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1、隧道旋喷注浆预加固施工技术1引言在特殊地质、软弱围岩隧道施工中，易出现溜塌、滑塌、 地表沉陷等现象，这样不但影响施工安全、质量和进度，还会加大施 工成本，如果加固措施不到位还会影响到隧道投入使用后的运营安全。 因此，特殊地质、软弱围岩隧道施工中加固技术非常重要，不仅可以 提高围岩稳定性，还可以保证施工过程中的施工安全。预加固技术原 理是利用高压旋喷注浆加固软弱地层，沿拱部外缘施做相互咬合的旋 喷柱体，前后循环相互搭接形成拱棚，在它的保护下安全、高效地 进行开挖作业。2预加固法原理 预加固法的施工理念源自“软岩隧道重在加固”。首先采用大直径深孔在隧道轮廓以外引水，然后通过施做玻纤锚杆来 预加固掌
2、子面，通过利用水平旋喷台车沿隧道周边施做水平旋喷桩来 代替国内的超前大管棚和小导管进行断面预加固，开挖、支护、二次 衬砌全部采用机械化作业，机械化程度高、设备配套完善，提高了功 效，降低了施工安全风险。施工过程使用PST-60钻机钻孔，钻到设计深度后，回撤钻杆，通过高压泵以大于35Mpa的压力把配制好的浆液喷射到砂土内，喷射 时待浆液将一定范围内的砂体稀释，并在喷嘴作缓慢旋转和进退的同 时切割砂土体，使砂颗粒与浆液充分混合，待浆液凝固后，形成水柱状水泥砂土固结体，即成水平旋喷桩。水 平旋喷桩可以提高砂土体的强度和结构特性，当旋喷桩相互咬合后，便以同心形式在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷帷幕体
3、，起到防坍塌、防滑塌和防 止因隧道开挖而引起地表沉降的作用，可保证隧道安全掘进。3预加固法设备预加固法施工的主要机械有PST 60水平旋喷钻机、SM14钻 机和高压泵站两大部分。3.1 PST 60水平旋喷机PST60水平旋喷机是有意大利土力公司自行研发制造，采用履 带式地盘、全液压传动并设有操作室的摇臂钻机，可以根据工程性 质和作业环境的不同方便地调换部件，能满足大扭矩和长行程的施工 要求。PST60水平旋喷机配有深度和精度测定仪，可随时测出钻 进深度和钻孔垂直度，保证钻进的精确、灵敏度。钻进时最大钻孔角 度可达20，左右回旋最大角度为120。3.2高压泵站高压泵站是旋喷注浆形成帷幕进行超前
4、预加固的关 键设备。泵的压力与流量直接影响旋喷桩长度、直径的大小和强度。高压泵 的重要性能除压力外，再就是流量的控制。PST60钻机的高 压泵 站能满足压力、流量的调节要求。4预加固施工方法4.1预加固施工顺序(1) 隧道掌子面挂设钢筋网片，使用C20混凝土封闭掌子 面。（2）掌子面中部施钻泄水孔（由上至下）。（3）隧道周边施做旋喷加固孔，旋喷结束后及时顶入大管 棚， 采用跳孔施工。（4）隧道周边是施做排水孔。（5）掌子面施做玻纤锚杆孔，隔排跳孔施工。4.2预加固法施工相关参数（1）为了防止在高压旋喷过程中因喷射压力过大引起掌子面坍塌，在掌子面施钻泄水孔和泄压孔，长度为11m孔径60mm成孔后
5、下入PVC滤水管泄水。（2）使用PST60水平旋喷机进行引孔旋喷加固，每循环 加 固范围为15m开挖10m为宜。旋喷桩沿隧道开挖轮廓线环向 布置。 施工参数：桩径600mm桩长15m相邻两根桩的角度为510，旋 喷压力为40Mpa转速为10r/min ,水泥浆流量为250L/min，后退速度 为1cm/s，采用1:1普通水泥浆液，浆液在 洞外泵站配置，采用管道 输入。（3）在隧道轮廓线外设环向真空深孔降水孔，深度为40m ， 孔径 60mm。（4）掌子面加固采用套管跟进方式施做玻璃纤维锚杆，长度为 11m,梅花形布置，孔间距1.5m,数量4555根，孔内压 注1:1普通 水泥浆液，端头采用旋喷
6、2m增加锚固强度。4.3高压旋喷施工工艺 4.3.1施工前准备工作(1) 检查钻机、高压注浆运行是否正常，其它配套设备是 否齐全。(2) 挂设钢筋网、喷射混凝土封闭掌子面，在掌子面测量标出 隧道开挖轮廓线，测量放线定桩位，并编号每个桩号，以便于施工资 料记录。(3) 挖设排水沟和浆液沉淀坑，废水和溢浆通过排水沟流入沉 淀坑后外运，以免出现侵泡拱脚和污染施工现场。4.3.2水平旋喷机就位 隧道水平旋喷桩施工一般自拱脚开始， PST60水平旋喷机 就位时机座要平稳，然后调整钻机角度、方位， 对准孔位，孔位 误差控制在土 20mm倾角误差一般不得大于1。4.3.3水泥浆液配制水平旋喷桩采取单液浆旋喷
7、，水泥浆液配比 为1:1，水泥可采用P.O42.5普通硅酸盐水泥。根据地质情况，水泥浆液可以适当 调整配比进行优化。浆液在洞外高压泵站处配制，经高压泵站通过 输送管送至掌子面处。4.3.4水平旋喷机钻进PST 60水平旋喷机按照测量定位的桩位孔采用专用钻头进行 钻进。先调整钻机对准孔位，将导向钻头送入孔内，钻杆通过导轨定 向，钻进时采用高压水辅助，钻头前端有水眼，钻进时高 压喷射，切割钻孔周围砂土，起到辅助钻进作用。每钻进5m要测一次倾斜度并做好记录，每次倾斜角度偏差不超过1%。如果钻进过程中角度符合要求，钻机则匀速旋转钻进，钻杆轨迹一般是平直的；如果钻进过程中角度出现偏差，钻机会非匀速旋转钻
8、 进，此时钻杆轨迹会出现偏移。如发现偏斜角度超过1%要及时纠正，直到钻至设计深度。4.3.5高压旋喷成桩(1) PST-60水平旋喷机钻进至设计深度后，先退出钻杆，再 将带有喷嘴、调试好压力的钻杆下至设计喷射深度，调整喷嘴位置， 开进行水平旋喷作业。当浆液流出孔口后，按照设计的提 升速度、旋 转速度，自内向外开始进行喷射、旋转、提升，一直 到设计的终止位 置停止水平旋喷，将钢管连续推入孔内并注浆填满为止。此时退出喷 射管跟换钻孔钻头进行下一个孔施工。(2) 当施工中遇到围岩较好的地质情况时，旋喷是固结体尺寸 可减小，可适当提高喷射压力、泵送量或降低回转与提升速度及采 取复喷搅拌措施，可先喷12
9、遍清水，再喷12遍水泥浆。在旋喷 时随时观察记录注浆压力表，如果发现压力降低，应立即停止旋喷， 检查原因，待压力升起后可继续旋喷。(3) 为了保证水平旋喷桩质量，旋喷过程必须连续，防止出现 断桩、缩桩及堵嘴现象。水平旋喷的速度及压力直接决定了桩的质 量，压力和速度控制合适后，可以使切割的砂土体与浆液充分混合， 形成均匀的水平柱状水泥砂土固结体，即水平旋喷桩。水平旋喷桩不仅可以起到加固支撑作用，还可对后续开挖施工提供安 全保障。(4) 水平旋喷桩成桩时，喷浆至孔口掌子面1m距离段必须 做 好封孔工作，孔口的止浆装置一般为大球阀。当施工完毕一根水平 旋喷桩后应及时用清水高压冲洗管道及设备，确保管内
10、不留浆液，清 洗完毕后进行下一个桩位施工。因为浆液初凝需要时间，所以应该间 隔施做，间隔2 3个桩位为宜。(5) 如果水平旋喷桩施做过程中遇到其它因素停喷后，重新恢 复施工前，应先将喷头前移30cm采取重叠搭接喷射处理后，再继续 后退及喷射注浆，并记录好中断深度和时间。如果停机超过2h时， 应对泵体输浆管进行清水高压冲洗管道后方可继续施工。5结束语水平旋喷桩作为超前预加固措施效果较好，可在特殊地 质、软弱围岩的隧道周边形成帷幕体，可承受部分地层压力，保持 砂土软岩在开挖后的稳定，在帷幕体的保护下，隧道开挖能够安全地 通过软弱围岩的地层，有效地控制拱顶滑塌或坍塌、地表沉降，确 保地表管线、建筑物、道路交通安全。
