隧道旋噴注漿預(yù)加固施工技術(shù)
2015-06-03
1 引言
在特殊地質(zhì)、軟弱圍巖隧道施工中，易出現(xiàn)溜塌、滑塌、地表沉陷等現(xiàn)象，這樣不但影響施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度，還會(huì)加大施工成本，如果加固措施不到位還會(huì)影響到隧道投入使用后的運(yùn)營(yíng)安全。因此，特殊地質(zhì)、軟弱圍巖隧道施工中加固技術(shù)非常重要，不僅可以提高圍巖穩(wěn)定性，還可以保證施工過程中的施工安全。預(yù)加固技術(shù)原理是利用高壓旋噴注漿加固軟弱地層，沿拱部外緣施做相互咬合的旋噴柱體，前后循環(huán)相互搭接形成拱棚，在它的保護(hù)下安全、高效地進(jìn)行開挖作業(yè)。
2 預(yù)加固法原理
預(yù)加固法的施工理念源自“軟巖隧道重在加固”。首先采用大直徑深孔在隧道輪廓以外引水，然后通過施做玻纖錨桿來預(yù)加固掌子面，通過利用水平旋噴臺(tái)車沿隧道周邊施做水平旋噴樁來代替國(guó)內(nèi)的超前大管棚和小導(dǎo)管進(jìn)行斷面預(yù)加固，開挖、支護(hù)、二次襯砌全部采用機(jī)械化作業(yè)，機(jī)械化程度高、設(shè)備配套完善，提高了功效，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。
施工過程使用PST—60鉆機(jī)鉆孔，鉆到設(shè)計(jì)深度后，回撤鉆桿，通過高壓泵以大于35Mpa的壓力把配制好的漿液噴射到砂土內(nèi)，噴射時(shí)待漿液將一定范圍內(nèi)的砂體稀釋，并在噴嘴作緩慢旋轉(zhuǎn)和進(jìn)退的同時(shí)切割砂土體，使砂顆粒與漿液充分混合，待漿液凝固后，形成水平圓柱狀水泥砂土固結(jié)體，即成水平旋噴樁。水平旋噴樁可以提高砂土體的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)特性，當(dāng)旋噴樁相互咬合后，便以同心圓形式在隧道拱頂及周邊形成封閉的水平旋噴帷幕體，起到防坍塌、防滑塌和防止因隧道開挖而引起地表沉降的作用，可保證隧道安全掘進(jìn)。
3 預(yù)加固法設(shè)備
預(yù)加固法施工的主要機(jī)械有PST—60水平旋噴鉆機(jī)、SM—14鉆機(jī)和高壓泵站兩大部分。
3.1 PST—60水平旋噴機(jī)
PST—60水平旋噴機(jī)是有意大利土力公司自行研發(fā)制造，采用履帶式地盤、全液壓傳動(dòng)并設(shè)有操作室的搖臂鉆機(jī)，可以根據(jù)工程性質(zhì)和作業(yè)環(huán)境的不同方便地調(diào)換部件，能滿足大扭矩和長(zhǎng)行程的施工要求。PST—60水平旋噴機(jī)配有深度和精度測(cè)定儀，可隨時(shí)測(cè)出鉆進(jìn)深度和鉆孔垂直度，保證鉆進(jìn)的精確、靈敏度。鉆進(jìn)時(shí)最大鉆孔角度可達(dá)20°，左右回旋最大角度為120°。
3.2 高壓泵站
高壓泵站是旋噴注漿形成帷幕進(jìn)行超前預(yù)加固的關(guān)鍵設(shè)備。泵的壓力與流量直接影響旋噴樁長(zhǎng)度、直徑的大小和強(qiáng)度。高壓泵的重要性能除壓力外，再就是流量的控制。PST—60鉆機(jī)的高壓泵站能滿足壓力、流量的調(diào)節(jié)要求。
4 預(yù)加固施工方法
4.1 預(yù)加固施工順序
（1）隧道掌子面掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片，使用C20混凝土封閉掌子面。
?。?）掌子面中部施鉆泄水孔（由上至下）。
?。?）隧道周邊施做旋噴加固孔，旋噴結(jié)束后及時(shí)頂入大管棚，采用跳孔施工。
?。?）隧道周邊是施做排水孔。
?。?）掌子面施做玻纖錨桿孔，隔排跳孔施工。
4.2 預(yù)加固法施工相關(guān)參數(shù)
?。?）為了防止在高壓旋噴過程中因噴射壓力過大引起掌子面坍塌，在掌子面施鉆泄水孔和泄壓孔，長(zhǎng)度為11m，孔徑60mm，成孔后下入PVC濾水管泄水。
?。?）使用PST—60水平旋噴機(jī)進(jìn)行引孔旋噴加固，每循環(huán)加固范圍為15m，開挖10m為宜。旋噴樁沿隧道開挖輪廓線環(huán)向布置。施工參數(shù)：樁徑600mm，樁長(zhǎng)15m，相鄰兩根樁的角度為5°～10°，旋噴壓力為40Mpa，轉(zhuǎn)速為10r/min，水泥漿流量為250L/min，后退速度為1cm/s，采用1:1普通水泥漿液，漿液在洞外泵站配置，采用管道輸入。
?。?）在隧道輪廓線外設(shè)環(huán)向真空深孔降水孔，深度為40m，孔徑60mm。
?。?）掌子面加固采用套管跟進(jìn)方式施做玻璃纖維錨桿，長(zhǎng)度為11m，梅花形布置，孔間距1.5m，數(shù)量45～55根，孔內(nèi)壓注1:1普通水泥漿液，端頭采用旋噴2m增加錨固強(qiáng)度。
4.3 高壓旋噴施工工藝
4.3.1施工前準(zhǔn)備工作
?。?）檢查鉆機(jī)、高壓注漿運(yùn)行是否正常，其它配套設(shè)備是否齊全。
?。?）掛設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土封閉掌子面，在掌子面測(cè)量標(biāo)出隧道開挖輪廓線，測(cè)量放線定樁位，并編號(hào)每個(gè)樁號(hào)，以便于施工資料記錄。
?。?）挖設(shè)排水溝和漿液沉淀坑，廢水和溢漿通過排水溝流入沉淀坑后外運(yùn)，以免出現(xiàn)侵泡拱腳和污染施工現(xiàn)場(chǎng)。
4.3.2水平旋噴機(jī)就位
隧道水平旋噴樁施工一般自拱腳開始，PST—60水平旋噴機(jī)就位時(shí)機(jī)座要平穩(wěn)，然后調(diào)整鉆機(jī)角度、方位，對(duì)準(zhǔn)孔位，孔位誤差控制在±20mm,傾角誤差一般不得大于1°。
4.3.3水泥漿液配制
水平旋噴樁采取單液漿旋噴，水泥漿液配比為1:1，水泥可采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥。根據(jù)地質(zhì)情況，水泥漿液可以適當(dāng)調(diào)整配比進(jìn)行優(yōu)化。漿液在洞外高壓泵站處配制，經(jīng)高壓泵站通過輸送管送至掌子面處。
4.3.4水平旋噴機(jī)鉆進(jìn)
PST—60水平旋噴機(jī)按照測(cè)量定位的樁位孔采用專用鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。先調(diào)整鉆機(jī)對(duì)準(zhǔn)孔位，將導(dǎo)向鉆頭送入孔內(nèi)，鉆桿通過導(dǎo)軌定向，鉆進(jìn)時(shí)采用高壓水輔助，鉆頭前端有水眼，鉆進(jìn)時(shí)高壓噴射，切割鉆孔周圍砂土，起到輔助鉆進(jìn)作用。每鉆進(jìn)5m要測(cè)一次傾斜度并做好記錄，每次傾斜角度偏差不超過1%。如果鉆進(jìn)過程中角度符合要求，鉆機(jī)則勻速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，鉆桿軌跡一般是平直的；如果鉆進(jìn)過程中角度出現(xiàn)偏差，鉆機(jī)會(huì)非勻速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，此時(shí)鉆桿軌跡會(huì)出現(xiàn)偏移。如發(fā)現(xiàn)偏斜角度超過1%要及時(shí)糾正，直到鉆至設(shè)計(jì)深度。
4.3.5高壓旋噴成樁
（1）PST—60水平旋噴機(jī)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，先退出鉆桿，再將帶有噴嘴、調(diào)試好壓力的鉆桿下至設(shè)計(jì)噴射深度，調(diào)整噴嘴位置，開進(jìn)行水平旋噴作業(yè)。當(dāng)漿液流出孔口后，按照設(shè)計(jì)的提升速度、旋轉(zhuǎn)速度，自內(nèi)向外開始進(jìn)行噴射、旋轉(zhuǎn)、提升，一直到設(shè)計(jì)的終止位置停止水平旋噴，將鋼管連續(xù)推入孔內(nèi)并注漿填滿為止。此時(shí)退出噴射管跟換鉆孔鉆頭進(jìn)行下一個(gè)孔施工。
?。?）當(dāng)施工中遇到圍巖較好的地質(zhì)情況時(shí)，旋噴是固結(jié)體尺寸可減小，可適當(dāng)提高噴射壓力、泵送量或降低回轉(zhuǎn)與提升速度及采取復(fù)噴攪拌措施，可先噴1～2遍清水，再噴1～2遍水泥漿。在旋噴時(shí)隨時(shí)觀察記錄注漿壓力表，如果發(fā)現(xiàn)壓力降低，應(yīng)立即停止旋噴，檢查原因，待壓力升起后可繼續(xù)旋噴。
?。?）為了保證水平旋噴樁質(zhì)量，旋噴過程必須連續(xù)，防止出現(xiàn)斷樁、縮樁及堵嘴現(xiàn)象。水平旋噴的速度及壓力直接決定了樁的質(zhì)量，壓力和速度控制合適后，可以使切割的砂土體與漿液充分混合，形成均勻的水平柱狀水泥砂土固結(jié)體，即水平旋噴樁。水平旋噴樁不僅可以起到加固支撐作用，還可對(duì)后續(xù)開挖施工提供安全保障。
?。?）水平旋噴樁成樁時(shí)，噴漿至孔口掌子面1m距離段必須做好封孔工作，孔口的止?jié){裝置一般為大球閥。當(dāng)施工完畢一根水平旋噴樁后應(yīng)及時(shí)用清水高壓沖洗管道及設(shè)備，確保管內(nèi)不留漿液，清洗完畢后進(jìn)行下一個(gè)樁位施工。因?yàn)闈{液初凝需要時(shí)間，所以應(yīng)該間隔施做，間隔2～3個(gè)樁位為宜。
?。?）如果水平旋噴樁施做過程中遇到其它因素停噴后，重新恢復(fù)施工前，應(yīng)先將噴頭前移30cm，采取重疊搭接噴射處理后，再繼續(xù)后退及噴射注漿，并記錄好中斷深度和時(shí)間。如果停機(jī)超過2h時(shí)，應(yīng)對(duì)泵體輸漿管進(jìn)行清水高壓沖洗管道后方可繼續(xù)施工。
5 結(jié)束語
水平旋噴樁作為超前預(yù)加固措施效果較好，可在特殊地質(zhì)、軟弱圍巖的隧道周邊形成帷幕體，可承受部分地層壓力，保持砂土軟巖在開挖后的穩(wěn)定，在帷幕體的保護(hù)下，隧道開挖能夠安全地通過軟弱圍巖的地層，有效地控制拱頂滑塌或坍塌、地表沉降，確保地表管線、建筑物、道路交通安全。
