关于高压旋喷桩控制地铁盾构施工沉降的技术措施探讨

孙国强

摘 要 针对某地铁1号隧道段实际情况，对其盾构施工中高压旋喷桩施工技术进行深入分析，提出施工中需要的要点，并最后经实践得出该隧道所用高压旋喷桩施工技术合理可行，沉降控制效果显著，值得类似工程参考借鉴的结论。

关键词 地铁盾构施工;沉降控制;高压旋喷桩

如今，我国城市地铁建设快速进行和发展，很多地铁隧道施工都采用盾构技术进行。但由于开挖扰动较大，盾构施工中容易产生沉降。为有效控制沉降，以免对施工安全和质量造成影响，有必要采用合理可行的技术措施。高压旋喷桩就是一种合理有效的沉降控制技术措施。

1工程概况

某地铁1号线中心站总长为1.072km左右，该段起点里程号为K31+791.16，终点里程号为K32+863.46，隧洞的直径为6.2m。在该段隧道中，有一个呈V字形的纵坡，坡度不等，最大可达24.48%。该段隧道的顶部埋深在8.1～15m范围内，平曲线段的最小直径为1400m。隧道需要从待开发区中穿过，区域以农田与民居为主，场地开阔，采用盾构法施工。考虑到受各方面因素的影响，隧道盾构施工中可能产生一定程度的沉降，为尽可能减少或避免沉降，经研究决定采用高压旋喷桩来控制沉降[1]。左右线盾构全开挖设置高压旋喷桩后的沉降云图如图1所示，高压旋喷桩加固如图2所示。

2高压旋喷桩的原理和优点

考虑到地连墙与混凝土灌注桩不仅成本较高，而且施工周期还很长，所以本次提出采用高压旋喷桩代替隔离墙（桩）的沉降控制方法。

高压旋喷桩最早由日本提出，其加固过程可以分成以下两个阶段：其一，成孔，采用钻机预成功，确保喷射头可以到达设计要求的深度;其二，喷射加固，以不低于15MPa的压力持续喷射水泥浆，并对钻杆进行旋转和上提。因高压旋喷射流会对土体进行切削，并同时进行搅拌混合，所以会使水泥和土体形成一个柱状加固体，也就是旋喷桩，多个旋喷桩相互叠合即可起到起隔水、挡土和控制沉降的作用。

高压旋喷桩主要具有以下几个方面优点：①不会受到土层、土体颗粒粒径、土体密度、所用硬化剂的黏性及硬化所需时间等因素的太多影响，可在多种土质类型中使用，如淤泥质土、黏性土和砂土等;②可采用廉价水泥为硬化剂，土体将加固后强度很高，一般情况下形成的桩体，其强度都能达到0.5～10MPa;③可以有针对性和计划性的将浆液注入地层内，形成按一定间隔距离分布的桩，也可形成一整片桩，作为帷幕墙。另外，实际的加固深度可任意确定与调节，无论是连续还是分段都可;④成孔使用钻机进行，除了能形成垂直桩，还能形成水平桩或者是倾斜桩;⑤在施工过程中可作为一种临时性的措施来使用，当然也可作为一种地基加固措施;⑥排出的泥浆支持二次回用，对施工环境的改善和节省运输及处理费用都有利。

3施工技术

就目前来看，高压旋喷桩主要包含以下几种方法：单管法、双管法、三管法和多管法，不同施工方法的加固原理完全相同。该工程根据土质情况，结合现有的机械设备，设计决定采用双管法进行施工。施工时，应严格执行以下各项技术指标：①桩径按800mm控制;②桩孔中心之间的距离按600mm控制;③水泥掺量按20%～30%的范围控制;④浆液压力不低于25MPa;⑤气压不低于0.7MPa;⑥浆液的流量按100～120L/min的范围控制;⑦浆液喷射过程中钻杆的提升速度按照15～20cm/min范围控制;⑧浆液的配比采用1.0;⑨成桩后，垂直度偏差不能超过1%。

3.1 施工工艺

施工开始前，以现场的环境为依据，结合地下埋设物具体位置，对桩孔位置进行复核，若桩位和现有地下埋设物之间有冲突，应对桩位进行适当调整。

（1）将钻杆头与孔位的正中心对准时，要使钻机始终保持垂直，确保成孔后的垂直度能够达到要求。将钻机摆放到位后，进行水平校正，确保钻杆的轴线和钻孔中心完全对准。对于喷浆用注浆管，且倾斜度不能超过1%。

（2）钻孔方式有很多，实际情况中要根据地层地质情况，结合桩深及现有机具设备确定。如果地层较为坚硬，建议采用地质钻机进行钻孔。采用双管法进行喷浆时，应优先考虑地质钻机。钻孔时，现场实际孔位和设计要求的孔位之间不能有5cm以上的偏差。

（3）将注浆管放到地层中设计要求的深度。如果钻孔借助的是振动钻机，则可将插管的过程和钻孔结合到一起进行。当使用地质钻机进行钻进时，需在钻孔结束后及时将芯管取出，然后再把注浆管插入到设计要求的深度。插管时，为避免泥沙进入导致喷嘴被堵，可在插管的同时进行喷水，但要注意需将压力控制在1MPa以内，否则可能导致孔壁坍塌。

（4）完成插管后，按照从上到下的顺序开始旋喷和提管，在提管的过程中必须保持喷浆，在注浆的过程中要注意对浆液的凝结时间及流量大小等进行检查，实际的旋转速度要和浆液的流量良好匹配，否则桩径或桩体的质量无法达到设计提出的要求，并且提升的速度还要和旋转良好配合，施工时做好相关记录。

（5）施工完成后，对注浆管等所有机具设备进行冲洗，以免管内或机内残留的泥浆凝固，影响下一次使用。冲洗时，可以将泥浆更换为清水，持续喷射。

3.2 技术要求

（1）对于高压旋喷桩，其沉降控制效果和土质、技术参数关系密切。基于此，在正式施工前，有必要先进行试桩，通过试桩能确定适宜的技术参数，如桩径、喷射距离和浆液等，之后以此为基础进行各项试验，如承载力试验和渗水试验等，确定参数能否达到要求，若能达到要求，则即可在施工中严格执行。

（2）开工前以现场的环境及现有地下埋设物实际情况为依据对桩位进行复核。

（3）施工时注意钻机和注浆泵之间的距离不能太远，而且实际孔位和设计要求的位置不能超过50mm的偏差。当发现孔位、孔深或地下障碍物等和地质报告不相符时，应在做好记录的同时及时协调处理。

（4）注浆管进入到土层内，且喷嘴到达设计要求的标高后，方可开始喷浆。喷浆参数满足规定后，按照旋喷喷射要求开始提管，以此从下到上的进行喷浆。对注浆管进行分段提升的过程中，要注意搭接长度必须达到100mm以上。

（5）如果在高压喷浆时发现压力突然大幅度下降或上升，应停止喷浆，并查明原因立即采取措施处理[2]。

（6）施工中认真做好参数记录与出现的所有异常现象。

3.3 浆液要求

（1）在浆液配制时使用的水泥应根据浆液的具体类型来选择，如普通型浆液、早强型浆液或抗渗型浆液等，但无论哪一种水泥类型，都不能使用已经受潮和变质及指标无法达到要求的，该工程主要使用的是32.5普硅水泥。

（2）浆液拌和时使用的水应清洁没有杂质，且不能有侵蚀性，pH值始终，通常采用人畜饮用水。若对水质有怀疑，应委托有资质的机构进行检测。

（3）为了对浆液的性能予以改善，使其达到早强或提升其抗渗性，可采用以下几种类型的外掺剂：当需要促凝和早强时，按照2%～4%的掺量掺加氯化钙;当需要提升抗渗性，并加快初凝时间，延缓终凝时，可分别按照2%～4%和10%～50%的掺量添加水玻璃与膨润土。

（4）浆液的拌和必须达到均匀，保证可噴性，喷浆前检查管道是否被堵塞或存在块状物，当发现堵塞时，应及时清理，另外，浆液要在其初凝时间以内用完，若超时，不得使用，需将其视作废料及时处理。

4结束语

综上所述，地铁盾构施工中为了对可能产生的沉降予以严格控制，可采用高压旋喷桩技术。目前，该段地铁隧道的高压旋喷桩施工已经顺利完成，经检查，其施工质量合格，盾构施工时产生的沉降处在允许范围之内，说明高压旋喷桩发挥出了良好的作用效果，所用施工技术措施合理可行，值得类似地铁隧道工程参考借鉴。

参考文献

[1] 张祥龙，黄传青，张伟.高压旋喷桩加固地基在南京越江隧道风井工程中的应用[J].工程建设，2018，50（12）：41-45.

[2] 刘国栋，陶义怀，许超.土压平衡盾构穿越密集建筑群地基加固优化设计[J].广东土木与建筑，2016，23（Z1）：49-51，25.