水平高壓旋噴樁加固技術在疏松砂巖地層中的應用

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在疏松砂巖地層中的應用

汪晨龍

（甘肅省引大入秦工程管理局，甘肅 永登 730000）

結合水平高壓旋噴樁加固技術原理及成功案例，介紹了該技術在疏松砂巖地層中的應用，具體闡述了高壓旋噴樁加固技術的設計要求及施工過程中的設備選型、施工工藝、技術參數等，提出該技術與鋼拱架噴射混凝土結合使用，可有效地控制圍巖收斂，防止坍塌、地面沉降等現象。

水平高壓旋噴樁；疏松砂巖；超前加固原理；施工工藝

1 概述

在隧洞施工中經常要穿越不同地質構造，其中疏松砂巖屬于嚴重不良圍巖，極易出現坍塌、涌泥、突水、造成拱架背后空腔、地面沉陷，進而導致隧洞發生結構性破壞，危及施工安全及運行安全。因此，如果必須要在疏松砂巖中進行隧洞工程建設，那么首先要考慮如何提高圍巖自穩性，保證隧洞結構的穩定性，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作為地下工程超前地質改良方法之一，在不斷地運用中得到不斷地完善。

2 水平高壓旋噴樁超前地質加固原理

水平高壓旋噴樁是通過水平定向鉆機距隧洞開挖邊緣線一定距離內，以一定的外放角度鉆孔至設計深度后，在噴嘴作緩慢旋轉和回撤鉆桿的過程中，經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，噴射流以巨大的能量將一定范圍內的巖體切削、摧毀，強制巖體顆粒與漿液在原位充分混合，凝固后形成柱狀水泥-圍巖顆粒固結體。當若干柱狀水泥-圍巖顆粒固結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，在跟進的隧洞掘進工序中與拱架、鋼筋網、噴射混凝土相結合，起到防流沙、防滲水、抗滑移、抗坍塌的拱棚保護作用。

高壓旋噴樁在施作時對于成孔條件要求不高，即使在呈流變狀的地質構造中，具有巨大能量的高壓噴射流也可使漿液與圍巖充分拌和，并凝固為新的固結體。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：距隧洞徑向開挖邊緣線一定距離造孔，利用高壓旋噴設備縱向注漿，加固一定直徑和超前距離內的軟弱圍巖，并形成相互咬合的水泥-圍巖顆粒固結體，前后循環，相互搭接，形成拱棚，達到對軟弱圍巖超前改良預加固的目的。

3 水平旋噴樁的施作要求

3.1 設計要求

在制定水平旋噴樁超前圍巖加固方案前，應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，圍巖物理力學特性，地下水埋藏條件，滲透性和水質成分等。依據地質勘查情況，進行水平旋噴樁的設計。

根據國內外施工經驗，目前水平旋噴樁設計參數為：樁徑50～60cm，樁長15～24m，相鄰兩樁咬合10cm，前后循環搭接長度30～50cm，周邊外插角2°～5°。

3.2 現場空間要求

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

輪廓邊緣線徑向向外，按設計水平旋噴樁的樁體半徑R+（20～30cm）左右進行擴大洞室開挖，以方便搭設工作平臺，放置鉆機，調整施工角度。

3.3 掌子面封閉要求

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

3.4 施工設備要求

1）水平鉆機。水平旋噴樁施工的關鍵在于鉆機的選型，因此，根據圍巖特性進行鉆機設備選型配套非常重要。鉆機的轉速、貫入度、扭矩等性能決定著施工進度和成孔效果。目前國內可供選擇的用于水平旋噴樁造孔施工的水平鉆機類型較多，性能上較為先進的首先是意大利生產的PST-60水平旋噴臺車，其次是意大利C6履帶式鉆機。較為經濟實用的是國內改裝的XY-2，GY-2A型鉆機，目前已具備傳感器定向、深孔鉆進、鉆孔精度高、輕便靈活、解體性強、液壓移動、液壓鉆進等優點。

2）高壓注漿泵。高壓注漿泵是水平旋噴樁成樁的關鍵設備之一，泵的壓力與流量直接影響旋噴樁長度、直徑以及強度。我國研制的YZB-32型高壓注漿泵和天津生產的聚能泵可達到60MPa，可滿足壓力、流量的無級調節要求。

4 施工工藝

4.1 施工準備

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

建議施工前，先施作兩根試驗樁，通過試驗樁掌握鉆進速度、噴漿起始壓力、噴漿成樁壓力、旋噴速度、回撤鉆桿速度、單位時間噴漿量等技術參數，確定旋噴的均勻性，確定最佳施工參數和最佳施工工藝。

4.2 鉆機和高壓泵就位、鉆進

水平旋噴鉆機就位時，調整角度，對準樁孔位置 （孔位誤差控制在±10mm，角度誤差小于1°）施鉆，鉆進時通過導軌定向，將鉆頭與鉆桿送入孔中，過程中一般每鉆進3m要測斜一次，每次測斜偏差不超過3%，當發現偏斜超差要進行糾偏，直至鉆至設計深度。

4.3 旋噴成樁

當鉆進至設計深度后，就可進行噴漿作業。首先清洗管路，確保暢通；其次調整噴嘴位置，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，一面低速 (理論值15～30cm/min)慢慢回撤，當回撤至孔口1.0m左右時，關閉高壓噴漿機并做好封孔工作。鉆桿回撤速度的具體數值應通過在相同地質條件下的成樁實驗來確定，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。

為確保樁體質量，旋噴過程要連續，不能間斷，防止出現斷樁、短樁現象的發生，鉆桿回撤速度必須均勻，最終形成基本等徑圓柱狀的水泥-圍巖顆粒固結體。如因機械故障或其它原因停機在30～120分鐘的，應向前重復旋噴1m；超過2h的，按斷樁處理，重新鉆樁。高壓旋噴注漿完成后，必要時孔口進行補注漿，注漿壓力控制在0.8～1.0MPa。補注漿完成12h內不能打開孔口封閉物。試驗證明固結體的平均抗壓強度接近C15等級混凝土。

結束該孔噴漿后，注意高壓清洗管路及設備，然后移至下一預成樁孔位置。考慮到漿液初凝及待強需要一定時間，應間隔2～3孔位施作較為理想。

5 結語

水平高壓旋噴樁超前地質改良技術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.水平旋噴樁在隧洞開挖掘進中的應用[J].水利規劃與設計，2013，26(7)：43-45.

[2]徐智，胡蔓寧.旋噴樁加固技術在某隧道風積砂地層中的應用[J].現代隧道技術，2013，50(3)：158-162.

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

TU753