1、1水平旋喷桩优化施工技术在青岛地铁隧道中的应用摘要： 水平旋喷桩施工技术在隧道的施工过程中发挥着重要的作用。在一些富水的地质条件下，隧道容易产生坍塌等现象。本文在介绍水平旋喷桩原理和优点的基础上，指出其不足，并提出优化的施工技术，在实际施工中取得了优良的效果。 Abstract： The construction technology of Horizontal Rotary Jet plays an important role in subway construction. In the water-rich geological conditions， the tunnel is pro
2、ne to collapse， and other phenomena. This paper introduces the principles and advantages of the technology of Horizontal Rotary Jet， and points out its shortcomings， and proposes an optimized construction technology， which achieved excellent results in the actual construction. 关键词： 水平旋喷桩技术；优化施工；地铁 K
3、ey words： construction technology of Horizontal Rotary Jet；optimizing construction；subway 中图分类号：U25 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）04-0081-02 0 引言 水平旋喷桩施工技术在近年来的国内施工中得到了大量的应用，如2在深圳地铁大科区间的运用，在北京地下热力管线施工中的应用，都取得良好的效果。这是由于柱体的相互咬合，隧道将处于形成的旋喷拱棚的保护之下，这样隧道内的土方开挖就能安全地通过含水砂层和软弱松散土质，能较有效地控制地面沉降，确保管线、构筑物及道路交通安全。
4、但是水平旋喷桩也有其缺陷，如抗剪切能力弱等。本文通过实际施工过程中的经验总结，提出优化的水平旋喷桩施工技术，并将其实际应用到青岛地铁某段中，取得了不错的效果。 1 工程概况 保儿站河西站区间隧道富水 VI 级围岩起始里程为 K15+838.35（河西站南端起点里程） ，左线终点里程 K15+655，全长 183.35 米，右线终点里程 K15+672.07，全长 165.19 米。左右线单洞单线平行布设，中心线间距 13m，开挖高度 6.64m、宽度 6.34m，埋深 8.1513.1m，进洞后呈27下坡。隧道场内地质主要以人工填土层、粘土层、中粗砂层、碎石土层、粗粒花岗岩、细粒花岗岩、构造岩
5、组成。本段区间隧道主要穿越第四系砂层、粘土层及强中风化岩层，其中第四系松散土层自稳能力差，尤其是饱和砂土、砾砂及碎石土地层易坍塌，发生突水。场区松散岩土类孔隙水，主要分布于剥蚀堆积斜坡及侵蚀堆积一级阶地地貌单元。主要含水层砂土层、砾砂层及碎石土层，为第四系潜水微承压水。在区间隧道的大跨线位置为隔水层，厚度约 1.5 米左右，隔水层以上为透水性非常好的中到粗砂层，也是地下水的主要赋存水层，有明水3成股流出；隔水层以下为含泥较重的粗砂砾砂碎石土地层，水的渗透系数较小，但是存在明水渗流。由于旋喷桩的支护和阻挡作用，水基本为清水，未出现流沙。 2 水平旋喷桩原理及技术特点 2.1 原理 在施工时，采用
6、钻喷一体水平钻机打设水平孔，钻进至设计深度后，在缓慢旋转拨出钻杆的同时，通过高压泵以 2535MPa 的压力，把配制好的浆液（一般为水泥浆）通过高压管道和钻杆，输送至喷嘴，借助浆液冲出喷嘴时强大的冲击力压力和速度切削土层，使浆液与遭受切割和破坏的土体形成混合体；当钻杆以恒定的自转和外拔速度向外拔出时，使钻成的水平孔周围一定范围内的土体与浆液充分搅拌、混合，形成直径均匀的桩体。因为浆液已经与切割的地层形成较为均匀的混合桩体，浆液凝固后便形成具有一定强度的桩体（与被切割的地层有关，砂层强度可达到 10Mpa） 。 图 1 为水平旋喷桩施工工艺流程图。 2.2 技术特点 强度高：浆液在超高压和高速的
7、情况冲出喷嘴，且钻杆不停的在旋转和外拔，使浆液与土体充分混合形成桩体，从而形成一种类似混凝土的固结体，沿隧道纵向很好的起到混凝土梁的作用。 均匀性：浆液的喷出压力是基本不变的，且钻杆的自转和外拔速度也是恒定的，因此可以确保成桩直径的均匀性。 3 第一环旋喷桩施工方案 为确保隧道开挖安全，并控制地表沉降，采用止水帷幕水平旋喷桩4作为施工方案，为了达到止水帷幕的作用，我们沿隧道开挖轮廓线形成一圈旋喷桩套拱。具体做法为：旋喷桩径 700mm，沿隧道环向布置间距为400mm，环向搭接 300mm；在开挖掌子面布设断面旋喷桩时，按照间距11m 梅花型，根据沿纵向的深度不同，其桩径采取差别桩径：端头桩径达
8、到 1200mm，长度为 3m，其他部位桩径控制在 400mm 左右。这样可以阻挡掌子面正前方来水，保证端头能够封闭；其他位置旋喷桩，仅起改良掌子面地层的作用。 考虑到每环旋喷桩的打设精度，每次施做长度控制在 15m 以内，施工完成后，开挖预留 3m 不施工，作为下一个注浆加固段的注浆岩盘。为了保证环向旋喷桩打设的精度，方便旋喷钻机摆设，隧道开挖时，设置加大段，即每个旋喷加固段开始的前 5m 范围内，隧道开挖时径向扩挖30cm。 4 隧道水平旋喷桩施工方案优化 鉴于水平旋喷桩桩间咬合的效果不理想，但能够很好的确保隧道开挖安全，控制地表及建筑物的沉降。考虑到本段隧道的地面环境复杂的事实，水平旋喷
9、桩有非常明显的控制沉降和防止隧道坍塌的优势，为此制定了以“环向水平旋喷桩+砂层断面注浆加固”为核心思想的施工方案，配合使用超前小导管注浆弥补旋喷桩不能咬合的缺陷，开挖后背后回填注浆及时跟进，增加洞外井点降水以改善洞内开挖人员的作业环境。 施工方案： 水平旋喷桩沿隧道周边的打设范围为拱部+边墙；根据第一环水平旋喷桩施工经验，水平旋喷桩环向间距仍为 400mm，旋喷桩径为 700mm，5理论上环向搭接 300mm； 根据开挖情况，上台阶拱脚处为含水砂层和透水性差的含泥碎石层的结合，两侧拱脚每小时有接近 20m3 的渗水流出，水量较大，在开挖时容易形成空洞，存在施工风险，因此在拱脚地下水赋存区域，在
10、外侧增设五根桩，局部形成双排咬合； 为更好的控制沉降，在两侧拱脚处，沿隧道轴线方向各打设一根桩 700 桩，作为拱架安装基座，起到防沉降作用。 根据第一环经验，再加上右线第二环超前支护水平旋喷桩是由我单位自己组织设备和人员施工，仍先打设 15m，摸索经验总结后，逐渐将打设长度加长至 20m 或 25m。 为了使旋喷桩在隧道四周形成有效支护，沿径向向隧道外侧按照一定的角度打设旋喷桩，所以每段旋喷桩的前面 35 米大部分在开挖的过程中被破除，而后面 35 米则远离了开挖轮廓线，除不能很好的控制超挖外，还可能存在桩间间距分离过大、不能形成支护套拱的现象，特采取水平旋喷桩循环搭接 3m 方式解决。 由
11、于旋喷桩由隧道内向隧道外打设，为沿隧道径向外插，角度不宜控制，目前采取水平和竖直两个方向的角度进行控制，如图 2 所示，根据设备实际情况，为减少旋喷桩的破除量，尽可能的靠近初支轮面；根据不同的桩长确定旋喷桩终钻轮廓线，选择合适的角度，保证被破除的部分旋喷桩能与上一循环相互搭接，使旋喷桩末端离开开挖轮廓线的距离尽可能小。利用桩的环向间距在起钻点轮廓线上定出桩位，然后径向在终钻轮廓线上定出终钻桩位，这样可以分界出水平和竖直两个方向的6偏移尺寸 x，y 值，则水平角度 =x/L；竖直角度 =y/L，再减掉或者加上隧道本身纵坡或者平面角度。 施工时，由于角度难以控制，一般以钻机长度为基准，根据水平及竖
12、直的外插角度，计算出钻机头较钻机尾的水平及竖直方向的偏移量来控制钻机角度。钻进过程中角度的控制目前仅靠钻机固定牢固和钻杆的刚度来保证。 剩余区间隧道由全断面 VI 级围岩逐渐过渡至中风化围岩地层，部分区段为上软下硬地层。而地下水主要赋存在 VI 级围岩的中粗砂层、砾砂层及碎石土层中，为了保证止水效果，随着开挖的不断前进，要求旋喷桩纵向打入中风化层的深度不小于 1.0m，区间隧道进入中风化地层断面部分，水平旋喷桩可停止打设，即由隧道仰拱至拱顶，逐渐减少，直到全断面进入岩层。 5 小结 止水帷幕水平旋喷桩作为新工艺、新技术，利用已自行开发成功“钻喷一体机”及其全套配套设备，能够确保成桩效果，但是不
13、能形成止水帷幕，但在软弱地层中的综合效果优越于超前管棚和超前注浆，适用于下穿围岩差等要求严格的暗挖工程。 作为新兴的工艺和技术，水平旋喷桩有非常明显的优势和发展前景，但仍然有很多需要改进和提高的地方，归纳如下几个方面：目前水平旋喷桩钻机设备仍处于开发阶段，仍需要在使用过程中，总结经验教训，对设备进行不断改进和优化，降低设备的故障率。鉴于目前水平旋喷桩不能很好达到止水帷幕的效果，有必要根据不同的地层和条件，采取7一些辅助措施弥补旋喷桩的不足，如桩间小导管或者超前注浆等措施。 参考文献： 1孙星亮，王海珍.水平旋喷固结体力学性能试验及分析J.岩石力学与工程学报，2003，10：1695-1698. 2张亮标，唐玉文.草桥热力外线隧道暗挖水平旋喷桩（加筋）支护J.岩土工程界，2005，12：68-70. 3孟凤朝.深圳地铁大科区间隧道水平旋喷桩施工技术J.铁道工程学报，2003，02：1-4. 4吴波，高波，骆建军.地铁区间隧道水平旋喷预加固效果数值模拟J.西南交通大学学报，2004，05：605-608. 5刘勇，孙星亮，朱永全，景诗庭.水平旋喷预支护技术在铁路隧道中的应用J.岩石力学与工程学报，2002，06：905-909. 6张晓，杨建国，王运周，田兵.水平旋喷桩预支护在软弱黄土隧道中的试验研究J.现代隧道技术，2010，01：36-40.
