水平旋喷桩在风积沙隧道预支护施工中的应用

摘 要 ：

以榆神高速公路神木一号隧道工程为背景，介绍施工中解决开挖时漏沙以及支护完成后的变形控制 ，采用水平旋喷桩对风积沙层进行预加固的施工技术 ，包括加固机理、注浆参数 、施工工艺及注意事项等 ；试验和监控量测数据表明水平旋喷桩能保持风积沙层在隧道开挖后的稳定 ，有效地 防止了漏沙 ，保证了隧道安全快速地施工 ，并指出水平旋喷桩需要进一步完善和改进的地 方。

前言

在隧道及地下工程施工中，常遇到软弱、松散 、 富水的地层 ，大多采用预加固方法对拱顶进行预支护。 目前 ，预加固方法主要有超前小导管 、超前小导管预注浆 、大管棚 、深孔注浆 、水平旋喷桩 、水平搅拌桩和水平冻结等。在方法选取上应根据不同水文、地质 、周边环境进行安全 、技术 、经济对比和适用 、成 熟 、可靠等条件分析 ，进行动态设 计 ，合理决定 。 水平旋喷技术是近年出现的一 种新型施工工 艺 ，在地质情况复杂的隧道及地下工程中逐渐得到推广应用。

1 工程概况

神木一号隧道是榆神高速公路神木至店塔段的组 成部分，位于沙漠浅丘单元，属风积沙地区且有其特性 H 。隧道大致呈东北至西南方向展布 ，最大埋深约 37m。隧道为双洞分离式 ，经设计方案调整后 ，左 线进13里程为 ZK90+998，出口里程为 zK91+360，并将进口ZK90+998～ZK91+014 (16m)风积沙段变更成明挖 ，全长 362m；右线进口里程为 K90+993，出口里程为 K91+345，并将进口 K90 +993～K91+008 (15 m)风积沙段变更成明挖 ，全长 352m。

根据地勘资料分析 ，将该隧道围岩划分为三级 ， 分别为 Ⅳ， V，Ⅵ级。其中 ，左线出口ZK91+179一 +288 (109m)、右线出口 K91+159～+239 (80m) 段是风积沙 ，属于Ⅵ级围岩。风积沙 围岩主要集中在隧道的出口，这种地层结构松散 ，颗粒单 一 ，粒径小 ，粘聚力低 ，不具有可塑性 ，级配不良，压缩性小 ，透水性强 ，抗剪强度相对较低 ，无自稳力 ，施工难度大。对于风积沙层 的隧道施工 ，最主要的问题是 解决开挖时的漏沙以及支护完成后的变形 控制 。为此 ，依据 “科 学 、经 济 、实用 ” 的原则 ，采用水平旋喷桩对风积 沙层进行超前支护 。

2 水平旋喷桩简介

2．1 预支护原理

水平旋 喷桩预支护 ，是在洞内开挖面的前方 ，沿 隧道开挖轮廓利用水平旋喷机按一定的间距 、长度钻 孔，当钻至设计长度后 ，利用高压泵输送高压浆液， 同时钻 头一边旋转一边后退 ，使浆液从钻头的喷 嘴中高速射出，射流切割下的沙体与喷出的浆液在射流的 搅拌作用下混合 ，最后凝 固成一 定直径的旋 喷柱体 ， 相邻柱体 间环 向咬合 ，以同心圆形式在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷帷幕体 ，即在 隧道拱部形成 一 定厚度的加固圈 ，如此所形成的固结体强度比原状 层有极大提高 。此外 ，由于高压射 流对 固结体周 围砂体的挤压和渗透作用 ，固结体周围砂层的物理力 学性能也有显著改善 ，能有效 阻止隧道施工时砂层外涌 ，起到防流沙 、抗 滑移 、防渗透的作用 。

2．2 技术特点

(1)可控性 。水平旋喷桩的浆液局限在土体破坏范围内，浆液注入部位和范围可以控制 ，可通过调节注入参数 (切削土体压力 、固化材料注人速度与配比、注人量等)获得满足设计要求的固结体。

(2)均匀性 。喷射流在能量衰减前交汇 ，切削能量在碰撞点相互抵消 ，在比桩心到碰撞点距离大的地方，射流无能力切削土体，加固体均匀程度好。

(3)成本低，效率高。由于限定注入范围，注入量大幅减少 ，水泥用量仅为 100～150kg／m，施工速度比大管棚或深孑L注浆提高 2～3倍 。

(4)综合效果好。具有提高复合土体强度 、防 渗、抗滑、预支撑等多重效果 。

投稿会员：芳华