旋喷桩在重庆主排水隧道施工中的运用

重庆城建控股（集团）有限责任公司 重庆 400016

正文：

前言：旋喷加固支护的技术是利用带有喷嘴的钻机将注浆管钻进至需要加固的土层位置后，用高压设备使浆液或水波璃以20～70Mpa的高压射流从喷嘴中喷射进入到喷嘴周边土体，同时将钻杆向上提升，浆液与土颗粒通过高压进行搅拌混合 ，并通过物理、化学变化形成不同形状的胶结体，以达到防渗和加固土体的目的。隧道旋喷桩预加固机理是在隧道洞顶开挖面上方，合理布置钻孔间距，钻井施工，钻孔深度达到设计长度，高压泵输送高压泥浆，钻头旋转，同时提升，从钻头喷嘴，使泥浆，高速射流切割在沙子下，土壤的混合浆的射流作用下混合，最后转化为喷射注浆缸，环之间的联锁相邻气缸，形成在开挖表面完整性更好的旋转喷雾列，由于高压射流在混凝土周围具有挤压和渗透作用，砂土、土体周围固结的物理力学性能得到明显改善。

1 工程概况

主城排水隧道的断面为3.0m×3.0m，进出口段均通过沿江公路回填土层，该段沿江公路属回填路基，回填填料级配较差 ，回填物杂乱而且松散，填筑压实度低，地质情况极不稳定，进出口段在近期发生多次垮塌。尤其在掘进至出口段K14+393时 ，隧道顶部突然发生大面积垮塌，隧道顶部覆盖层全部垮空并出现冒顶，冒顶范围为K14+392～K14+386。经调查发现φ500自来水管和φ325天然气管道正好位于塌方区内，且由于土方段回填不密实，导致洞顶路面、及附近结构物都出现明显裂纹，路面沉降值较大，隧道的垮塌已经对隧道上部道路及构建筑物的安全造成严重威胁。

2 成因分析

隧道沿江边公路正下方而建，该段公路施工时是采用的路肩墙，路基范围内均是采用的回填方式，但是该段沿江公路回填 质量较差，回填料不符合要求，杂乱而且松散，地质情况极不稳定，施工过程中扰动了回填土，这部份土体整体性差，基本无 自承能力，在开挖区周边无法形成稳定的承载环，开挖中应力释放形成失稳状态，导致开挖隧道时垮塌严重。

3 固结支护方案

加固软土地基主要是利用钻机钻至需要加固的设计地层后，采用高压泥浆泵，通过安装在钻头处的特殊喷嘴，让钻头边旋转边提升，喷嘴将高压喷射水泥浆液喷向四周土体，边旋转边冲击浆液与土体进行搅拉起混合，使周边破坏的土体跟水泥浆液混合而形成柱状的固结体。根据该段路基不同的地质情况和隧道冒项对己施工段及后期施工段的不同情况分别采用以下方案：加固K14+396～K14+393已支护段的方案：该段已经进行了初次衬砌，根据该段发生垮塌的情况，其拱顶回填不密实，通过地面压浆方式对顶部回填不密实区进行固结，设置注浆孔共计5个。对K14+393～K14+383垮塌加强段的固结方案：1）布置孔径φ110，间距为@0.8m×0.8m梅花形，每排布7根，其中隧道两侧及轴线位置为旋喷桩，K14+393由于是本次垮塌起点部位，该排7根全部设为旋喷桩，其余为注浆孔；2）对两侧壁边孔采用旋喷桩施工，形成φ500～600mm的素砼桩墙加固隧道两侧，桩长原则上为自隧道底标高以下1.5m（若遇岩石，钻孔至岩面线起算）至顶标高以上1.0～1.5m，悬喷长度约7.5-8m；轴线位置的旋喷桩桩长为顶标高极其以上3m范围。旋喷桩顶部以上部分空孔采用C10细石混凝土充填。 3）施工顺序：先进行钻孔作业，至旋喷桩顶位置，开始进行旋喷桩施工，最后进行空孔充填施工。对K14+383-K14+332和 K14+160-K14+210土方加固段的固结方案：除钻孔间距变为@0.8m×1.2m，其余均同K14+393～K14+383段。隧道上部旁边 有一栋3层的办公楼，在靠近办公楼的隧道外侧纵向10m范围（共计9根）内按间距1.2m增设一排旋喷桩，桩长同侧壁旋喷桩 ，桩径φ500～600mm对其进行加固。布孔原则：按照平面图进行钻孔放线，如遇管线及构筑物不便施工时，现场作适当调整 。

4 施工方法与工艺

4.1 旋喷桩施工

1）工艺流程：钻机就位调整钻机角度钻孔插管试喷高压喷射注浆喷射结束拔管泥浆排放处理

2）技术措施：本工程采用单管旋喷注浆法施工，要点如下：因施工地质为杂填土，极易被水泡和扰动垮蹋，因此在成孔时 采用ZT-100钻机使用硬质合金钻头钻进成孔，严格控制冷却循环用水水量，并低速钻进，同时注意钻孔的垂直度，防止偏差 过大，钻孔位置与设计位置的偏差不得大于50mm，旋喷管的倾斜度控制在1.5%以内。浆液配制：旋喷桩采用纯水泥浆，配比 为C/W=1：0.8，严格加水配料，控制浆液浓度，并搅拌均匀。喷射注浆技术参数：压力20Mpa，转速：20转/分，提速 200～250mm/分，流量70～120L/分，注浆管外径φ42mm。

3）旋喷施工要点：严格控制桩位、桩身长度及桩顶桩底位置；喷前仔细检查高压设备和管路系统，其压力、流量是否满足要求，注浆管及喷嘴内的杂物必须清理干净，接头密封良好；在插管和喷身过程中，当喷管插入预定深度后由下而上进行喷射作业，技术人员认真检查浆液初凝时间、压力、旋转提升速度、注浆流量等参数是否符合设计要求，并随时做好记录。注意防 止喷管被堵，拆安注浆管时动作要快；喷射时严格保证旋转和提升的连续性，拆卸钻杆继续旋喷时注意钻杆搭接的长度最少不低于0.2m。在喷射注浆过程中，随时观察冒浆情况，以及土层情况，分析喷射注浆效果和喷射参数是否合理。当冒浆量超过注浆20%或完全不冒浆时应查明原因并采取相应措施，若填方段有较大空隙引起不冒浆，在浆液中掺和适量速凝剂或增大注浆量；如冒浆过大可减少注浆量或加快提升速度和回转速度。喷射注浆作业后，由于浆液析水作用，一般均有不同程度收缩，使固结体顶部出现凹穴，及时用水灰比为C/W=1：08的水泥浆进行补灌，同时防止其它钻孔排除的泥土或杂物进入。

4.2 压浆施工：压浆采用单管顶压式

1）施工工艺流程：钻孔定位成孔插管安装止浆塞压浆拔管，器械清洗。

2）技术措施及施工要点：用ZT-100钻机、硬质合金钻头，清水正循环、筒式钻具成孔。施工采用小水量、低转速成孔以防止钻孔垮塌，施工确保钻孔的垂直度（垂直偏差小于1.5%），严格控制钻孔深度。成孔达到要求深度后，迅速插管安装止浆塞进行压浆。浆液配制：压浆材料采用水泥+粉煤灰，水泥：粉煤灰=1：0.5，配制严格按配合比配料，用高速搅拌机搅拌均 匀后才能开始压注。并在注浆过程中不停顿地缓慢搅拌，浆体在泵送前应经过筛网过滤。压浆泵为3D-5/40三缸高压泵，压浆 参数为流量：7～10L/S，压力：2.5～3.0Mpa。压浆时浆液浓度先稀后稠，定时观测并记录吸浆量和泵压，并根据实际情况 及时调整压浆和浆液浓度，当压浆量较大时，采用间歇式注浆法和稠浆施工或在浆液中加入1～2%的速凝剂。压浆深度：垮塌 加固段平均8.0m，其余段平均压浆长度3m。单孔压浆结束标准：在压浆孔的压浆末期，泵压逐渐升高，当泵量小于7L/S时管 压在2.5～3Mpa，稳定10～15分，可结束该孔的注浆施工；当注入一定浆量，孔口压力不小于0.5Mpa，若出现地表裂隙大量跑浆时，即可结束该孔的注浆施工。注浆完后，对于压浆孔位以上部分空孔采用C10混凝土充填。

5 旋喷桩施工质量控制及注意事项

5.1 工艺参数确定

旋喷桩施工前，在冒顶附近选择了一块地质相近地块进行试桩试验 ，以确定适合本项目旋喷桩的工艺参数。

5.2 浆液过滤

制浆时，利用过滤筛将浆液中的杂质过滤掉，过滤后的浆液抽到贮浆桶备用;

5.3 喷浆 压力控制

高压泵将浆液通过高压输送设备输送到钻杆，通过喷嘴将浆液喷入土体形成旋喷柱体，压力的大小对直接桩径的大小起决定性作用。通过调整高压泵的的参数来获取不同的压力 ，压力应大于试桩时所确定的压力。

5.4 喷嘴提升速及转速的控制

喷嘴提升速度及旋转速度直接影响旋喷桩体桩体的质量，施工时做到小于设计参数，过程做到连续。拆卸钻杆时，保证搭接长度不小于10cm，以免出现断桩。

5.5 冒浆量控制

旋喷过程中，部分浆液会从钻杆与土体的间隙溢出，溢出浆液喷入土体后会置换部分土体，形成的废浆控制在浆液总量20%以内。

5.6 桩径的控制

桩径的大小影响因素有：地质情况、喷浆压力、转速、提升速度，通过现场取样分析土体的相关指标，并通过控制喷浆压力、转速、提升速度等指标来控制桩径的大小及成桩量。

6 施工效果

通过旋喷注浆后的土体固结效果非常明显，在后期的隧道开挖中可以清楚的看到形成的桩体及固结环，开挖断面周围围岩 的自承力大大增强，开挖后初期支护前能形成有效的承载结构，在隧道的掘进中没有再次生塌陷，为保证隧道的掘进起到了至 关重要的作用。通过这样的固结处理方案达到了技术上可行、施工工艺简单，费用上投入少，加固处理的工期短、社会影响小的效果。