隧道旋噴注漿預加固施工技術
2015-06-03
1 引言
在特殊地質、軟弱圍巖隧道施工中，易出現(xiàn)溜塌、滑塌、地表沉陷等現(xiàn)象，這樣不但影響施工安全、質量和進度，還會加大施工成本，如果加固措施不到位還會影響到隧道投入使用后的運營安全。因此，特殊地質、軟弱圍巖隧道施工中加固技術非常重要，不僅可以提高圍巖穩(wěn)定性，還可以保證施工過程中的施工安全。預加固技術原理是利用高壓旋噴注漿加固軟弱地層，沿拱部外緣施做相互咬合的旋噴柱體，前后循環(huán)相互搭接形成拱棚，在它的保護下安全、高效地進行開挖作業(yè)。
2 預加固法原理
預加固法的施工理念源自“軟巖隧道重在加固”。首先采用大直徑深孔在隧道輪廓以外引水，然后通過施做玻纖錨桿來預加固掌子面，通過利用水平旋噴臺車沿隧道周邊施做水平旋噴樁來代替國內的超前大管棚和小導管進行斷面預加固，開挖、支護、二次襯砌全部采用機械化作業(yè)，機械化程度高、設備配套完善，提高了功效，降低了施工安全風險。
施工過程使用PST—60鉆機鉆孔，鉆到設計深度后，回撤鉆桿，通過高壓泵以大于35Mpa的壓力把配制好的漿液噴射到砂土內，噴射時待漿液將一定范圍內的砂體稀釋，并在噴嘴作緩慢旋轉和進退的同時切割砂土體，使砂顆粒與漿液充分混合，待漿液凝固后，形成水平圓柱狀水泥砂土固結體，即成水平旋噴樁。水平旋噴樁可以提高砂土體的強度和結構特性，當旋噴樁相互咬合后，便以同心圓形式在隧道拱頂及周邊形成封閉的水平旋噴帷幕體，起到防坍塌、防滑塌和防止因隧道開挖而引起地表沉降的作用，可保證隧道安全掘進。
3 預加固法設備
預加固法施工的主要機械有PST—60水平旋噴鉆機、SM—14鉆機和高壓泵站兩大部分。
3.1 PST—60水平旋噴機
PST—60水平旋噴機是有意大利土力公司自行研發(fā)制造，采用履帶式地盤、全液壓傳動并設有操作室的搖臂鉆機，可以根據(jù)工程性質和作業(yè)環(huán)境的不同方便地調換部件，能滿足大扭矩和長行程的施工要求。PST—60水平旋噴機配有深度和精度測定儀，可隨時測出鉆進深度和鉆孔垂直度，保證鉆進的精確、靈敏度。鉆進時最大鉆孔角度可達20°，左右回旋最大角度為120°。
3.2 高壓泵站
高壓泵站是旋噴注漿形成帷幕進行超前預加固的關鍵設備。泵的壓力與流量直接影響旋噴樁長度、直徑的大小和強度。高壓泵的重要性能除壓力外，再就是流量的控制。PST—60鉆機的高壓泵站能滿足壓力、流量的調節(jié)要求。
4 預加固施工方法
4.1 預加固施工順序
?。?）隧道掌子面掛設鋼筋網片，使用C20混凝土封閉掌子面。
?。?）掌子面中部施鉆泄水孔（由上至下）。
（3）隧道周邊施做旋噴加固孔，旋噴結束后及時頂入大管棚，采用跳孔施工。
?。?）隧道周邊是施做排水孔。
?。?）掌子面施做玻纖錨桿孔，隔排跳孔施工。
4.2 預加固法施工相關參數(shù)
?。?）為了防止在高壓旋噴過程中因噴射壓力過大引起掌子面坍塌，在掌子面施鉆泄水孔和泄壓孔，長度為11m，孔徑60mm，成孔后下入PVC濾水管泄水。
?。?）使用PST—60水平旋噴機進行引孔旋噴加固，每循環(huán)加固范圍為15m，開挖10m為宜。旋噴樁沿隧道開挖輪廓線環(huán)向布置。施工參數(shù)：樁徑600mm，樁長15m，相鄰兩根樁的角度為5°～10°，旋噴壓力為40Mpa，轉速為10r/min，水泥漿流量為250L/min，后退速度為1cm/s，采用1:1普通水泥漿液，漿液在洞外泵站配置，采用管道輸入。
（3）在隧道輪廓線外設環(huán)向真空深孔降水孔，深度為40m，孔徑60mm。
?。?）掌子面加固采用套管跟進方式施做玻璃纖維錨桿，長度為11m，梅花形布置，孔間距1.5m，數(shù)量45～55根，孔內壓注1:1普通水泥漿液，端頭采用旋噴2m增加錨固強度。
4.3 高壓旋噴施工工藝
4.3.1施工前準備工作
（1）檢查鉆機、高壓注漿運行是否正常，其它配套設備是否齊全。
?。?）掛設鋼筋網、噴射混凝土封閉掌子面，在掌子面測量標出隧道開挖輪廓線，測量放線定樁位，并編號每個樁號，以便于施工資料記錄。
（3）挖設排水溝和漿液沉淀坑，廢水和溢漿通過排水溝流入沉淀坑后外運，以免出現(xiàn)侵泡拱腳和污染施工現(xiàn)場。
4.3.2水平旋噴機就位
隧道水平旋噴樁施工一般自拱腳開始，PST—60水平旋噴機就位時機座要平穩(wěn)，然后調整鉆機角度、方位，對準孔位，孔位誤差控制在±20mm,傾角誤差一般不得大于1°。
4.3.3水泥漿液配制
水平旋噴樁采取單液漿旋噴，水泥漿液配比為1:1，水泥可采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥。根據(jù)地質情況，水泥漿液可以適當調整配比進行優(yōu)化。漿液在洞外高壓泵站處配制，經高壓泵站通過輸送管送至掌子面處。
4.3.4水平旋噴機鉆進
PST—60水平旋噴機按照測量定位的樁位孔采用專用鉆頭進行鉆進。先調整鉆機對準孔位，將導向鉆頭送入孔內，鉆桿通過導軌定向，鉆進時采用高壓水輔助，鉆頭前端有水眼，鉆進時高壓噴射，切割鉆孔周圍砂土，起到輔助鉆進作用。每鉆進5m要測一次傾斜度并做好記錄，每次傾斜角度偏差不超過1%。如果鉆進過程中角度符合要求，鉆機則勻速旋轉鉆進，鉆桿軌跡一般是平直的；如果鉆進過程中角度出現(xiàn)偏差，鉆機會非勻速旋轉鉆進，此時鉆桿軌跡會出現(xiàn)偏移。如發(fā)現(xiàn)偏斜角度超過1%要及時糾正，直到鉆至設計深度。
4.3.5高壓旋噴成樁
?。?）PST—60水平旋噴機鉆進至設計深度后，先退出鉆桿，再將帶有噴嘴、調試好壓力的鉆桿下至設計噴射深度，調整噴嘴位置，開進行水平旋噴作業(yè)。當漿液流出孔口后，按照設計的提升速度、旋轉速度，自內向外開始進行噴射、旋轉、提升，一直到設計的終止位置停止水平旋噴，將鋼管連續(xù)推入孔內并注漿填滿為止。此時退出噴射管跟換鉆孔鉆頭進行下一個孔施工。
（2）當施工中遇到圍巖較好的地質情況時，旋噴是固結體尺寸可減小，可適當提高噴射壓力、泵送量或降低回轉與提升速度及采取復噴攪拌措施，可先噴1～2遍清水，再噴1～2遍水泥漿。在旋噴時隨時觀察記錄注漿壓力表，如果發(fā)現(xiàn)壓力降低，應立即停止旋噴，檢查原因，待壓力升起后可繼續(xù)旋噴。
?。?）為了保證水平旋噴樁質量，旋噴過程必須連續(xù)，防止出現(xiàn)斷樁、縮樁及堵嘴現(xiàn)象。水平旋噴的速度及壓力直接決定了樁的質量，壓力和速度控制合適后，可以使切割的砂土體與漿液充分混合，形成均勻的水平柱狀水泥砂土固結體，即水平旋噴樁。水平旋噴樁不僅可以起到加固支撐作用，還可對后續(xù)開挖施工提供安全保障。
?。?）水平旋噴樁成樁時，噴漿至孔口掌子面1m距離段必須做好封孔工作，孔口的止?jié){裝置一般為大球閥。當施工完畢一根水平旋噴樁后應及時用清水高壓沖洗管道及設備，確保管內不留漿液，清洗完畢后進行下一個樁位施工。因為漿液初凝需要時間，所以應該間隔施做，間隔2～3個樁位為宜。
?。?）如果水平旋噴樁施做過程中遇到其它因素停噴后，重新恢復施工前，應先將噴頭前移30cm，采取重疊搭接噴射處理后，再繼續(xù)后退及噴射注漿，并記錄好中斷深度和時間。如果停機超過2h時，應對泵體輸漿管進行清水高壓沖洗管道后方可繼續(xù)施工。
5 結束語
水平旋噴樁作為超前預加固措施效果較好，可在特殊地質、軟弱圍巖的隧道周邊形成帷幕體，可承受部分地層壓力，保持砂土軟巖在開挖后的穩(wěn)定，在帷幕體的保護下，隧道開挖能夠安全地通過軟弱圍巖的地層，有效地控制拱頂滑塌或坍塌、地表沉降，確保地表管線、建筑物、道路交通安全。
