水平旋噴超前預支護加固技術在隧道施工中的應用

■葉振北 ■貴州建工集團第四建筑工程有限責任公司，貴州 貴陽 550004

1 概述

根據地質勘察報告，某隧道工程存在不良地質地段，該段地質情況為:圍巖為強風化石英巖，巖體破碎，節理裂隙發育，有泥質充填，呈碎塊狀結構—散體狀結構，有滲水，易坍塌，經反復綜合論證，確定采用水平旋噴超前預支護后再以CRD 法開挖施工。

2 水平旋噴預支護加固機理

水平旋支護是以高壓泵為動力源，通過水平鉆機鉆桿、噴嘴把配制好的漿液高壓噴射到土體內，噴射流以巨大的能量將一定范圍內的土體射穿，并在噴嘴作緩慢旋轉和進退的同時切割土體，強制土顆粒與漿液攪拌混合，待漿液凝固后形成水平圓柱狀水泥土固結體。當旋噴柱體環向相互咬合后，便在隧道開挖輪廓線外形成拱形預支護棚，起到了防流沙、抗滑移防滲透的作用，保證了隧道掘進的安全。水平旋噴預支護具有以下特點。

2.1 可控性好

水平旋噴的漿液局限在土體破壞的范圍內，漿液的注入部位和范圍是可以控制的，可通過調節注入參數(切削土體壓力，固化材料的注入速度，配比，注入量等)獲得滿足設計要求的固結體。

2.2 對周圍土體擾動小

噴射流在能量衰減前使其射流交匯，在碰撞點切削能量相互抵消，碰撞點以外的地方射流已無能力切削土體，加固體均勻程度好，對周圍土體擾動小。

2.3 成本較低、效率較高

由于限定注入范圍，相對注入量大幅減少，成本較帷幕注漿低;同時鉆進、攪拌、注漿工藝連續，施工效率高。

2.4 效果好

同時具有提高復合土體強度、防滲、抗滑、預支撐等多種性能，發揮作用快且成效顯著。

3 水平旋噴預支護加固方案

根據該工程的實際情況，確定旋噴加固體的直徑為500mm，孔深XXm，環向間距在開孔處為0.35m，終孔處0.4m，外插角3°～5°，相鄰旋噴加固體咬合厚度大于10cm;同時，為確保施工安全，旋噴預支護施工完成，待水泥固結體達到50%的強度再進行隧道開挖。

4 水平旋噴預支護施工

4.1 施工參數

鉆桿每節3m 長、外徑50mm，旋噴鉆頭外徑90mm;鉆桿鉆進速度0.25～1.35m/min;鉆桿(軸)轉速70～120r/min;水泥漿配合比mC:mW=1:0.8;旋噴壓力20～25MPa。

4.2 施工工藝流程

(1)封閉掌子面。水平旋噴施工前先噴射20cm 厚混凝土封閉掌子面，防止掌子面坍塌和涌砂、流泥。

(2)測放樁位。在掌子面上將孔位準確地測放出來，并標示清楚，便于鉆機就位，減小定位誤差

(3)安裝工作平臺。工作平臺具備升降功能，其上還安裝軌道，便于鉆機升降平移。

(4)鉆機就位。鉆機安放穩固，對正孔位并調整好鉆桿角度。

(5)漿液制備。漿液用高速攪拌機攪制，拌制漿液必須連續均勻，攪拌時間不小于3 分鐘，隨伴隨用，一次攪拌使用時間控制在2h 以內，且必須在初凝前用完;在制漿過程中隨時測量漿液比重，每孔施工結束后統計該孔的材料用量。

(6)鉆進、送漿、攪拌。邊鉆進、邊壓送水泥漿、邊攪拌控制好鉆進速度、漿液壓力和送漿量;開孔之初應觀察孔口的水泥土漿體是否已得到充分攪拌以此來調整鉆進速度;開孔時慢進，待鉆至lm 左右深度時再按設計鉆速施工。

(7)退鉆、送漿、重復攪拌。一邊向外退鉆，一邊送漿，一邊再重復攪拌，使水泥和土顆粒混合均勻;當漿液從噴嘴噴出并達到設計壓力后開始旋噴，前端原地旋噴時間不少于30s。

(8)封口成樁。當旋噴至孔口時停止，立即推出鉆桿，用棉紗堵塞孔口。

(9)按先周邊后工作面的順序進行鉆孔和旋噴施工，孔位從下到上，左右交替進行，采用隔孔施工，跳躍式成樁。鉆機移到下孔位開鉆前，核查相鄰樁的成樁時間，后施工的樁必須在相鄰樁成樁時間超過初凝時間后且達到一定強度時才能開鉆，確保相鄰樁相互咬合

5 工法要點

5.1 精度控制

施工時應注意水平旋噴樁體的空間分布，水平方向上應注意鉆進過程保持鉆桿給進一致，以免造成竄樁無法鉆進或旋噴等現象。

5.2 旋噴的整體穩定性控制

通過保證旋噴預支護成樁施工過程中漿液質量、水泥用最、壓漿過程中的連續性、噴漿進退速度和復噴次數，確保旋噴樁的樁體強度和承載力;同時，通過隔孔施工、跳躍式成樁，控制相鄰樁施工時機、咬合質量等措施，提高水平旋噴樁的整體穩定性。

5.3 控制孔口溢流

孔口溢流是水平旋噴樁施工的關鍵部分，與豎直旋噴不同，水平旋噴施工時往往具有一定的上傾角度，若不控制好孔口的返漿溢流則會造成無法成樁或成樁失敗等現象。孔口的返漿溢流不應過大，溢流過大，孔內漿液無法充分填充旋噴所產生的孔洞部分，造成樁體有空洞的現象，樁體達不到強度要求;溢流過小，則又會使得孔內壓力過大，造成周邊土體變形等不良現象。因此，施工時須結合現場實際情況選用合理的止漿措施。

5.4 加強監測

采用信息化施工，成立專門的監測小組，及時測量各項數據，分析并指導施工，確保施工方法的科學可靠及施工過程中的安全，對施工中的斷樁、漏樁、施工中引起的沉降、變形等隨時監測，發現問題及時補救。

6 旋噴加固效果

采用水平旋噴預支護加固后，固結體周圍土體得到了擠壓和加固，土體孔隙比減小，抗滲能力得到提高;經現場測試，樁間咬合率達85%，固結體的強度接近C10 素混凝土，固結體彈性模量提高700 多倍，形成了較好的拱殼支護，保證了掘進安全。

［1］建筑樁基技木規范.JGJ94-94.

［2］公路橋涵施工技術規范.JTJ041-2000.