水平旋喷桩在梁山隧道深埋富水软弱构造带中的应用

陈春安

（东南沿海铁路福建有限责任公司，福建福州 350013）

水平旋喷桩在梁山隧道深埋富水软弱构造带中的应用

陈春安

（东南沿海铁路福建有限责任公司，福建福州 350013）

厦（门）深（圳）铁路梁山隧道DK96+495～+535段穿越L7深埋富水陡倾软弱构造带，施工中多次发生突水突泥，并引发270m埋深地表发生塌陷，处理极其困难，为国内外罕见。经技术与经济论证后，确定采用水平旋喷技术进行超前预加固，因长度达40m的水平旋喷桩技术目前无任何经验，在此背景下实施了水平旋喷试验。通过试验确定了施工技术参数、工艺流程；并明确了水平旋喷桩的加固效果，并在梁山隧道深埋富水软弱构造带中成功实施，其研究成果可为类似地质条件中隧道的设计与施工提供借鉴。

隧道；富水软弱带；水平旋喷桩；施工工艺；质量控制与检验

引言

在隧道施工中，保证隧道开挖前的围岩稳定及控制地下水是隧道施工成败的关键。目前，常用的超前加固手段主要有超前小导管注浆、管棚注浆以及帷幕注浆等，但由于注浆加固难以有效消除盲区，动水作用下极易管涌，难以实现稳定围岩和控制地下水的目的。由于水平旋喷超前加固能通过置换手段改良软弱带介质体，能有效提高软弱带稳定性、抗击水冲蚀能力，保证地层处于稳定状态，解决了隧道穿越浅埋、软弱土体及地下水活动较强的特殊困难地段的隧道开挖问题，因此水平旋喷超前加固技术已受到相关行业的重视和广泛关注。本文结合厦（门）深（圳）铁路梁山隧道L7软弱带富水全风化花岗岩夹杂辉绿岩、闪长玢岩等地质特点，对水平旋喷超前加固软弱地层的施工技术及施工工艺进行详细阐述，以期对类似工程的修建起到抛砖引玉的作用。

1 工程概况

梁山隧道为新建厦深铁路（福建段）控制工程，位于福建省漳浦县（进口）和云霄县（出口）境内，全长9888m，里程为DK94+000～DK103+888，L7软弱带位于DK96+505处，2009年3月发生4次较大规模突水突泥，突泥量约30000m3，地表发生塌陷（陷坑近似椭圆形，上宽下窄，长轴长约57m，短轴长约33m，深度约25m）；2010年3月再次发生多次间歇性突水涌泥，总涌泥量约5500m3，导致230m正洞被涌泥填充，地表塌陷区加深15m，呈漏斗状，后经钻探、地表调查等多种勘探手段查明：极其富水，风化深度至地表270m，夹层厚度约25m，横向延伸长约2300m，夹层物质为全风化花岗岩夹辉绿岩、闪长玢岩，呈砂状、土状，极为特殊罕见。

在处理梁山隧道L7软弱带过程中，先后采用超前小导管、帷幕注浆等方法进行了加固处理，经后续开挖施工均全部失效，后经参建多方综合论证研讨，确定采用水平旋喷桩对L7富水软弱带预加固。

2 水平旋喷桩预加固技术及在梁山隧道L7中的应用

2.1 水平旋喷桩加固原理

采用自制旋喷钻机打设水平孔，钻进至设计深度后，通过水平钻机、钻杆、喷嘴以大于30MPa的压力把配制好的浆液喷射到土体内，借助射流的冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度（15r/min）旋转，一面低速(15～30cm/min)徐徐外拔，使软弱带物质与喷射出的水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化凝固后形成直径大于50cm且均

匀、具有一定强度的桩体，使得地层得到加固，水平旋喷桩相互咬接后，在隧道外轮廓周边形成封闭的水平旋喷桩帷幕体，能够起到防流沙、抗滑移、防渗透的作用，确保隧道掘进安全。水平旋喷桩主要具有以下作用：（1）置换作用，高速射流切割土体的同时，由于通入压缩空气而把一部分切割下的土粒排出灌浆孔，土粒排出后所空下的体积由灌入的浆液补充；（2）混合搅拌作用，土粒与浆液搅拌混合后形成固结体；（3）填充、扩散固结作用，高压浆液充填土体空隙，析水固结，还可渗入一定厚度的砂层而形成固结体；（4）压密作用，喷射流的压力对土层可产生一定的压密作用，提高土体的强度。

2.2 施工参数的选定

2.2.1 水平旋喷试验

为确保水平旋喷桩在深埋富水花岗岩软弱构造带的可实施性，施工前对水平旋喷的加固效果、工艺流程以及施工技术参数进行试验，最终确定在梁山隧道中水平旋喷桩的合理施工参数。

如图1所示，涌泥体内共施作13根水平旋喷试验体，单长43m，加固体直径采用600mm，间距0.45m，相邻咬合0.15m，共布置2排。

图1 涌泥体内水平旋喷体试验布置图

涌泥体水平旋喷试验加固体效果图如图2所示；水平旋喷桩体试验施工情况如表1所示。

图2 涌泥体水平旋喷试验加固体效果图

图3 梁山隧道水平旋喷布置图

表1 水平旋喷试验桩施工情况表

根据试验结果，水平旋喷加固试验体续性较好，成桩效果明显，加固体长度达40m；对各加固桩取芯试验后，强度平均值达3.2MPa，加固体平均直径500mm。

2.2.2 水平旋喷参数选定

根据涌泥体内的水平旋喷试验，选定水平旋喷参数如下：

加固体直径：500mm；

加固体强度：≥3MPa；

浆液材料：425普通硅酸盐水泥，水灰比＝1∶1；

旋喷压力：30～35MPa；

浆液流量：70～100L/min；

拔杆速度：15cm/min；

旋转速度：15r/min。

2.3 梁山隧道L7深埋富水软弱带中水平旋喷桩设置

根据水平旋喷加固试验结果，确定梁山隧道L7深埋富水软弱带中水平旋喷桩设置如图3所示。

特殊加强衬砌开挖轮廓线外拱墙设置4环水平旋喷注浆预加固，旋喷体厚1.55m，仰拱底部设置2环水平旋喷注浆预加固，旋喷体厚0.85m。旋喷

钻孔长40m，旋喷至对面岩质，环向外倾角2.5%，软弱带内最小旋喷体直径Φ500mm，每环水平旋喷体环向中心间距为0.35m，相邻旋喷体相互咬合的设计值为0.15m；相邻环水平旋喷体中心间距0.35m，交错布置，相互咬合；旋喷体设计抗压强度不小于3.0MPa。加固圈内拱墙4环、隧底2环水平旋喷共计477根，总长19080m。

为改良正洞软弱带涌泥体，提高掌子面的稳定性及抗冲蚀能力；为未开挖段之加固圈提供预支撑；同时为加固圈末端可能设置的补旋喷加固环提供稳定施作条件，水平旋喷加固圈施工完毕后，于正洞掌子面施作水平旋喷桩加固补强。掌子面水平旋喷体旋喷钻孔至软弱带对侧基岩，最小旋喷直径Φ500mm，桩体布置间距1.2m×1.2m，交错布置；旋喷体抗压强度不小于3.0MPa。掌子面补强共设置水平旋喷体105根，总长4200m。

2.4 水平旋喷施工工艺流程

水平旋喷施工工艺流程见图4所示。

图4 水平旋喷施工工艺流程

2.5 水平旋喷效果检验验证

通过地质钻探、钻孔取芯、孔内成像以及后续开挖等综合检验验证，梁山隧道L7加固范围软弱带揭示物质基本为水泥土，且胶结较均匀，各孔孔壁90%呈光滑状态，在23.5-32.5m段两端各1～2m范围岩层交界面位置光滑度较差，呈蜂窝状。各孔孔口未见明显出水，只有少量渗水；孔内有局部地段渗水，个别孔有线状出水点。水平旋喷加固达到预期要求，从现场开挖施工揭示（图5），水平旋喷施工技术在类似工程中应用具有可行性，且效果明显。

图5 水平旋喷加固效果图

3 结束语

梁山隧道L7软弱带涌泥体和软弱夹层采用水平旋喷超前加固处理后，通过对水平旋喷桩的成桩效果、工艺、工效及可能存在的问题进行验证，经后续开挖揭示，经水平旋喷加固后隔水、稳定性等明显改善，水平旋喷桩体完整性、咬合等较好，取得了良好效果，确保了L7软弱带开挖过程安全及围岩稳定，实现了预期效果。

通过该工程实践，基本掌握了隧道水平旋喷技术参数、施工工艺和水平旋喷加固方案，为类似工程提供参考。同时在今后的水平旋喷施工过程中应注意以下几点：在富水软弱岩体中施做水平旋喷加固前，应视水文地质条件设置泄水孔，根据水压力情况适当泄压；水平旋喷钻孔时，应选择合理的施工顺序，先下后上、跳桩施工，钻孔局部结合分段注浆，使用长钻杆，减少拆换钻杆，有利钻孔连续，减少抱钻、卡钻概率；旋喷过程中应注意施工过程中压力变化，并加强对尾浆液的排放处理。

[1]王梦恕.大瑶山隧道—20世纪隧道修建新技术[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2]张民庆，张文强，孙国庆.注浆效果检查评定技术与应用实例[J].岩石力学与工程学报，2006，25（增2）：3909-3918.

[3]刘晓曦，韩跃.水平旋喷桩在软弱土质隧道施工中的应用[J].世界隧道，2000（2）：63-65.

责任编辑：孙苏

Application of Horizontal Rotary Jet Grouting Pile in the Deeply Buried Weak Structural Belt with Rich Water of Liangshan Tunnel

The DK96+495--+535 section of Liangshan tunnel of Xiamen-Shenzhen railway passes L7 deeply buried weak structural belt with rich water, causing water inrush and mud burst frequently take place in construction and 270m deeply buried surface collapse,which brings great difficulties and is rarely seen at home and abroad.After technological and economical discussion,horizontal rotary jet grouting technology is applied in advanced strengthening and horizontal rotary jet grouting experiment is done for lack of any experience in 40-meters long horizontal rotary jet grouting pile.The construction technological parameters,technological process and reinforcement result are obtained in the experiment.It can offer some

for similar design and construction.

tunnel;weak structural belt with rich water;horizontal rotary jet grouting pile;construction technology;quality control and inspection

U25

：A

：1671-9107（2013）12-0041-03

2013-10-11

陈春安（1963-），男，福建南安人，本科，工程师，主要从事铁路工程的建设与管理工作。

铁道部科技研究开发计划重点项目（项目编号：2011G026-G）。

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.12.041