旋喷桩在隧道施工中的应用分析

刘前桂　李小龙

（中交四航局第一工程有限公司广东广州　510000）

旋喷桩在隧道施工中的应用分析

刘前桂李小龙

（中交四航局第一工程有限公司广东广州510000）

当前，在隧道施工中，旋喷桩技术得到了十分广泛的应用，其具有施工简单方便、加固效果优良等特点。本文即首先概述了水平旋喷桩技术应用优势，其后就具体的工程案例，探讨了旋喷桩施工技术，以期为隧道超前加固提供一定的参考。

旋喷桩；隧道施工；应用

引言

在隧道施工过程中，常用的超前加固方法主要有以下几种：超前小导管，超前小导管不属于旋喷桩施工的内容、冻结法、大管棚以及水平旋喷桩。其中，旋喷桩法与其他方法相比，具有强度高、可控性好及简单经济等优点，目前在热力管道、公路隧道等地下工程中得到了广泛的应用。

1　水平旋喷桩技术应用优势概述

在隧道施工中，超前支护处理得好，不仅能保证隧道在建设施工中的各项安全，而且具有较好的经济效益。其中，水平旋喷桩技术是在水平钻孔内以高压旋喷的方式压注水泥浆，在隧道开挖外轮廓形成拱形预衬砌，以防护掌子面和地表下沉的超前支护方法。水平旋喷桩预支护的特点主要为：①强度高：在高压旋喷的过程中，能够使得岩体和水泥浆充分的混合，形成一种类似于砂浆的固结体，在含砂地层中其强度要高于水泥浆固结体；②均匀性：在旋喷桩成桩的过程中，高压水泥浆喷射流，能够直接将大块岩体破碎，形成均匀混合体；③可控性：水平旋喷浆液的注入部位与范围均处于可控状态，通过调节注入参数（如：切削岩体压力、固化材料注入速度以及配比、注入量等），可得到达到设计要求的固结体；④简易性：施工中不需要使用大型设备，施工工艺简单，操作方便；⑤经济性：水平旋喷桩施工的费用相对较低，由于其浆液注入范围可控，相对注入量大幅减少，成本也就相对减少费用低。下文即具体分析了水平旋喷桩施工技术在某隧道工程中的应用。

2　实例分析旋喷桩在隧道施工中的应用

2.1工程概况

某隧道工程原设计在隧道GDK25+L86～+120洞内拱坝采用双排水平旋喷桩超前加固，在旋喷桩中插入φ108大管棚，并且采用上半断面注浆超前注浆，采用水泥—水玻璃双液浆；地面采用降水外对地表进行适当降水。暗挖隧道的围岩等级均为Ⅵ级圈岩，采用CD法施工。

2.2地质分析及其设计变更

2.2.1地质分析

（1）对隧道过东部快速路右线隧道（GDK25J-180～+120）段进行地质补勘工作，揭示地层情况为：GDK25+133～+120段地层自上而下为素填土，杂色，厚约3.8～4.3m；淤泥质粉质粘上，灰黑色，流塑，厚0.7～4.9m；中砂，灰色为主，饱和，松散-稍密，厚2.5～ 11.8m。下伏基岩为泥质粉砂岩，其中洞身拱部范围为中砂，饱和，松散一稍密，厚2.2～3.1m，下断面为全、强～弱风化泥质粉砂岩。

（2）隧道下穿东部快速干线，洞身上断面均有中砂层分布，隧道开挖时，容易对中砂层产生扰动，砂随地下水流失，从而使上部形成空洞，造成路面沉降和塌陷，隧道施工时，必须对中砂层进行固化和止水处理，保证既有道路和隧道施工安全。

（3）隧道施工过程中地下水渗流会增大洞身出水量，甚至涌水、坍塌，应采取有效的止水措施，防止涌水涌砂引起坍塌事故，进而影响道路及行车安全。

（4）根据广东珠三角城际轨道交通有限公司《研究莞惠GZH-5标GDK25+200～+080暗挖隧道帷幕注浆加固工作会议纪要》[2014]（29）要求，由于东部快速路交通流量较大，为避免封闭道路而影响到东部，快速路车辆正常行驶，同意现场增设两车道的应急车道，以保证东部快速路正常运营。

2.2.2处理方案

（1）在右线隧道下穿东部快速干线范围洞内水平旋喷桩循环搭接段对应的地表GDK25+123处增设两排竖向旋喷桩进行端头封堵加固止水。

（2）在原东部快速干线右幅路面旁增设两车道行车道以确保道路行车安全。

（3）洞内初支、二衬及施工方法按照原设计进行。

2.3旋喷桩施工

2.3.1施工布置

由于隧道穿越富水砂层，且有地下水源补给，开挖过程中出现涌水涌砂现象，给隧道施工及及地面交通安全带来很大的安全风险，故在水平旋喷桩循环里程前来施做地表竖向旋喷桩，施做里程为：GDK25+123；竖向施做范围：隧道拱顶以上2m至隧道拱腰；水平施做范围：隧道开挖轮廓外2.116m，竖向旋喷桩为2排。

2.3.2旋喷桩参数

直径500mm，间距400mm，咬合100mm；旋喷桩采用双重管旋喷，采用42.5号普通硅酸盐水泥，水泥浆液的水灰比1.0～1.5，高压水泥浆射流的压力大干20MPa（一般取25～30MPa），气流压力宜大于0.7MPa，提升速度可取10～25cm/min，要求加固后土体的28d无侧限抗压强度qu≥1.0MPa。图1即为旋喷桩大样图。

2.3.3施工流程

图1　旋喷桩大样图（1：25）

旋喷桩施工过程中一般先用钻机引孔，用高压泵（一般为25MPa）将水泥浆液通过特殊注浆管端头的喷嘴，以高速喷入土层，喷嘴在喷浆液时，一面缓慢旋转（10r/min），一面徐徐提升（建议取10～15cm/min），高压喷出的浆液不断切削土层，并使强制切削下来的土体与浆液充分混合，最后在喷射力的有效射程范围内形成一个混合物圆形凝柱体，本项目使用的二重管法。即：同时压入水泥浆和压缩空气，使用钢管（直径根据现场实际情况选择）为注浆管，喷射流为浆液，以25MPa（建议值）压力从喷嘴中喷出，直接冲击切削土体，达到水泥浆置换土体颗粒，满足设计要求。

2.3.4施工方法

施工时首先用钻机引机，再用旋喷机喷射，即先把浆液管下到预定加固范围最深点，然后自下而上进行高压喷射注浆切割土体，将开孔和灌注桩体同时进行，一次成桩，其工作步骤为：

（1）钻机就位：钻机需平置于牢固坚实的地方，钻杆对准孔位中心，偏差不超过5cm。

（2）钻机下管：钻孔的目的是将注浆管顺利置入预定位置，在下管过程中，需防止管外泥砂或管内水泥浆小块堵塞喷嘴，可用胶带封死喷头，当注浆喷头下到预定位置（预定加固范围最深点），按照顺序往管内输送高压浆液和压缩空气，胶带将自动崩开。

（3）制浆：根据不同地层选取不同注浆材料，本项目旋喷桩止水帷幕注浆材料采用普通硅酸盐水泥（42.5#），水泥浆液的水灰比为1.0～1.5。

（4）试管：当注浆管置入土层预定深度后应用清水试压，若注浆设备和高压管路安全正常，则可搅拌制作水泥浆开始高压注浆作业。

（5）高压注浆作业：高压射浆自下而上连续进行，注意检查浆液初凝时间、注浆流量、压力、旋转和提升速度等参数.应符合操作规程要求，若其它参数不变，提高喷射压力即射流能量大，加固范围则相应增大，效果好；若提升速度和旋转速度适当降低，也可以增大加固半径，在射浆过程中参数可随土质不同改变，若参数不变，刚容易造成材料浪费或降低旋喷效果。

（6）喷浆结束与拔管：喷浆由下而上至设计高度后，拔出喷浆管，喷浆即告结束，把浆液填入注浆孔中，多余的清除掉，但需防止浆液凝固时产生收缩的影响，拔管要及时，切不可久留孔中，否则浆液凝固后将难以拔出。

（7）注浆设备清洗：当喷浆结束后，立即清洗高压泵，输浆管路、注浆管及喷头。

2.4旋喷桩质量控制

2.4.1保证项目

旋喷桩使用的水泥品种，标号，水泥浆的水灰比符合设计要求。

检验方法：检查出厂证明、合格证、试验报告。

2.4.2基本项目

高压旋喷桩桩体深度、直径、桩体强度和渗透系数等符合设计要求。

检验方法：钻孔取样检验和标准贯入试验，开挖检查，冒浆试块试验，取施工过程中冒浆体试验其物理性能，作为判断强度参数，所取冒浆体应选取喷射后期的即水泥与土混合状态接近地下实际混合状态的冒浆体。检查桩体均匀性，可采取钻孔取芯的方法，该方法也可用来检验桩体的抗压强度。

2.4.3允许偏差

旋喷桩的允许偏差和检验方法应符合表1的规定。

表1　旋喷桩的允许偏差和检验方法

3　结语

综上所述，水平旋喷桩施工技术具有强度高、均匀、可控、简易、经济等优势。通过上述实践可得，在富水砂层暗挖隧道施工中应用水平旋喷桩施工工艺能有效防止隧道涌沙、涌水事故的发生，且洞内止水效果良好。

[1]侯杰，张宏图.水平旋喷桩优化施工技术在青岛地铁隧道中的应用[J].价值工程，2013（4）：81～82.

[2]申见红，王海军.水平旋喷桩在隧道预支护施工中的应用[J].山西建筑，2009（15）：45～46.

[3]雷庭.水平旋喷桩施工技术在暗挖隧道下穿既有城铁车站工程中的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2013（13）：76～77.

U455

A

1673-0038（2015）03-0154-02

2014-12-26

刘前桂（1986-），女，助理工程师，本科，主要从事计划合同方面的工作。

李小龙（1984-），男，助理工程师，本科，主要从事工程方面的工作。