高壓旋噴樁在隧道淺埋段圍巖加固中的應(yīng)用

馬亞輝MA Ya-hui

（中鐵十二局集團第四工程有限公司，西安 710021）

1 工程概況

新建梅州至龍川鐵路工程位于廣東省東北部，設(shè)計時速350公里/小時，隧道為單洞雙線，隧道建筑凈空為12.6m×9.6m（寬×高），最大開挖斷面面積為154.60m2。

梅龍鐵路藍鄉(xiāng)1號隧道隧址區(qū)屬于剝蝕丘陵區(qū)，地形稍有起伏，隧道進出口圍巖主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積層，洞身主要穿越全～強風化變質(zhì)砂巖，局部存在風化不均，大部分區(qū)段工程性質(zhì)較差，巖體破碎，地下水易富集[1]。該隧道由出口組織施工，施工至距進口洞口50m處時，隧道初支變形突然加大，地表大面積開裂，為確保安全暫停掌子面施工。經(jīng)調(diào)查，掌子面位置地面正處于下坡，坡度較陡，埋深12～16m，表層3～6m為第四系全新統(tǒng)殘坡積層粉質(zhì)黏土，下伏全風化變質(zhì)砂巖。粉質(zhì)黏土土質(zhì)疏松，手掰易散，土體保水性差，遇水后的自穩(wěn)能力會大幅降低，施工期間剛好為雨季，受地表降水補給影響大，如不對地表土體進行加固，隧道開挖時極易發(fā)生塌方或邊坡溜塌，對今后運營也會產(chǎn)生一定影響。

2 施工方案

藍鄉(xiāng)1號隧道洞頂?shù)乇砺裆顪\，坡度較陡，經(jīng)方案比選，采取高壓旋噴樁洞頂?shù)乇砑庸痰姆椒āＴ摲椒ň哂袕姸雀摺⒕鶆蛐詮?、可控性強、綜合效果好等特點[2]，加固后可以提高土體的自穩(wěn)能力，減少洞身的壓力，待地表加固完成后進行掌子面施工。

藍鄉(xiāng)1號隧道進口隧線分界里程為DK24+384，隧道DK24+410～DK24+440段為暗挖段，先采用高壓旋噴樁對圍巖進行加固，再進行暗挖施工。旋噴樁加固橫向范圍：隧道中線兩側(cè)各9.6m；加固深度范圍：襯砌頂部至襯砌頂部外沿以上5.0m范圍，襯砌頂部外沿上部5.0m以外范圍的土體不進行加固。旋噴樁直徑Φ600mm，洞身開挖范圍內(nèi)橫向間距1.0m，縱向間距1.0m，梅花形布置，洞身開挖范圍外兩側(cè)2.1m采用咬合樁，樁間距0.5m，范圍為襯砌頂部外沿以上5m至仰拱底以下2m。旋噴樁加固平面布置圖見圖1，旋噴樁加固橫斷面圖見圖2。

圖1 高壓旋噴樁平面布置圖

圖2 高壓旋噴樁橫斷面圖

旋噴樁設(shè)計參數(shù)：采用雙重管法施工，漿液材料采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比為1:1～1:1.5，鉆頭旋轉(zhuǎn)速度為10～20r/min，提升速度10～20cm/min，噴嘴直徑2mm，漿液流量65～105L/min。

3 施工工藝

3.1 施工準備

①室內(nèi)配合比試驗。采集該工點有代表性土樣，進行室內(nèi)配合比試驗，試驗檢測各水泥土試塊不同齡期、不同配合比的抗壓強度，尋求滿足設(shè)計要求的水泥、外加劑摻量及最佳水灰比。

②成樁工藝性試驗。根據(jù)室內(nèi)配合比試驗結(jié)果，選擇現(xiàn)場有代表性段落進行現(xiàn)場成樁試驗，檢驗成樁效果，以確定水泥摻入比、壓力、注漿量、旋轉(zhuǎn)提升速度等工藝參數(shù)，檢驗成樁效果[3-6]，試樁數(shù)量不小于3根。

③樁位放樣。

施工前用全站儀放出樁位控制點，用鋼尺和測繩放出每根樁樁位，每個樁位均用竹簽釘緊，保證樁孔中心位置偏差小于20mm。

④修建排污和灰漿拌制系統(tǒng)。

旋噴樁施工過程中將會產(chǎn)生15～25%的返漿，將返漿引入至沉淀池中，經(jīng)多級沉淀后可進行無公害排放。沉淀的泥土在開挖基坑后一并運至棄渣場。

水泥主要存放在灰漿拌制系統(tǒng)附近，便于操作。

3.2 鉆機就位

鉆機就位后，將樁機對中，保證鉆桿與樁位重合，調(diào)整樁機的垂直度，鉆桿位置偏差應(yīng)在10mm以內(nèi)，鉆孔垂直度誤差應(yīng)在0.3%以內(nèi)。

3.3 成孔

成孔作業(yè)前，應(yīng)先進行試噴作業(yè)，保證鉆孔機械運轉(zhuǎn)正常，隨后開始引孔鉆進。鉆孔過程中應(yīng)準確記錄鉆桿節(jié)數(shù)，確保鉆孔深度達到設(shè)計要求。

3.4 拔出巖芯管、插入注漿管

引孔至設(shè)計要求深度后，拔出巖芯管，將噴射注漿管插至預(yù)定深度。在噴射注漿管插入過程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，插管作業(yè)中要保持噴水，水壓需嚴格控制，不大于1MPa，避免噴射壓力過高導致射穿孔壁，同時為防止泥土進入管內(nèi)，采用塑料布將高壓水噴嘴包裹。

3.5 旋噴提升

注漿材料采用P.O42.5水泥，外摻1～3%的CaCl2速凝劑，漿液水灰比為1:1～1:1.2。首先將注漿管下至設(shè)計深度，邊噴射邊旋轉(zhuǎn)，調(diào)整噴射壓力及噴漿量，達到預(yù)定要求后再同時進行提升、旋轉(zhuǎn)、噴射作業(yè)，漿液應(yīng)進行二次過濾后噴射。成樁過程中若暫停作業(yè)，需標記停漿點，再次作業(yè)需將注漿管下沉至停漿點以下0.5m處，恢復(fù)供漿后再進行噴漿提升。若暫停作業(yè)超過3小時，應(yīng)將輸漿管路重新拆洗干凈，并在原樁位旁邊進行補樁。噴漿壓力不小于30MPa，流量不小于30L/min，氣流壓力為0.7MPa，提升速度為0.1～0.2m/min。

3.6 補漿

噴射注漿作業(yè)后，水份會很快向樁體的底部和四周滲透，外加漿液的析水性，會產(chǎn)生不同程度的收縮，造成樁頂標高降低，所以應(yīng)及時對樁頂以下0.5m范圍樁體進行復(fù)噴補漿。（圖3）

圖3 高壓旋噴樁施工工藝流程

4 施工效果

旋噴樁施工完成28d后對樁體進行檢測[7]，強度合格后恢復(fù)掌子面施工。掌子面開挖時，可以在開挖輪廓線周圍清晰地看到旋噴樁樁體，加固后的圍巖穩(wěn)定性大幅增加，未出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，隧道最終實現(xiàn)了安全順利貫通。隧道開挖過程中每天按規(guī)范要求進行洞內(nèi)沉降觀測，直至隧道貫通初支成環(huán)，加固段落累計最大下沉量129mm，最大收斂量為139mm，最大下沉速率12mm/d，最大收斂速率11mm/d，說明圍巖經(jīng)加固后自穩(wěn)能力大幅增加，變形處于可控狀態(tài)[8]。與加固前洞身變形以及相鄰的地形、地質(zhì)情況相似的錦洞隧道出口相比，隧道下沉和收斂量小了2～3倍。說明采用高壓旋噴樁對淺埋隧道加固可以提高圍巖的穩(wěn)定性，減少開挖過程中對洞身的壓力，確保了隧道開挖過程中的安全和初期支護的穩(wěn)定。（表1）

表1 旋噴樁加固段落圍巖監(jiān)控量測數(shù)據(jù)

5 質(zhì)量控制要點

根據(jù)設(shè)計要求和現(xiàn)場的施工情況，需要做好以下幾方面保證旋噴樁的施工質(zhì)量。

在實際施工前進行成樁工藝性試驗，確定加固料摻入比、注漿量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度等工藝參數(shù)，檢驗成樁效果。對隧道輪廓線兩側(cè)的長樁根據(jù)不同地質(zhì)條件分段確定噴射參數(shù)，確保成樁效果保持均勻。

現(xiàn)場埋好標高控制點，施工時根據(jù)控制點標高及時修正場地及機架標高，確保樁頂、樁底標高準確。

要對鋪設(shè)枕木處進行場地平整處理，并確保枕木在同一平面，并采用水平尺對機架進行水平校對，保證樁體垂直度符合設(shè)計要求（不大于1.0%）。

噴射注漿前應(yīng)對高壓設(shè)備和管路系統(tǒng)進行檢測，核實管路是否密封良好和暢通。

通過現(xiàn)場試樁情況確定最終漿液水灰比、漿液比重、每米樁體摻入水泥重量等參數(shù)。施工現(xiàn)場應(yīng)每天測量漿液比重，通過比重計嚴格控制水泥用量。為確保漿液配比準確，可在攪拌桶及運灰車上均設(shè)置標記。噴漿前同時應(yīng)將灰漿攪拌均勻并進行過濾，在噴漿過程中對漿液保持振搗，以防止水泥沉淀影響成樁質(zhì)量。

旋噴管應(yīng)搭接處理分段提升作業(yè)，搭接長度≥0.1m。旋噴管提升至樁頂以下1m時，應(yīng)減慢旋噴提升速度，提升速度控制在10cm/min左右，慢速提升至停噴面，提升結(jié)束后對樁頂和樁底復(fù)噴。

噴射注漿過程中，應(yīng)記錄好注漿流量、注漿泵壓力、空氣壓力等參數(shù)，檢查是否符合設(shè)計要求。

為防止噴射過程中漿液堵塞噴嘴，漿液宜隨制隨用，并進行嚴格過濾，旋噴過程中水泥漿液應(yīng)一直攪拌防止?jié){液沉淀。

為確保樁體連續(xù)、均勻，鉆機鉆桿應(yīng)保持勻速旋轉(zhuǎn)和提升；因故停噴后續(xù)噴時，應(yīng)保證噴射搭接長度≥0.5m。

6 結(jié)束語

高壓旋噴樁在藍鄉(xiāng)1號隧道進口洞口淺埋段施工完成后，洞口段土體得到了很好的加固，固結(jié)體形成了良好的應(yīng)力環(huán)，提高了洞身周邊圍巖的自穩(wěn)能力。開挖支護后的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)顯示，隧道的最大沉降量、最大收斂量、拱頂最大沉降速率、拱墻最大收斂速率均得到了有效控制，達到了預(yù)期效果。

高壓旋噴樁在隧道淺埋段落應(yīng)用可以有效提高圍巖自穩(wěn)能力[9]，提前進行加固可以減少施工時間，同時在地表加固施工組織相對簡單，可以節(jié)約一部分成本，在今后的隧道淺埋段落施工中有重要的借鑒意義。