高压旋喷桩止水帷幕技术在地铁车站工程的应用

2021-04-20王立伟

设备管理与维修 2021年6期

王立伟

（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京 101399）

0 引言

地铁深基坑工程施工中的干扰因素多，基坑降水易发生不均匀沉降现象，不仅会损坏地下结构，还将对周边建（构）筑物造成不良影响。一旦遇到地下水位偏高的情况，还需要注重止水作业。在北京市地铁朝阳公园车站施工中，现场建设环境复杂，分布有大量地下管线及建筑物，为顺利推进施工作业，采取高压旋喷桩止水帷幕的方式，下面将围绕该技术展开详细的探讨。

1 工程概况

地铁朝阳公园站为岛式车站结构形式，采取两端明挖及盖挖、中间暗挖的总体施工方案，车站建设于朝阳公园南路与甜水园街交叉丁字路口，现场施工条件复杂。本站底板埋深约18 m，围护结构对整体稳定性的影响较为显著，此部分采用直径1000～1500 mm 钻孔灌注桩的方式，嵌固深度设为6 m，桩间设置直径800 mm 旋喷桩，以有效阻水。出于全面避免渗漏的目的，外侧施作直径400～600 mm 的止水帷幕。

2 高压旋喷桩止水帷幕概述

高压旋喷桩止水帷幕的应用建立在成型围护桩的基础上，通过三重管法高压喷射，以便在围护桩外侧形成稳定的加固体[1]。施工期间喷射压力应达到28 MPa 或更高，这样的结构可以发挥出止水帷幕的作用。

本次施工选择的是三重管法旋喷的方式，即布设了3 层喷射管，共同作用下保证高压水、气、浆可以完成横向喷射作业，期间空气提供上升力，有效处理产生的破碎土体，使其排出。按照旋喷相互搭接的原则施工，形成完整的止水帷幕，在其作用下可有效隔绝地下水，给基坑的开挖以及后续各环节施工提供良好条件。

3 旋喷桩施工技术的应用

3.1 施工准备及主要流程

确定施工范围并整理现场，如清除表面覆土以消除对施工作业的不良影响等，在车站北站低洼处换填，将与施工作业无关的物件移走，为后续施工提供良好的基础条件。施工工艺流程：钻机就位→孔位对中调整垂直度→钻孔→孔深检查→插管→检查泵压、气压、管路喷嘴及水灰配合比→喷浆作业→拔管→清洗器具→移机→回填注浆→注浆效果检查→终孔。

3.2 机械设备配置

为了确保施工的有序进行，提升技术管理与质量控制的效果，技术管理人员应当结合开工日期和施工进度计划，按照主要设备的需用计划等，技术组织所需的机械设备进场，并进行安装调试，确保设备能够正常使用保证工期的顺利进行。

本项目施工时，选取三重管高压旋喷钻机（GD-2 型）或三重管长螺旋钻机（ZKL600-1）两种机型。具体机械性能参数：旋喷转速约20 r/min，流量＞90 L/min，垂直度≤3‰，高压水压力20～30 MPa，水泥浆压力0.5～1 MPa，气流压力0.7 MPa，机型喷嘴直径为1.8～2.2 mm，喷嘴3 个。

对施工机械设备进行检查、调试的过程中，对发现的故障设备应进行及时维修，调试合格后再固定在所需的施工场所。设备操作人员应当经培训合格并取得操作合格证，在设备进场后即安排专人管理、维修和保养，对关键部位实施定期检查，防止设备出现故障引发安全事故。另外，为确保施工过程的安全，指挥作业人员应当站在可瞭望的安全位置，提前确认联络工具和联络信号；使用钢丝绳机械时，严禁用手或其他物品直接接触钢丝绳，应对其进行定期上油保养并检查其完整度，保证其结构完整。

3.3 施工方法

（1）定孔及钻孔。以设计要求为准经过检测后放样定位孔，要求与标准值的误差控制在2 cm 内，并设木桩固定。明确旋喷桩轴线的具体分布情况，于拐弯处设固定桩。选择合适型号的钻机并就位，使用水平尺检查机台，需满足平整、稳定、垂直的要求，无误后方可正式钻进[2]。受地层条件等因素的影响易导致钻机倾斜，此时需暂停施工并及时找平，无误后方可恢复钻进。钻进成孔后，应检查质量是否满足要求，然后再将钻机移至下一孔位。

（2）下喷射管。此环节施工中喷射台车为主要设备，将其移至成孔处，在地面组织试喷作业，根据施工情况优化工艺参数，将喷射管下放至指定深度，经过全面检查且无误后方可喷射混凝土。对于喷嘴堵塞等问题，需及时提升喷射管，明确具体成因并采取处理措施，无误后即可恢复喷射。

（3）喷浆材料和制浆。选择P.O42.5 普通硅酸盐水泥，与符合资质要求的供应商合作，水泥进场时做好质量检验工作。制备用水必须具有清洁、无污染的特点，按照设计配比严格控制各类物料的用量，制浆期间需要定期检测浆液比重，确保浆液各项质量指标都符合要求。

（4）喷射提升。下放喷射管并使其达到设计深度位置，此时高压水切割土体，水泥浆充填切割后土体，若出现孔口冒浆现象，则按设计速度要求匀速提升导管，达到终喷高程处即可停止。喷射施工中做好质量检查，需要注意如下问题：①接、卸换管作业必须在最短的时间内完成，以免塌孔；②若喷射中断，需视实际情况维修，避免中断时间过长；③若因情况特殊而导致中断时间达到1 h 以上，则需采取补救措施；④待各项施工条件都恢复正常后，喷射管需向下0.3 m，以使凝结体具有较好的连续性。

（5）回灌。完成喷射作业后，向孔内静压填充灌浆，此过程中检查浆面的状态，如不再下沉即可停止。回灌浆液是收尾环节，对整体质量的影响较大，选用邻孔高喷冒浆静压充填的方式较为合适。

3.4 旋喷桩施工技术要求

严格按照规范完成各环节施工作业，基本要求：①钻机始终维持平稳状态，控制好旋喷桩的位置，要求其垂直度误差＜1%、孔位偏差＜50 mm；②为保证旋喷桩的完整性，要求喷射压力达到30 MPa 或更高，全程提管速度稳定在20～22 cm/min；③完成喷射注浆后，由于浆液存在析水现象，在随后的一段时间内伴有收缩现象，导致固体顶部形成凹穴，此时需对该处采取补灌处理措施，所用水泥浆的水灰比以0.6～1.0 为宜且要加强防护，以免其他钻孔排出的渣土干扰施工作业。

4 施工问题及处理方法

结合本工程的建设目标以及现场条件，提出旋喷桩质量检验标准，具体内容见表1。

表1 旋喷桩质量检验标准

现场施工环境复杂，尽管严格按照规范组织施工作业，但在某些不可抗力因素的影响下也将导致质量问题，此时需采取针对性处理措施[3]。

4.1 固结体强度不均匀、缩径

（1）原因分析：①施工前期未做好全面的地质勘察工作，对现场情况的考虑不周，不同地质中采取的旋喷方法一致，缺乏针对性；②下钻或提升的速度偏快，导致浆液在各处的分布有所差异，桩径有所区别；③旋转速度未控制在合理的范围之内，出现忽快忽慢的现象。

（2）解决方法：①做好地质勘察工作，取芯以便分析地质情况，以此为依据选择合适的旋喷方法；②做好下钻前的准备工作，需试喷气，若无误方可进入正式的配浆施工环节；③多次过滤浆液，并保证喷浆的连续性，尽可能缩短中断时间。

4.2 压力上不去

（1）原因分析：①油管或气管不严密，或连接处发生漏气现象；②吸浆管内夹杂部分空气；③安全阀工作状态异常，如安全压力过低；④塞油泵的工作参数与设计要求存在偏差；⑤气阀处于异常工作状态。

（2）解决方法：①若存在异常之处，则要及时停机检查，以上述提到的原因为主要思路展开全面检查；②处理好故障后需用清水调压，在满足压力要求后方可恢复正常的喷浆作业。

4.3 固结体顶部下凹

（1）原因分析：①切落的土体与水泥浆液接触，两者达到相互混合的状态，受浆液吸水特性的影响导致桩径发生收缩，可见固结体顶部伴有不同程度的下沉现象；②由于地质条件、析水性的差异而使桩体下沉。

（2）解决方法：①适当增加桩长，可在设计值的基础上延长0.3～1.0 m；②结束旋喷桩施工后，及时组织人员将固结体顶板凿除也是可行的方式，而后再向凹穴处填入适量混凝土；③或选择与前期施工性能一致的浆液并将其旋喷入孔，结束之后在顶部再次钻进，深度控制在0.5～1.0 m，在此条件下原位提杆，最终再次完成喷浆作业，从而实现有效的加强处理。