1、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摘要：本文介绍了水平旋喷桩施工技术在某市北三环热力外线隧道下穿城铁某车站工程的应用情况，阐述了控制地面沉降及施工精度等技术措施，以作为同类工程施工的借鉴。 关键词：水平旋喷桩 超前支护精度 沉降 中图分类号：TU472.3+6 文献标识码：A 前言： 目前所谓的旋喷，大多指垂直旋喷而言，且多用于基坑防护、病害治理或作为桩基使用，很少在挖掘隧道时用作水平方向的超前支护。某市北三环热力外线隧道下穿城铁某车站工程水平旋喷桩应用于暗挖隧道的超前支护中，实现了工艺上的突破，为软弱围岩中施工暗挖隧道提供了一种新型的超前支护手段，在工艺工法上开辟了一
2、条新路。 1水平旋喷桩止水加固技术原理 水平旋喷桩是以高压泵为动力源，通过水平钻机钻杆将带有特殊喷嘴的注浆管置入土层的预定位置后，喷嘴把配置好的浆液喷射到土体内，喷射流以巨大的能量将一定范围内的土体射穿，并在喷嘴作缓慢旋转和进退的同时切割土体，强制土颗粒与浆液搅拌混合，待浆液凝固后，形成水平圆柱状水泥土固结体即水平旋喷桩。 当旋喷桩相互结合后，便以同心圆形式在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷帷幕体，起到防流沙、抗滑移、防渗透的作用。 2工程概况 热力线路隧道因周围环境条件限制，需从车站下横穿而过，该段热力线路在下穿段以隧道形式通过，隧道拱顶与车站基础底距离约1.817m，详见图 1 隧道横断面
3、图。 为保证隧道开挖安全及无水作业，沿隧道周边设两排水平咬合旋喷桩进行土体加固，并形成止水屏障。旋喷桩直径 350mm，内外桩间咬合100mm，各排桩间咬合 100mm。旋喷桩布置形式见图 2 旋喷桩布置横断面图。 热力隧道底层为人工堆积的粘质土层，主要成分为砖块、灰渣、碎石等，层厚 380510m，层底标高为 39164020m。其下为第四纪沉积的粉质粘土层，层厚 750900m，层底标高为30463230m。场区内地下水类型属于上层滞水，水位埋深46550m，标高 39153961m。 3设计概况 3.1 桩长、桩径的确定 主要根据钻机的能力，即钻机的扭矩和钻杆的刚度而定；隧道下穿段共 4
4、8 米，考虑实行两端对打的方式以及市场现有钻机参数，桩长确定为 24m 与 26m,搭接 2m,桩径为 350mm。 3.2 旋喷拱体厚度、咬合厚度的设计计算 只有当拱体结构有足够的强度，足以承受地压、水压和上部荷载时，才能保证工程隧道内的顺利开挖。拱体厚度可按下式计算： B 为拱体厚度（） ； 为隧道半径（） ；为旋喷桩固结体允许强度（kPa） ； 为作用于拱外缘的压力（kPa） 。 多排孔位值 m 可按下式计算： 按上式计算所得的 B 值较大，超过单根旋喷直径，则按下式作多排孔布置孔位： m 为布置孔位的排数，应取整数； B 为拱体厚度（） ； b 为旋喷有效厚度（） ； 根据确定的排数在
5、据上式调整 b 的取值。 咬合厚度可按下式计算（如右图）： L 为水平旋喷桩孔间距（m） ；b 为单排桩有效厚度（m） ；R 为旋喷桩半径（） 。 3.3 坡度设计 由于高压浆对土体的切削及钻杆本身重力，钻头在钻进过程中会发生明显下移，为此对内侧上拱 120 度范围内的旋喷桩，预先上仰 1.5的设计坡度，外侧按水平旋喷施工。 3.4 设计施工参数 表 1 旋喷施工主要参数 4.水平旋喷桩施工 4.1 施工工艺流程 见图 3 水平旋喷桩施工工艺流程图。 4.2 施工精度控制 （1 水平偏差的控制:下仰偏差采取预先上仰进行控制，上仰角根据实际情况确定。 （2）控制分叉偏差:为控制偏差，采用了不易弯
6、曲的 60 钻杆和自重大的 200300 型水平水泥土钻机，预先做水泥土旋喷定位，掌子面做定位导向架控制。 （3）桩搭接不够:一旦发现桩搭接不够，采取在洞内进行定喷的方法进行补救。 4.3 施工沉降分析 根据实地现场调查，并根据设计院提供和平里车站结构图、车站建筑图，对其产生原因进行分析，主要有以下两方面： (1)车站结构自身沉降 本工程施工前， 站厅一层北一跨内共统计 10 条裂缝，道床统计 3条裂缝。原因分析如下：该车站地质条件复杂，存在不均匀沉降的隐患，从原有裂缝调查已暴露出不均匀沉降问题,各种迹象表明，不均匀沉降还未稳定，裂缝仍在发展。 (2)旋喷桩施工引起 旋喷桩施工速度过快，压力释
7、放不均匀； 从旋喷桩施工记录统计分析，相邻桩施工间隔时间较短，先施工桩未能及时承力，土体中压力未能及时释放，在连续作业下导致压力累加效应。 从结构柱和道床的变形观测资料(图 4 结构柱与道床变形随时间变化曲线)可看出，旋喷桩整个施工期间变形比较平稳，完全在控制范围内。从裂缝的变化规律看，裂缝在施工期间，有部分裂缝增大、有部分裂缝减小，也说明施工期间地基不均匀沉降在发生变化，参见图 5，图中可看出裂缝在原始值左右波动； 4.4 沉降控制保证措施 综合以上对变形观测资料分析及裂缝的原因分析，特制定了相应的后续施工保证措施: (1)减慢施工速度：采用 1 台机械设备施工； (2)跳跃式施工：严格按照
8、技术交底隔桩跳跃施工； (3)加强沉降点观测：新布置观测点，在墙体和地面布置沉降观测点，对地面和墙体每天进行监测，掌握其变形情况； (4)严格执行试验桩所确定的施工工艺及各项技术参数，尤其对压力进行严格控制； (5)严格控制泥浆流失量：专人负责检查每根旋喷桩水泥土的流失量。通过以上措施，施工在保持现有裂缝稳定、结构处于安全稳定状态下，保证了不增加新的裂缝，不影响车站正常使用的功能。 5.水平旋喷桩技术特点总结 (1)可控性：水平旋喷桩的浆液局限在土体破坏的范围内,浆液的注入部位和范围是可通过调节注入参数(切削土体压力、固化材的注入速度、配比、注入量等) 获得满足设计要求的固结体。 (2)均匀性
9、：喷射流在能量衰减前使其射流交汇,在碰撞点切削能量相互抵消,以致比桩心到碰撞点的距离大的地方射流已无能力切削土体,所以加固体均匀程度好。 (3)成本低、效率高：由于限定注入范围,注入量(相对而言) 大幅减少,每米水泥用量仅为 100150 kg ,施工速度比大管棚或深孔注浆提高23 倍,周期缩短。 6.社会效益、经济效益评价： 6.1 社会效益 和传统新奥法注浆支护方式相比,水平旋喷搅拌桩具有无可比拟的优点，详见表 2。 表 2 水平旋喷搅拌桩与传统注浆方法的比较表 6.2 经济效益 传统的注浆超前支护方式因注浆扩散范围的不可预见,故其材料消耗往往很大,且有时需增加辅助措施来提高止水加固效果,
10、使工程投资增加。而水平旋喷搅拌桩浆液扩散范围有限,材料投入量可控,一般施工效果较好,只有少量需进行注浆补救,这种超前支护方式对于目前以控制成本为目标的国内建筑市场来说,是具有一定发展前途的。 .结束语 实践证明，水平旋喷桩技术在本工程施工过程中够提高了洞室的稳定性，使土方开挖和初支时不坍塌，避免涌泥、涌砂，有效控制地表下沉，保证了施工的安全等各方面取得了良好效果；且水平旋喷桩的造价仅是大管棚的 2/3。所以水平旋喷桩在本工程中是一种行之有效的施工方法，在技术上是可行的、在经济上是合理的。 这一工艺还可以发展为单纯的搅拌桩墙或旋喷桩墙,应该能够发挥异曲同工的作用。 参考文献： 1、高压喷射注浆法处理地基建筑地基处理技术丛书徐至钧 全科政 机械工业出版社 2、水平旋喷桩在地铁暗挖隧道流塑状粘性土中的应用王圣涛 邓敦毅 现代隧道技术 第 40 卷第 5 期
