

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）04-0117-02

蘭渝鐵路桃樹坪隧道施工中，途徑富水性較強(qiáng)的第三系粉細(xì)砂層，在其松軟結(jié)構(gòu)內(nèi)，含有鈣質(zhì)膠接層，遇水極易分散化，整體穩(wěn)定性差，因此決定在桃樹坪隧道開挖施工中，應(yīng)用超前預(yù)加固技術(shù)對(duì)全斷面水平旋噴樁進(jìn)行優(yōu)化，并按照“重降水、強(qiáng)支護(hù)、快挖快支護(hù)封閉”的原則展開項(xiàng)目施工，在對(duì)全斷面范圍的水平旋噴加固方法進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化的同時(shí)，消除了桃樹坪隧道施工中富水第三系粉細(xì)砂層的技術(shù)難題，為工程項(xiàng)目的正常進(jìn)行創(chuàng)造了條件，保證了隧道工程安全。

1 隧道水平旋噴預(yù)加固技術(shù)

1.1 施工技術(shù)方案

為了處理富水第三系粉細(xì)砂層的巖層固結(jié)問題，可在施工方法上，使用高壓旋噴的技術(shù)手段，對(duì)巖層進(jìn)行預(yù)先加固處理，形成水平旋噴加強(qiáng)預(yù)支護(hù)方案。需要注意的是，在擴(kuò)挖操作上，無(wú)論是擴(kuò)挖之前還是擴(kuò)挖完成后，都必須進(jìn)行旋噴樁強(qiáng)化，降低圍巖產(chǎn)生沉降變形的概率[1]。

1.2 主要技術(shù)措施

（1）參數(shù)控制。通常情況下，噴漿壓力的設(shè)計(jì)、樁體強(qiáng)度的控制、樁徑尺寸參數(shù)、漿液的配比條件、回灌填充量等內(nèi)容，都需要進(jìn)行嚴(yán)格的管理，執(zhí)行規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)。在水平旋噴的樁施工技術(shù)處理中，務(wù)必要通過在鉆孔定位中的控制，協(xié)調(diào)打設(shè)角度、樁與樁間距以及搭接長(zhǎng)度等參數(shù)[2]。在水平旋噴樁施工過程中，注漿管搭接長(zhǎng)度應(yīng)不小于12cm。（2）孔口漿液控制。對(duì)于孔口漿液的溢流控制，是整個(gè)工序操作的重點(diǎn)內(nèi)容，在水平旋噴樁的施工處理中，必須保證鉆孔的斜上方與水平米面的夾角條件呈固定的夾角，以此防止?jié){液從孔口處產(chǎn)生溢流。

1.3 施工圍巖特點(diǎn)

桃樹坪隧道富水第三系粉細(xì)砂巖層通過高壓水平旋噴樁超前支護(hù)預(yù)加固、掌子面樁體以及巖體形成帷幕整體，都可以在維護(hù)工程圍巖穩(wěn)定性上起到積極作用。根據(jù)此施工技術(shù)的特點(diǎn)，我們主要運(yùn)用的是SM-14多功能地質(zhì)鉆機(jī)、PST-60水平旋噴鉆機(jī)、7T-505J高壓泵等施工建設(shè)專業(yè)化設(shè)備和施工輔助技術(shù)方法，保證工程建設(shè)的優(yōu)質(zhì)、高效。工序上，先對(duì)特質(zhì)隧道進(jìn)行掌子面輪廓線處理，同時(shí)對(duì)周邊執(zhí)行旋噴加固，在掌子面布設(shè)梅花形鉆孔的同時(shí)，對(duì)跳孔展開水平旋噴樁施工，使樁體內(nèi)安裝的玻纖錨桿，起到增強(qiáng)掌子面穩(wěn)定性的效果，在開挖之前使圍巖結(jié)構(gòu)更加問題，確保開挖工作的安全，是富水第三系粉細(xì)砂巖層隧道施工最快、最有效的加固技術(shù)。

2 旋噴注漿技術(shù)

已經(jīng)完工的循環(huán)施工項(xiàng)目中，挖掘的效果得到了初步改善，在桃樹坪隧道的施工建設(shè)中，通過施工方案的改良，增加了施工的合理性，保證了工程建設(shè)的順序。從行業(yè)技術(shù)角度，旋噴注漿技術(shù)的應(yīng)用，為國(guó)內(nèi)軟巖隧道的施工建設(shè)提供了必要的基礎(chǔ)支撐，尤其在控制坍塌與沉降的內(nèi)容上，取得了明顯的技術(shù)突破，是實(shí)現(xiàn)隧道施工建設(shè)發(fā)展的有效手段。

3 水平旋噴施做效果

3.1 開挖周邊旋噴效果

經(jīng)過超前預(yù)加固處理的水平旋噴技術(shù)中，在施工場(chǎng)地中形成了圍繞樁體的帷幕，降低了隧道的出水量條件，有效的固結(jié)了涌砂，達(dá)到了良好的控制效果，樁體之間能夠咬合，相互之間形成整體，防止初期支護(hù)背后脫空、不密實(shí)，極大地減少了隧道開挖施工過程中存在涌水、涌砂及掌子面坍塌風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了富水第三系粉細(xì)砂巖層隧道全斷面人工配合機(jī)械化開挖施工，提高了施工效率，保證了施工的安全[3]。

3.2 開挖掌子面旋噴效果

水平旋噴高壓注漿技術(shù)中，預(yù)加固技術(shù)的處理屬于隱蔽項(xiàng)目，將所有成樁的樁體全部隱藏在巖體結(jié)構(gòu)中，只有在進(jìn)行掌子面掘進(jìn)時(shí)，才能顯示出樁體的形狀與大小等參數(shù)，并確定各個(gè)樁體之間的咬合條件。

由于受旋噴壓力、漿液配比、漿液流量及流速、退管速度、鉆桿轉(zhuǎn)速、旋噴噴嘴大小、圍巖地質(zhì)情況等施工現(xiàn)場(chǎng)因素，都會(huì)對(duì)成樁的最終效果造成影響，所以應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)施工條件為基礎(chǔ)，對(duì)作業(yè)處理中的工作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保證各項(xiàng)指標(biāo)的合理性。根據(jù)不斷試驗(yàn)、不斷改進(jìn)創(chuàng)新，總結(jié)得出，在50Mpa的旋噴壓力、在4cm/5s的退速下，在富水第三系粉細(xì)砂巖內(nèi)成樁效果最好，旋噴樁徑都在78cm以上，形狀幾乎為圓形，有極個(gè)別樁呈橢圓形，表現(xiàn)出豎向高度大于橫向?qū)挾鹊奶卣鳎拗茢鄻秵栴}的同時(shí)，保證旋噴樁周變較高的咬合效果，維護(hù)基本設(shè)計(jì)要求。

3.2.1 不同圍巖情況下旋噴效果

在不同巖層內(nèi)旋噴效果不同，由于水平旋噴技術(shù)工作原理是通過高壓注漿與巖體充分混合攪拌后固結(jié)成樁，因此與傳統(tǒng)的注漿工藝在巖體內(nèi)滲透、粘結(jié)在本質(zhì)有著明顯的區(qū)別。

通過旋噴技術(shù)，將施工環(huán)境中巖體充分?jǐn)嚢?，在達(dá)到均勻結(jié)合效果后，即便是相同配比條件的漿液，在樁體成型后，都會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)度、形狀和顏色等內(nèi)容上的差異化條件。在富水第三系粉細(xì)砂巖層中的樁徑條件，要明顯的大于砂卵石層與黃土層的樁徑，但黃土層中的成樁強(qiáng)度卻低于其它結(jié)構(gòu)。由此發(fā)現(xiàn)，在旋噴處理中，圍巖發(fā)育結(jié)構(gòu)、擾動(dòng)程度和密實(shí)度對(duì)成樁的直徑及效果也有一定的影響。黃土中成樁情況圖、砂卵石中成樁情況圖、粉細(xì)砂中成樁情況圖。

3.2.2 返出漿率與強(qiáng)度分析

水平旋噴預(yù)支護(hù)技術(shù)中，反漿率是極為重要參數(shù)條件，如果溢流漿液超出了總體漿量的15%，必須對(duì)注漿的壓力進(jìn)行調(diào)整，提高執(zhí)行數(shù)值，并適當(dāng)進(jìn)行二次旋噴處理，以防出現(xiàn)樁徑不足導(dǎo)致的斷裂。如果漿液不再發(fā)生溢流，需適當(dāng)?shù)目刂坪笸怂亩扰c漿液流量，完成操作過程中的技術(shù)調(diào)整。

返出漿液通過試驗(yàn)室送樣、試驗(yàn)分析得到不同成分試驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

3.2.3 數(shù)據(jù)計(jì)算

（1）總重W是由樣品中直接取樣稱重所得，總重量為水泥、土、砂和水四者重量之和，即W=Ws+Wce+Ww;（2）砂重Ws可經(jīng)過分離試驗(yàn)，將數(shù)據(jù)獲得;（3）水泥和土的混合重量Wce（Wce=Wc+We）經(jīng)過分離試驗(yàn)，將數(shù)據(jù)獲得;（4）根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，原狀土中土含量按16%計(jì)算，即土重We=0.175Ws;（5）根據(jù)水泥和土的混合重量減去土含量即得水泥含量，Wc=Wce-We;（6）水含量計(jì)算，Ww=W-Wce-Ws;（7）水灰比計(jì)算，Ww：Wc=1：Ww/Wc。（8）成樁現(xiàn)場(chǎng)抽樣，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

旋噴施工結(jié)束后，對(duì)到期的樁體進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，從下表試驗(yàn)參數(shù)可以得到如下結(jié)論：如表2所示，當(dāng)水平旋噴樁施工結(jié)束后，對(duì)其工程強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，該項(xiàng)目的平均樁體抗強(qiáng)度數(shù)值為9.33Mpa，要高于傳統(tǒng)施工中的注漿操作方法，并以此作為基礎(chǔ)控制圍巖與支護(hù)中的沉降與收斂變形問題。在樁芯加以小導(dǎo)管后，有效的增大了受力，完成了對(duì)周圍支撐圍巖各項(xiàng)參數(shù)的控制，降低了巖體壓力、水壓力、高低壓力等內(nèi)容的影響條件，構(gòu)建起了完整性的安全施工空間。進(jìn)一步對(duì)樁體試件逐個(gè)進(jìn)行分析得出，試件樁芯部位的強(qiáng)度位比試件樁側(cè)部位的抗壓強(qiáng)度明顯整體超出20%以上，產(chǎn)生此類問題是由于旋噴樁施工中，樁體中心向四周遞減的壓力條件變化，而壓力在周邊部位縮小后，形成的樁體密實(shí)度小，水泥含量少，反之含砂土較多，導(dǎo)致其抗壓強(qiáng)度低。

4 結(jié)語(yǔ)

桃樹坪隧道圍巖地質(zhì)情況復(fù)雜，主要以富水第三系粉細(xì)砂巖層為主，針對(duì)在這種軟巖地質(zhì)中色施工難點(diǎn)，經(jīng)過試驗(yàn)總結(jié)，成功運(yùn)用水平旋噴對(duì)掌子面圍巖進(jìn)行預(yù)加固處理，巖體與漿體固結(jié)成帷幕整體，增強(qiáng)了圍巖的穩(wěn)定性，為隧道施工提供了安全、可靠地環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫國(guó)慶，殷九榮.水平旋噴加固在富水未成巖粉細(xì)砂層中的應(yīng)用[J].隧道建設(shè)，2012，32（2）：213-217.

[2] 洪三金，蔣學(xué)文，鄔疆.全斷面富水砂層淺埋暗挖隧道施工技術(shù)[J].建筑施工，2010，22（10）：132-133.

[3] 趙彥峰.利用水平旋噴樁處理隧洞開挖涌砂[J].甘肅水利水電技術(shù)，2012，48（8）：57-58.