水平旋喷超前预支护加固技术在隧道施工中的应用

■叶振北 ■贵州建工集团第四建筑工程有限责任公司，贵州 贵阳 550004

1 概述

根据地质勘察报告，某隧道工程存在不良地质地段，该段地质情况为:围岩为强风化石英岩，岩体破碎，节理裂隙发育，有泥质充填，呈碎块状结构—散体状结构，有渗水，易坍塌，经反复综合论证，确定采用水平旋喷超前预支护后再以CRD 法开挖施工。

2 水平旋喷预支护加固机理

水平旋支护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高压喷射到土体内，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。当旋喷柱体环向相互咬合后，便在隧道开挖轮廓线外形成拱形预支护棚，起到了防流沙、抗滑移防渗透的作用，保证了隧道掘进的安全。水平旋喷预支护具有以下特点。

2.1 可控性好

水平旋喷的浆液局限在土体破坏的范围内，浆液的注入部位和范围是可以控制的，可通过调节注入参数(切削土体压力，固化材料的注入速度，配比，注入量等)获得满足设计要求的固结体。

2.2 对周围土体扰动小

喷射流在能量衰减前使其射流交汇，在碰撞点切削能量相互抵消，碰撞点以外的地方射流已无能力切削土体，加固体均匀程度好，对周围土体扰动小。

2.3 成本较低、效率较高

由于限定注入范围，相对注入量大幅减少，成本较帷幕注浆低;同时钻进、搅拌、注浆工艺连续，施工效率高。

2.4 效果好

同时具有提高复合土体强度、防渗、抗滑、预支撑等多种性能，发挥作用快且成效显著。

3 水平旋喷预支护加固方案

根据该工程的实际情况，确定旋喷加固体的直径为500mm，孔深XXm，环向间距在开孔处为0.35m，终孔处0.4m，外插角3°～5°，相邻旋喷加固体咬合厚度大于10cm;同时，为确保施工安全，旋喷预支护施工完成，待水泥固结体达到50%的强度再进行隧道开挖。

4 水平旋喷预支护施工

4.1 施工参数

钻杆每节3m 长、外径50mm，旋喷钻头外径90mm;钻杆钻进速度0.25～1.35m/min;钻杆(轴)转速70～120r/min;水泥浆配合比mC:mW=1:0.8;旋喷压力20～25MPa。

4.2 施工工艺流程

(1)封闭掌子面。水平旋喷施工前先喷射20cm 厚混凝土封闭掌子面，防止掌子面坍塌和涌砂、流泥。

(2)测放桩位。在掌子面上将孔位准确地测放出来，并标示清楚，便于钻机就位，减小定位误差

(3)安装工作平台。工作平台具备升降功能，其上还安装轨道，便于钻机升降平移。

(4)钻机就位。钻机安放稳固，对正孔位并调整好钻杆角度。

(5)浆液制备。浆液用高速搅拌机搅制，拌制浆液必须连续均匀，搅拌时间不小于3 分钟，随伴随用，一次搅拌使用时间控制在2h 以内，且必须在初凝前用完;在制浆过程中随时测量浆液比重，每孔施工结束后统计该孔的材料用量。

(6)钻进、送浆、搅拌。边钻进、边压送水泥浆、边搅拌控制好钻进速度、浆液压力和送浆量;开孔之初应观察孔口的水泥土浆体是否已得到充分搅拌以此来调整钻进速度;开孔时慢进，待钻至lm 左右深度时再按设计钻速施工。

(7)退钻、送浆、重复搅拌。一边向外退钻，一边送浆，一边再重复搅拌，使水泥和土颗粒混合均匀;当浆液从喷嘴喷出并达到设计压力后开始旋喷，前端原地旋喷时间不少于30s。

(8)封口成桩。当旋喷至孔口时停止，立即推出钻杆，用棉纱堵塞孔口。

(9)按先周边后工作面的顺序进行钻孔和旋喷施工，孔位从下到上，左右交替进行，采用隔孔施工，跳跃式成桩。钻机移到下孔位开钻前，核查相邻桩的成桩时间，后施工的桩必须在相邻桩成桩时间超过初凝时间后且达到一定强度时才能开钻，确保相邻桩相互咬合

5 工法要点

5.1 精度控制

施工时应注意水平旋喷桩体的空间分布，水平方向上应注意钻进过程保持钻杆给进一致，以免造成窜桩无法钻进或旋喷等现象。

5.2 旋喷的整体稳定性控制

通过保证旋喷预支护成桩施工过程中浆液质量、水泥用最、压浆过程中的连续性、喷浆进退速度和复喷次数，确保旋喷桩的桩体强度和承载力;同时，通过隔孔施工、跳跃式成桩，控制相邻桩施工时机、咬合质量等措施，提高水平旋喷桩的整体稳定性。

5.3 控制孔口溢流

孔口溢流是水平旋喷桩施工的关键部分，与竖直旋喷不同，水平旋喷施工时往往具有一定的上倾角度，若不控制好孔口的返浆溢流则会造成无法成桩或成桩失败等现象。孔口的返浆溢流不应过大，溢流过大，孔内浆液无法充分填充旋喷所产生的孔洞部分，造成桩体有空洞的现象，桩体达不到强度要求;溢流过小，则又会使得孔内压力过大，造成周边土体变形等不良现象。因此，施工时须结合现场实际情况选用合理的止浆措施。

5.4 加强监测

采用信息化施工，成立专门的监测小组，及时测量各项数据，分析并指导施工，确保施工方法的科学可靠及施工过程中的安全，对施工中的断桩、漏桩、施工中引起的沉降、变形等随时监测，发现问题及时补救。

6 旋喷加固效果

采用水平旋喷预支护加固后，固结体周围土体得到了挤压和加固，土体孔隙比减小，抗渗能力得到提高;经现场测试，桩间咬合率达85%，固结体的强度接近C10 素混凝土，固结体弹性模量提高700 多倍，形成了较好的拱壳支护，保证了掘进安全。

［1］建筑桩基技木规范.JGJ94-94.

［2］公路桥涵施工技术规范.JTJ041-2000.