水平旋喷桩在xxx隧道拱顶支护中的应用.doc

水平旋喷桩在xxx隧道拱顶支护中的应用刘娟 王海江摘要：介绍水平旋喷桩在xxx隧道拱顶支护工程中的应用，重点阐述水平旋喷桩加固机理、施工方案、施工工艺及施工要点。实践证明该施工方案是成功的，为今后进一步推广水平旋喷技术提供了经验。关键词：水平旋喷桩，隧道，支护，施工水平旋喷桩是近年来在垂直旋喷桩基础上发展起来的一种新工艺，工程应用实例并不多见，在隧道预支护中的应用就更少。水平旋喷桩在内蒙古酸刺沟隧道拱顶支护中的应用，成功解决了隧道在软塑-流塑状地层中施工的难题。现就工程实例进行介绍，以利该技术的推广运用。1工程概况xxx隧道位于内蒙古准，交通便利，水电通讯条件较好。由于其部分区域拱顶部处于第三纪风化泥岩与第四纪交接面，因滞留水侵蚀，呈软塑-流塑状，无稳定性，并引发上部第四纪土体塌陷，严重影响了隧道施工的正常运行。为解决这一问题，在此区域施工水平旋喷注浆工程，以使该隧道施工继续进行。2水文地质与工程地质xxx隧道所在位置的上覆地层为三叠系泥、砂岩和厚层风积黄土（含粉砂）。大气降水通过黄土层渗入地下后会沿三叠系泥、砂岩面很快排泄，但若三叠系泥、砂岩面形成凹陷区，则在这些区域的泥岩经水长期浸泡饱和后形成稳定性极差的软塑-流塑状地层，隧道断面处在这种地层中。3加固机理及特点水平旋喷桩是以高压泵为动力源,通过水平钻机钻杆、喷嘴把配制好的浆液喷射到土体内,喷射流以巨大的能量将一定范围内的土体射穿,并在喷嘴作缓慢旋转和进退的同时切割土体,强制土颗粒与浆液搅拌混合。待浆液凝固后,形成水平圆柱状水泥土固结体即水平旋喷桩,当旋喷桩相互咬合后,便以同心圆形式在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷帷幕体,起到防流砂、抗滑移、防渗透的作用。水平旋喷桩具有以下特点: 1） 可控性。水平旋喷桩的浆液局限在土体破坏范围内,浆液注入部位和范围可以控制,可通过调节注入参数(切削土体压力、固化材料注入速度与配比、注入量等) 获得满足设计要求的固结体。 2） 均匀性。喷射流在能量衰减前交汇,切削能量在碰撞点相互抵消,在比桩心到碰撞点距离大的地方, 射流无能力切削土体,加固体均匀程度好。3） 成本低、效率高。由于限定注入范围,注入量大幅减少,水泥用量仅为100150 kg/m , 施工速度比大管棚或深孔注浆提高23 倍。4） 具有提高复合土体强度、防渗、抗滑、预支撑等多重效果。 4施工方案拟在这些区域采用水平旋喷桩形成隔水（泥）帷幕，以阻隔或减弱涌水、涌泥，使掘进得以继续进行。1）旋喷桩设计。沿隧道断面拱顶部分等距放射状布设，以桩径600计算，为保证旋喷桩循环衔接处拱顶形成防水帷幕，根据现场条件，第一循环段处理6m，插入角17，以后每循环段处理12m，插入角5。桩位排布根据地层情况施工时可进行适当调整。具体设计见图1。2）技术参数。施工参数：压力大于20MPa，提升速度小于或等于25cm/min，旋转速度小于或等于25r/min；喷嘴个数及直径：双喷嘴2.3-2.5mm。3）浆液配比。水泥选用PO32.5R水泥，水灰比0.8：11：1。根据现场情况可加入水泥重量0.3%的工业Nacl或0.03%的NR3早强剂。图1 旋喷桩横断面图5施工工艺及施工要点5.1施工工艺1）孔口采取阻尼保浆装置，返浆由导浆管溢出；2）钻孔至设计深度后，先只做原地旋喷，待返浆由导浆管流出后方可开始提升；3）间隔搭接长度不小于200mm；4）全孔双喷嘴施工，因故中途喷嘴堵塞时立即停喷、提钻，处理后方可继续施工；5）施工采取间隔跳跃式施工，应保证隔两钻孔施工。5.2施工工艺流程图见图2。 测放孔位施工准备旋喷钻机就位，调整方位、角度钻孔制浆拌合添加物旋喷作业封堵孔口清理，移至下一孔 图2 施工工艺流程图5.3施工准备1）平整场地，水、电、喷浆材料准备；2） 钻场平整，有条件时铺设钻机导轨；3）规划施工现场排水、排浆方式。5.4钻孔旋喷机就位1）旋喷钻机上轨道后，左右移动将轨道压实，并调整钻机保持水平；2）按照孔位设计要求，依水平比（方位角正切值）、垂直比（仰角正切值）定位； 3） 钻机就位后用轨道卡轨器卡紧，相关撑杆，拉杆固定好。5.5钻孔1）钻进顶推力控制在3KN左右；2）接钻杆时检查是否有异物，接好封闭圈；3）钻孔过程中可采用低压，低流量清水从喷嘴流出，冷却钻头并防止砂粒进入钻头；4）注意测量钻进深度，达到深度时停止钻进。5.6制备单液浆按照比例（1：1）配置喷射浆液，保持浆液混合均匀，防止沉淀。5.7旋喷作业1）钻头钻进至设计深度时开始旋喷，旋转半分钟后开始后退，旋转速度控制在2025r/min；2）旋转前1m时，后退速度控制在2022cm/min，以后保持在2025r/min； 3）卸管时动作要快，先停止后退，停止送浆后尽快卸、接管，恢复给浆后先旋转数圈再后退；4） 封堵孔口：喷头退至离孔口1.51m时停止旋喷，至无清浆外流后退出孔口开始封孔，孔口用木塞封堵防止浆液外流；5） 冲洗管路机具，保持设备清洁。6结语水平旋喷桩在我国应用和研究起步较晚,目前大多数还处于试验阶段,在施工方法、数值模型、理论研究和机械选型配套方面还有大量工作要做。随着我国地下工程的发展,水平旋喷桩的