水平旋喷搅拌技术在地铁工程中的应用

陈程，邱涛

（中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都 611130）

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，并且地下水十分丰富，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机高度。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。