水平旋喷在桃树坪隧道的技术运用

张军

摘 要：为攻克第三系粉细砂层围岩中施工存在问题的技术难题，本文从高压旋喷桩成桩机理、桩体强度、成桩效果、影响因素为切入点，运用理论知识分析结合现场试验等研究，总结了全断面水平旋喷超前预加固施工技术在该地层中的工艺指标，同时优化了全断面旋喷加固技术方案、通过现场的工艺创新和经验总结，形成了富水粉细砂地层软弱围岩隧道全断面水平旋喷超前支护预加固施工法，成功解决了桃树坪隧道富水粉细砂层施工中存在的上述问题。

关键词：富水粉细砂;水平旋喷;固结体;超前预加固

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）04-0117-02

兰渝铁路桃树坪隧道施工中，途径富水性较强的第三系粉细砂层，在其松软结构内，含有钙质胶接层，遇水极易分散化，整体稳定性差，因此决定在桃树坪隧道开挖施工中，应用超前预加固技术对全断面水平旋喷桩进行优化，并按照“重降水、强支护、快挖快支护封闭”的原则展开项目施工，在对全断面范围的水平旋喷加固方法进行技术优化的同时，消除了桃树坪隧道施工中富水第三系粉细砂层的技术难题，为工程项目的正常进行创造了条件，保证了隧道工程安全。

1 隧道水平旋喷预加固技术

1.1 施工技术方案

为了处理富水第三系粉细砂层的岩层固结问题，可在施工方法上，使用高压旋喷的技术手段，对岩层进行预先加固处理，形成水平旋喷加强预支护方案。需要注意的是，在扩挖操作上，无论是扩挖之前还是扩挖完成后，都必须进行旋喷桩强化，降低围岩产生沉降变形的概率[1]。

1.2 主要技术措施

（1）参数控制。通常情况下，喷浆压力的设计、桩体强度的控制、桩径尺寸参数、浆液的配比条件、回灌填充量等内容，都需要进行严格的管理，执行规范化的标准。在水平旋喷的桩施工技术处理中，务必要通过在钻孔定位中的控制，协调打设角度、桩与桩间距以及搭接长度等参数[2]。在水平旋喷桩施工过程中，注浆管搭接长度应不小于12cm。（2）孔口浆液控制。对于孔口浆液的溢流控制，是整个工序操作的重点内容，在水平旋喷桩的施工处理中，必须保证钻孔的斜上方与水平米面的夹角条件呈固定的夹角，以此防止浆液从孔口处产生溢流。

1.3 施工围岩特点

桃树坪隧道富水第三系粉细砂岩层通过高压水平旋喷桩超前支护预加固、掌子面桩体以及岩体形成帷幕整体，都可以在维护工程围岩稳定性上起到积极作用。根据此施工技术的特点，我们主要运用的是SM-14多功能地质钻机、PST-60水平旋喷钻机、7T-505J高压泵等施工建设专业化设备和施工辅助技术方法，保证工程建设的优质、高效。工序上，先对特质隧道进行掌子面轮廓线处理，同时对周边执行旋喷加固，在掌子面布设梅花形钻孔的同时，对跳孔展开水平旋喷桩施工，使桩体内安装的玻纤锚杆，起到增强掌子面稳定性的效果，在开挖之前使围岩结构更加问题，确保开挖工作的安全，是富水第三系粉细砂岩层隧道施工最快、最有效的加固技术。

2 旋喷注浆技术

已经完工的循环施工项目中，挖掘的效果得到了初步改善，在桃树坪隧道的施工建设中，通过施工方案的改良，增加了施工的合理性，保证了工程建设的顺序。从行业技术角度，旋喷注浆技术的应用，为国内软岩隧道的施工建设提供了必要的基础支撑，尤其在控制坍塌与沉降的内容上，取得了明显的技术突破，是实现隧道施工建设发展的有效手段。

3 水平旋喷施做效果

3.1 开挖周边旋喷效果

经过超前预加固处理的水平旋喷技术中，在施工场地中形成了围绕桩体的帷幕，降低了隧道的出水量条件，有效的固结了涌砂，达到了良好的控制效果，桩体之间能够咬合，相互之间形成整体，防止初期支护背后脱空、不密实，极大地减少了隧道开挖施工过程中存在涌水、涌砂及掌子面坍塌风险，实现了富水第三系粉细砂岩层隧道全断面人工配合机械化开挖施工，提高了施工效率，保证了施工的安全[3]。

3.2 开挖掌子面旋喷效果

水平旋喷高压注浆技术中，预加固技术的处理属于隐蔽项目，将所有成桩的桩体全部隐藏在岩体结构中，只有在进行掌子面掘进时，才能显示出桩体的形状与大小等参数，并确定各个桩体之间的咬合条件。

由于受旋喷压力、浆液配比、浆液流量及流速、退管速度、钻杆转速、旋喷喷嘴大小、围岩地质情况等施工现场因素，都会对成桩的最终效果造成影响，所以应以现场施工条件为基础，对作业处理中的工作参数进行调整，保证各项指标的合理性。根据不断试验、不断改进创新，总结得出，在50Mpa的旋喷压力、在4cm/5s的退速下，在富水第三系粉细砂岩内成桩效果最好，旋喷桩径都在78cm以上，形状几乎为圆形，有极个别桩呈椭圆形，表现出竖向高度大于横向宽度的特征，限制断桩问题的同时，保证旋喷樁周变较高的咬合效果，维护基本设计要求。

3.2.1 不同围岩情况下旋喷效果

在不同岩层内旋喷效果不同，由于水平旋喷技术工作原理是通过高压注浆与岩体充分混合搅拌后固结成桩，因此与传统的注浆工艺在岩体内渗透、粘结在本质有着明显的区别。

通过旋喷技术，将施工环境中岩体充分搅拌，在达到均匀结合效果后，即便是相同配比条件的浆液，在桩体成型后，都会表现出强度、形状和颜色等内容上的差异化条件。在富水第三系粉细砂岩层中的桩径条件，要明显的大于砂卵石层与黄土层的桩径，但黄土层中的成桩强度却低于其它结构。由此发现，在旋喷处理中，围岩发育结构、扰动程度和密实度对成桩的直径及效果也有一定的影响。黄土中成桩情况图、砂卵石中成桩情况图、粉细砂中成桩情况图。

3.2.2 返出浆率与强度分析

水平旋喷预支护技术中，反浆率是极为重要参数条件，如果溢流浆液超出了总体浆量的15%，必须对注浆的压力进行调整，提高执行数值，并适当进行二次旋喷处理，以防出现桩径不足导致的断裂。如果浆液不再发生溢流，需适当的控制后退四度与浆液流量，完成操作过程中的技术调整。

返出浆液通过试验室送样、试验分析得到不同成分试验参数如表1所示。

3.2.3 数据计算

（1）总重W是由样品中直接取样称重所得，总重量为水泥、土、砂和水四者重量之和，即W=Ws+Wce+Ww;（2）砂重Ws可经过分离试验，将数据获得;（3）水泥和土的混合重量Wce（Wce=Wc+We）经过分离试验，将数据获得;（4）根据相关设计数据，原状土中土含量按16%计算，即土重We=0.175Ws;（5）根据水泥和土的混合重量减去土含量即得水泥含量，Wc=Wce-We;（6）水含量计算，Ww=W-Wce-Ws;（7）水灰比计算，Ww：Wc=1：Ww/Wc。（8）成桩现场抽样，进行抗压强度试验。

旋喷施工结束后，对到期的桩体进行了抗压强度试验，从下表试验参数可以得到如下结论：如表2所示，当水平旋喷桩施工结束后，对其工程强度进行试验验证，该项目的平均桩体抗强度数值为9.33Mpa，要高于传统施工中的注浆操作方法，并以此作为基础控制围岩与支护中的沉降与收敛变形问题。在桩芯加以小导管后，有效的增大了受力，完成了对周围支撑围岩各项参数的控制，降低了岩体压力、水压力、高低压力等内容的影响条件，构建起了完整性的安全施工空间。进一步对桩体试件逐个进行分析得出，试件桩芯部位的强度位比试件桩侧部位的抗压强度明显整体超出20%以上，产生此类问题是由于旋喷桩施工中，桩体中心向四周递减的压力条件变化，而压力在周边部位缩小后，形成的桩体密实度小，水泥含量少，反之含砂土较多，导致其抗压强度低。

4 结语

桃树坪隧道围岩地质情况复杂，主要以富水第三系粉细砂岩层为主，针对在这种软岩地质中色施工难点，经过试验总结，成功运用水平旋喷对掌子面围岩进行预加固处理，岩体与浆体固结成帷幕整体，增强了围岩的稳定性，为隧道施工提供了安全、可靠地环境。

参考文献

[1] 孫国庆，殷九荣.水平旋喷加固在富水未成岩粉细砂层中的应用[J].隧道建设，2012，32（2）：213-217.

[2] 洪三金，蒋学文，邬疆.全断面富水砂层浅埋暗挖隧道施工技术[J].建筑施工，2010，22（10）：132-133.

[3] 赵彦峰.利用水平旋喷桩处理隧洞开挖涌砂[J].甘肃水利水电技术，2012，48（8）：57-58.