水平高压旋喷注浆技术在浅埋隧道预支护中的应用探索

李宗仁

中铁十二局集团第二工程有限公司 河北石家庄 050000

1 工程概述

蒙华铁路万荣隧道中铁十二局承建的蒙华铁路万荣隧道地处山西省万荣县，全长7683米，为单洞双线隧道，设置进口、5个斜井，隧道Ⅳ围岩180m，占2.34%，Ⅴ级围岩7403m 占96.36%，Ⅵ级围岩100m，占1.3%，整条隧道地层多为砂质或黏质新黄土、砂质或黏质老黄土、粉砂、细砂，不良地质为砂质新黄土、粉砂地层[1]。

万荣隧道长7683 米，设计为单洞双线隧道。万荣隧道先后采用了斜井铺底井根、机械手喷射混凝土、仰拱初支井根、初期支护。推行长大仰拱栈桥工装施工、实现了快挖、快支、快封、快强。

2 水平高压旋喷注浆技术原理及施工设计

2.1 水平高压旋喷注浆技术施工原理与特点

（1）在隧道开挖之前，于掌子面前方构筑拱形刚性体，减轻了传到掌子面和支护上的荷载，控制开挖引起的变形。

（2）因旋喷土体形成了改良的强度高的改良体，支撑了上部荷载，控制了不良地层的坍塌等现象。

（3）因采用专门的机械设备施工，可根据需要控制水泥桩体的直径，要求旋喷直径较大时，可采用复喷、定喷、摆喷等工艺相结合，或加大喷射压力，或适当放慢回提速度等，使之满足预定的设计要求。

（4）水泥的用量及切削土体的方向可以控制，旋喷桩重叠比较规则，形成的衬砌体较固结注浆形成的衬砌体均匀，且强度也高。

2.2 水平旋喷施工设计

（1）按照S-2 试验桩浆液比重配制，为保证搅拌均匀，采用高速搅拌机搅制，连续均匀搅拌不少于3min。浆液配制完成后进行浆液比重检测，单桶浆液使用时间不得超过4h，水泥浆搅拌桶底部及出浆口及时清理，防止堵塞。

（2）钻进：钻进速度控制在25cm/min，钻进中用低压清水冷却钻头，可减少阻力，保证钻孔顺利进行。

（3）旋喷：为防止桩前端受外插角影响，保证加固效果，钻进达到设计深度后原位旋喷1min 后开始回旋，旋转喷射压力保持在38MPa。旋喷前5m 时，回旋速度应保持在15-18cm/min，后部回旋速度可以调整到25r/min。

3 水平高压旋喷注浆技术在浅埋隧道预支护中的应用

3.1 钻孔施工

在水平高压旋喷注浆施工过程中，需要按照方案完成测量放样，确定钻孔位置。如表1 所示，为施工采用的注浆钻注设备。在钻孔作业时，将钻机移动至钻孔位置，使钻头与旋喷桩孔中心对正后，可以先以0.5MPa 压力进行射水试验，确认喷嘴畅通后，可以进行钻进[2]。采用的钻头直径130mm，按照设计外插角和孔位坐标初期应保持低速钻进，钻深达1.5m，之后进行长1.5m孔口管安装，直径为108mm，厚为5mm。实际安装孔口管，需要利用锚固剂进行巩固，以免漏浆问题产生。锚固后，利用直径90mm 钻头持续钻进，孔深5m，然后安装堵浆头注浆。注浆结束后，需钻进5m，然后再次注浆，实现反复循环，直至达到设计深度。钻孔时，可以将射水压力从0.5MPa 提高至1MPa，使摩擦阻力得到减小，以免出现喷嘴堵塞的情况。钻孔作业期间，需要加强钻压控制，保证钻孔角度符合要求，同时能够破土碎岩。同时，需加强钻进速度控制，在表土层钻进时钻头线速度在2-3m/s 之间，达到软岩层在1.7-2m/s 之间，到达砾石层应在1.6-2.4m/s 范围内。

3.2 注浆施工

在注浆施工期间，需要采用425 号普通硅酸盐水泥，按照水泥:水:速凝剂=1:1:（0.02-0.03）比例进行浆液配置。采用的速凝剂为氯化钙，配置时需要先在搅拌桶中放入结晶水，然后添加水泥和速凝剂，搅拌10-20min 后，将桶底阀门打开，实现0.8mm 过筛。利用泥浆泵抽出泥浆，利用0.8mm 过滤筛再次过滤后，可进入主泥浆池待用。在高压注浆阶段，需要将浆液密度控制在1.3-1.49g/cm3范围内，采用直径2.9mm 喷嘴，流量为80L/min，注浆压力在14-24MPa 范围内。按照由外向内、由上到下的顺序，可以进行间隔跳孔注浆。采用旋喷注浆技术，利用高压泵向钻机输送泥浆，在钻杆旋转和提升过程中，浆液将从孔底冒出，然后由下而上进行旋喷施工。在首根钻杆从地面提出后，需要停止压浆，直至压力下降后将钻杆拆除，然后直至浆液压力达到设计值可继续注浆。反复循环，可以将喷头提高到桩顶位置。在注浆压力超出设计值3-4MPa，且稳定压力10min 后，可结束注浆[3]。未免桩顶凹陷，还应意识到浆液与土层混合后会凝固收缩，因此结束期间应实现1-2min 低压补浆。施工期间，冒浆量应不超过正常量20%，否则需查明原因，对旋喷参数进行调整。旋喷期间需要连续提升钻杆，对钻杆进行拆卸或接长需要保证搭接长在100-200mm 之间，防止断桩问题的发生。

4 结语

完成注浆后，可以进行管棚施工，在完成测量放线后，按照设计位置进行开孔。在调整后钻机角度后，可以进行引孔。大管棚安装期间，应确保达到设计深度。完成管棚布设后，需要实施全孔一次性注浆，采用与旋喷注浆相同的材料和配合比，注浆终压控制在2-4MPa 之间。针对加固工程，检查旋喷质量需要保证检查桩数达到总数5%，发现异常桩需要通过钻取岩芯等方法确认质量是否合格。