水平旋喷搅拌技术在地铁工程中的应用

陈程 邱涛

【摘 要】水平旋喷搅拌技术在地铁工程中的应用十分广泛，其可以有效提高地铁隧道的支护质量。基于此，论文首先对水平旋喷搅拌技术进行阐述，进而提出该项技术在地铁工程中的应用。

【Abstract】The application of horizontal jet grouting mixing technology in subway engineering is very extensive， which can effectively improve the support quality of subway tunnel. Based on this， the paper firstly describes the horizontal jet grouting mixing technology， and then puts forward the application of this technology in subway engineering.

【关键词】水平旋喷搅拌技术;地铁工程;隧道;应用

【Keywords】horizontal jet grouting mixing technology; subway engineering; tunnel; application

【中图分类号】TU472                                         【文献标志码】A                                     【文章编号】1673-1069（2018）12-0147-02

1 引言

随着我国社会经济不断发展，近些年四川地区大力发展地铁事业，隧道工程数量不断增加，在软弱、松散、富水地层中修建隧道工程，超前预加固辅助工法得到了行业的广泛认可。超前预加固技术主要包括大管棚、小导管、水平旋喷桩、水平搅拌桩、超前小导管预注浆等。不同工法选择要结合工程实际的地质、水文、环境等方面进行考虑，还需要重点关注技术使用的安全性、经济性、适用性，采用动态分析、动态设计方法。而水平旋喷搅拌技术在实际应用中更加广泛，在四川地区地铁工程建设中发挥着极大的效用，值得进一步推广。

2 水平旋喷搅拌术简介

水平旋喷注浆法是在初期导管注浆技术基础上发展而来的一项技术，主要是通过高压旋喷形式对水泥浆液进行压注，从而在隧道开挖轮廓外构成一道拱形预衬砌的支护方法。水平旋喷搅拌技术是超前预加固辅助工法的一种，主要采用泵作为动力源，采用水平钻机钻杆、喷嘴等设备，将已经制作好的浆液喷射到土体当中，喷射流的能量可以将土体射穿，喷嘴会不断旋转、进退实现土体切割，使土颗粒和浆液进行混合，等到浆液凝固之后，即可形成水平圆柱形状的水泥固体，也就是水平旋喷桩。

3 工程概况

某地铁工程为双线8车道，路基宽度为60m、辅道为20m，隧道设计上采用了两条单线隧道形式，净距离为2.5m、暗挖区间长度为80m、深埋度为5m。该工程地段地形较为平缓，是典型的砂岩基层，深埋度大（大约在20m），上覆土依次为：杂填土、淤泥质土、粉砂、粗砂，厚度分别为：3.3m、2.2m、5.5m、7.2m。工程地下水资源丰富，水位大约为2.8m。本工程的主要特点为：

3.1 地质条件差、水文条件复杂

工程暗挖隧道所处地层是杂填土、淤泥质粉砂、淤泥质土、砂砾地层，并且地下水十分豐富，升降较为明显，具有丰富的补给，整体缺乏稳定性。隧道要穿越淤泥质粉砂、砂砾地层，由于隧道土体稳定性差、含水量大、地下水位高、容易补给，所以可能出现涌水、渗流等问题，对工程稳定以及开挖工作十分不利。

3.2 隧道埋深浅，地表沉降控制难

隧道拱顶深埋度为5m，地面上有铁路干线。在施工过程中要求地表沉降不能影响干线正常运营，因此，对水平旋喷搅拌桩、洞室开挖要求更高。

3.3 相邻隧道间距小，洞室开挖难度大

本工程两个隧道之间的距离只有2.5m，所以在开挖施工中对隧道结构整体影响较大。

4 水平旋喷搅拌技术在地铁工程中的应用

4.1 应用范围以及技术措施

由于工程要穿越粗砂层、粉砂层，并且该地区的水资源十分丰富，在应用矿山法暗挖施工方案时，需要重点解决地下水丰富的问题，不可在开挖工程中产生漏水、漏砂等问题。这就突出了水平搅拌桩技术的优势，其可以实现加固地层、止水帷幕等。

在实际应用中，采用全封闭水平旋喷搅拌桩技术进行支护，搅拌桩间距控制在350mm、咬合为150mm。采用环向桩间咬合搭接方法，从而构建帷幕实现止水作用，避免产生流砂、流水等问题。在钻孔当中，要以长水平旋喷搅拌桩支护技术为主。通过采用水平钻孔高压旋喷在隧道上方构建拱棚，相连旋喷体之间能够相互搭接，搭接圆周交点需要结合拱棚预定最小厚度，这就要求钻孔工作能够达到指定要求。为了能够保障水平旋喷搅拌桩精度达到设计标准，要采用垂球定位、水平尺确定进入围岩角度，采用全站仪确定隧道的中心线，明确搅拌桩的具体走向。钻杆上增设导向管，保证钻井的水平度。施工中做好测量工作，在能够不损坏地下建筑的情况下，要纠正钻孔位置，保证钻入精度[1]。

地面隆起与地面沉降问题一样，会直接影响地下管网安全性以及地上交通安全。通过分析可知，在搅拌过程中由于孔内形成静压导致地面隆起，地面隆起与覆土深度、孔内静压有着直接关系。在施工当中，要时刻关注钻孔内部出浆情况，应用抽杆将孔壁冒浆通道打通，避免内部生成静压或控制静压达标，这样即可避免地面隆起。还需要时刻关注地面沉降性，根据实际沉降情况采取下一步措施。

4.2 施工参数选择

在采用水平旋喷搅拌桩施工当中，需要配合全站仪放线测距，按照隧道中心线向两侧放线。本工程水平旋喷搅拌桩每端钻进长度为40m，为了避免在钻进时产生侵限问题，可以在隧道拱部、边墙外放300mm。考虑到预留变形问题以及施工偏差，还需要将隧道外放60mm，总共外放长度为360mm。同时，隧道下部外放60mm。为了避免在实际施工当中产生钻头下坠，造成隧道轮廓线被侵入，可以将拱部钻进角度稍稍上扬（1.5°），边墙钻进角度稍稍外斜1°，仰拱钻进角度不需要调整。在施工中建议先进行下部施工，之后再开展上部施工，这样在上部施工过程中，可以使上部泥浆溢出将下部孔洞填补，提高水泥浆利用率。本工程的旋喷参数为：压力20MPa、水灰比为0.75：1、水泥量为每米100kg、钻进速度为每分钟500mm。

在钻孔与旋喷长度方面。通常旋喷要比钻孔长度低1m，也就是距离孔洞出口1m的位置停止旋喷，避免对旋喷工作面造成损坏。旋喷长度越长，其性能越高。但是增加旋喷长度，可能无法保证钻孔精度，固结体端部搭接工作困难。为了保证钻孔精度，要保证旋喷前桩体间咬合度，在施工当中提高对钻孔角度、深孔的监测工作。先进行钻孔长度的测量，确定孔深，之后采用水平尺、垂球定位对其上扬角度确定。采用全站仪将隧道中线测量并标定，明确旋喷桩具体走向。导向管要在每8m钻杆位置设置一个，这样可以保证钻进的水平性，提高钻孔精度[2]。

4.3 施工技术要点

在准备期间，需要正确选择旋喷搅拌机，通常根据孔洞高度确定搅拌機高度。按照工程标准开挖高程工作面，对工作平台进行整平处理，预留好各个孔洞灌浆的机械位置。在旋喷工作面上确定隧道中线、轮廓线，并将拱顶开挖线最高点标注。在工作面上铺设2.5m长、25×25cm断面的枕木，如果枕木高度无法控制，则需要采用钢丝绑扎或采用扒钉连接。在枕木上铺设轨道，在道顶将轨道固定连接，这样采用钻孔机才会更加稳定。

浆液配置过程中，需要确保搅拌时间大于2min。之后按照钻孔顺序，从上到下进行钻孔旋喷作业。要把钻机稳固，之后结合设计中计算好的机上控制点高程以及偏角，对钻机上钻杆角度进行调整，保证钻机定位的精确度。在钻机进入到指定深度时即可进行旋喷。为了确保旋喷质量，要先预喷30s再正式施工。采用3次复喷形式，一边旋喷一边后退。待到一个孔洞旋喷完毕之后，采用清水将高压泵、输浆管路进行清洗，直到管路流出清水为止。再者，需要在工作平台前段、中央挖一条排浆沟，让浆液集中流入集水坑当中，沉淀之后排水，将浆液统一处理。

5 结语

综上所述，为了推动四川地区地铁事业的发展，必须要保证地铁隧道工程施工质量，这也决定了地铁行驶的安全性，这就需要全面加强对地铁工程实际情况的分析，合理应用水平旋喷搅拌桩技术，提高隧道整体刚性。在施工中，要加强技术控制、正确选择施工参数、掌握施工要点，从而完成隧道工程建设。

【参考文献】

【1】钟有信，丁锐.水平旋喷搅拌桩预支护在深圳地铁工程的应用[J]. 土工基础， 2012， 26（6）：8-10.

【2】刘文丽， 马丁， 李磊磊. 水平旋喷桩施工技术在深圳地铁施工中的应用[C].综合轨道交通工程建设与城市化协同发展学术交流会， 2014.