水平旋噴樁施工在隧道塌方治理中的應(yīng)用

水平旋噴樁施工在隧道塌方治理中水平旋噴樁施工在隧道塌方治理中 的應(yīng)用的應(yīng)用 在隧道施工塌方治理中 由于圍巖地質(zhì)的特殊性 無法采 用常規(guī)支護治理措施確保施工安全 從而快速的通過塌方段 本文結(jié)合包西鐵路新九燕山隧道一大型塌方段的綜合治理 闡 述了在飽水粘土層塌方體中 綜合各種治理措施 重點闡述了 水平旋噴高壓劈裂注漿的加固機理 和施工作用 為類似的工 程加固施工提供了借鑒和參考 包西通道新九燕山隧道位于包西線延安至甘泉北區(qū)間 起 迄里程為 dk514 049 dk523 402 全長 9353m 隧道正洞 dk520 150 dk521 115 段為 圍巖深埋地段 洞身位于頁巖 夾砂巖層中 淺灰 灰綠等色 砂巖薄層 中厚層狀 泥質(zhì)膠 結(jié) 局部夾炭質(zhì)頁巖 層理發(fā)育 節(jié)理較發(fā)育 巖體軟硬不均 相對破碎 風(fēng)化差異大 級軟石 風(fēng)化層厚 2 5m 局部達 20m 隧道正洞上半斷面開挖支護至 dk520 601 時 正洞上半斷面 dk520 565 dk520 601 段發(fā)生塌方 塌體出露圍巖巖性為強風(fēng) 化頁巖 開挖中可見巖體間為黃色泥膜 硬塑 塌方首先從拱 部開始 延伸至拱部約 120 范圍 經(jīng)鉆探量測 塌方體長 30 36m 塌方量超過 3000 立方米 塌方原因分析 隧道拱頂距土石分界面較近 垂直距離為 12 13m 且頂部巖體節(jié)理發(fā)育 完整性差 土石分界面附近 有上層滯水 該層滯水對拱部圍巖壓力較大 下部隧道開挖后 拱部圍巖收斂變形 導(dǎo)致巖體節(jié)理張開 上部滯水下滲 對圍 巖產(chǎn)生較大壓力后在開挖爆破震動的誘因下 造成塌方 塌方后采用管棚對塌體上部進行支護 但該塌方體主要為 拱頂粘土層 且水量較大 經(jīng)長時間浸泡已基本無自穩(wěn)能力 呈現(xiàn)塑性涌出 無法進行開挖作業(yè) 已施做的管棚受上方塌體 砸壓且下部塌體遇水軟化下陷 無法承受塌腔內(nèi)飽和土體自重 如開挖塌體則存在較大安全隱患 為此 需采取新的塌體治理 措施后 方可進行掘進施工 塌方體治理方案 該隧道施工進度壓力大 直接影響到整條線的正常通車 出現(xiàn)如此大規(guī)模的塌方并且多種支護方案均告失敗在施工中非 常少見 針對上述復(fù)雜情況 專門就該隧道的工程地質(zhì)條件 水文地質(zhì)條件 塌方原因 支護方案的選擇與確定 支護機理 及效果分析等多方面進行充分的分析和研究 在此基礎(chǔ)上 確 定了一套實用且有效的施工方案 塌方處理一般分兩階段進行 首先進行塌體封閉 防止塌 方繼續(xù)擴展 施工中采用噴射砼對塌方體進行封閉 因塌體飽 水壓力較大 噴射砼前進行了掛網(wǎng)作業(yè) 并在塌體下部埋設(shè)花 管泄水孔 其次 進行塌體加固 處理 塌方治理主要方法有 管棚預(yù)支護法 注漿加固法 冷凍固結(jié)法 錨桿 小導(dǎo)管 超 前加固法 明挖法 蓋挖法等 上述各種施工方法的施工過程 效果與可靠性比較如下 管棚預(yù)支護法 該塌方段已完成管棚的支護施工 但因塌 體較長 施做的管棚無法嵌入前方穩(wěn)固基巖 且塌體上方塌腔 較大 充填了大量飽和粘土 管棚支護力有限無法承載此巨大 壓力 且管棚間間隙較大 流塑狀粘土容易下漏使塌方進一步 發(fā)展 存在安全隱患 無法開挖 注漿加固法 該法從工作面向塌體打入鋼花管 注入水泥 漿液 對塌體進行固結(jié) 改良塌體的物理狀態(tài) 使之恢復(fù)自持 能力 與未擾動圍巖共同作用 防止塌方擴大及拱部坍塌 恢 復(fù)掌子面開挖 注漿采用的設(shè)備較小 造價少施工簡便 施工 性能良好 壓入漿液可以改良圍巖 對拱部的坍塌防止效果好 可靠性高 但作用范圍有限 只適合于小型塌方治理或大形塌 方綜合治理的輔助措施 冷凍法 運用制冷機凍結(jié)塌方段 從中掘進支護 從塌體 飽水狀態(tài)看冷凍法是最理想的固結(jié) 支護塌體的方法 但冷凍 法費用很高 且施工周期長 不符合工期要求 操作過程工作 環(huán)境要求高 設(shè)備昂貴故放棄此方案 錨桿 小導(dǎo)管 超前加固法 運用鑿巖機鉆孔 打入錨桿 或小導(dǎo)管 利用錨桿小導(dǎo)管的懸吊 錨固作用固結(jié)塌方體 此 法作用范圍 效果具有局限性 在巖體隧道中方能起到錨固作 用 該塌體為流塑狀粘土 故不采用 明挖法 蓋挖法 此兩種方法是將塌方體從地表直接挖開 然后施做支護結(jié)構(gòu) 此法施工安全可靠 效果好 但只能在近 地表 工作量較小地段施工 該隧道埋深超過 80m 無法采用 通過比較 管棚超前支護法和注漿固結(jié)法適合于該塌方的 治理 但根據(jù)該隧道塌方區(qū)大小及塌體工程地質(zhì)條件 這兩種 方法均不能獨立完成塌體固結(jié) 支護作用 主要因素有 由于 大量粘土的存在無法直接采用常規(guī)注漿的加固方案 常規(guī)注漿 要求被加固體有良好的導(dǎo)漿特性 漿液滲透 圍裹塌落物并在 凝固后相互粘結(jié)形成一整體 而粘土是注漿法中漿液擴散最不 利的地質(zhì)層 且受水浸泡后處于飽和狀態(tài) 具有良好的隔水性 注漿后漿液不能有效擴散 擴散半徑很小 而初期采用的管棚 施工 因塌體軟弱 潛孔鉆無法成孔鋼管不能插入有效長度 制約了管棚施工 為此 改用鋼管套絲跟管施做大管棚 解決 了軟弱塌體管棚作業(yè)成孔問題 但因為需要將整根管棚鋼管切 成若干段套絲連接 所以承載力大大下降 管棚的棚護 支撐 上方塌體能力減弱 且因塌體注漿效果差 管棚的壓漿固結(jié)作 用也大打折扣 針對上述情況 為使得管棚的棚護作用及注漿固結(jié)作用充 分發(fā)揮 結(jié)合塌方體的工程地質(zhì)特性及工期 降低成本方面考 慮 引人高壓旋噴注漿加固的施工方法 來解決該塌方段的超 前加固 封堵上部滯水問題 形成水平旋噴帷幕體 防止塌體 開挖過程中管棚間隙的漏土 滑泥 解決塌體開挖問題 其主要加固機理及優(yōu)點為 在管棚間隙上方施做同角度水平高壓旋噴樁 樁與樁相互 咬合 并將管棚有效包裹 形成上部旋噴固結(jié)樁體受壓 下部 縱向管棚受拉的簡支受力結(jié)構(gòu)體 有效承載塌腔內(nèi)塌體自重壓 力 并對塌方體開挖過程中管棚間隙的漏土 涌泥起到封堵作 用 為防止掌子面前方塌方體在開挖后涌出 使管棚失去下部 支撐點 還必須對開挖面內(nèi)土體進行預(yù)固結(jié) 這樣就可形成管 棚前端支撐在穩(wěn)定塌體上 后方開挖后支撐在鋼拱架支護上 確保了施工的安全 根據(jù)塌體飽水特點 采用水玻璃 水泥的 雙液漿作為壓漿材料 充分發(fā)揮水玻璃的排水 速凝固結(jié)作用 利用塌體下方的泄水管排除開挖面塌體的水分并壓漿固結(jié) 水平旋噴樁還具有以下優(yōu)點 質(zhì)量可控 水平旋噴攪拌樁內(nèi)部質(zhì)量均勻 穩(wěn)定 根據(jù) 塌體物理性狀采用合理的壓力 間距可使樁與樁之間相互咬合 在管棚上方形成一個防塌 防滲的連續(xù)帷幕體 為下部塌體開 挖提供安全保障 同管棚 超前小導(dǎo)管協(xié)同作用 受力更好 可以有效解 決管棚 小導(dǎo)管在非透水性圍巖中壓漿無法擴散或擴散半徑小 的問題 使管棚 小導(dǎo)管被水泥攪拌樁包裹 互相咬合 提高 棚護效果 高壓旋噴樁無需成孔 解決軟弱圍巖成孔困難問題 且 其鉆進 攪拌 注漿可同步進行 施工效率高 時間短 符合 工期要求 旋噴樁注漿位置可控 可以根據(jù)工程需要準(zhǔn)確的對謀部 位進行注漿 可通過注漿壓力 樁間距 注入的漿液材料 配 比等的調(diào)節(jié) 獲得最佳的固結(jié)效果 設(shè)備投入小 操作簡單 無需大型設(shè)備 工藝比較容易 掌握 可根據(jù)地質(zhì)情況在漿液中加入其他化學(xué)漿液 提高凝結(jié) 強度和凝結(jié)速度 經(jīng)濟效果好 旋噴攪拌樁由于壓漿范圍可控 不會串漿 相對于其他高壓注漿用漿量受控 且不需要埋設(shè)注漿管 鋼管 節(jié)省鋼材 成本較低 4 水平旋噴樁的注漿原理 首先需要較高的注漿壓力 是 在原常規(guī)注漿的基礎(chǔ)上 應(yīng)用高壓噴射注漿技術(shù)而發(fā)展起來的 一項土體加固技術(shù) 水平旋噴樁是以高壓泵為動力源 通過水 平鉆機鉆桿將帶有特殊噴嘴的注漿管置入土層的預(yù)定位置后 噴嘴把配置好的漿液噴射到土體內(nèi) 噴射流以巨大的壓力將一 定范圍內(nèi)的土體射穿 并在噴嘴作緩慢旋轉(zhuǎn)和進退的同時切割 土體 強制土顆粒與漿液攪拌混合 待漿液凝固后 形成水平 圓柱狀固結(jié)體即水平旋噴樁 當(dāng)旋噴樁相互結(jié)合后 便以同心 圓形式在隧道拱頂及周邊形成封閉的水平旋噴帷幕體 起到防 漏 防滲透的作用 施工應(yīng)用 根據(jù)以上分析計算 結(jié)合高壓劈裂注漿的施工工藝要求及 塌方區(qū)的具體情況 做出如下施工方案 1 在塌體同性狀土體內(nèi)做旋噴試驗 確定注漿壓力 漿 液配比及有效樁徑 經(jīng)過試驗 在壓力不小于 18mpa 下經(jīng)過反 復(fù)試驗旋噴攪拌樁徑能夠達到 50cm 樁體強度可達到 3 5mpa 水泥漿液采用 1 1 拌制 2 對塌體封閉 設(shè)止?jié){墻 采用砼加固原塌體封閉噴射砼 并在止?jié){墻下部預(yù)留排水孔 3 已施做大管棚環(huán)向間距 30cm 根據(jù)試驗旋噴樁徑可達 到 50cm 所以采用在拱部 120 設(shè)環(huán)向間距 40cm 與管棚同角度 外插角 3 的旋噴樁 相鄰樁間咬合 10cm 確保樁與樁能夠 互相咬合且能包裹大管棚 4 旋噴樁每根樁鉆進到位后 退桿 噴漿時間控制在 10 15 分鐘 即每分鐘退桿 1 5m 鉆桿旋轉(zhuǎn) 速度控制在 15 轉(zhuǎn) 分鐘 小導(dǎo)管注漿布置圖 5 旋噴樁在施做過程中 因塌體軟弱 其鉆深長度不宜過 長 過長會 造成樁尾部向下偏移 所以旋噴樁樁長控制在 15 20m 采用打設(shè)兩個循環(huán)對塌方段進行棚護支撐 6 根據(jù)塌體工程性質(zhì) 對旋噴樁下 開挖面內(nèi) 塌體采用 水泥 水玻璃雙液漿小導(dǎo)管壓漿加固 利用水玻璃的排水 速 凝性質(zhì) 對塌體內(nèi)部土體進行排水固結(jié) 為塌體開挖提供條件 確保開挖后前方土體穩(wěn)定 同時為開挖面前方管棚 旋噴樁提 供支點 使開挖工作范圍位于管棚旋噴樁前方支撐在固結(jié)塌體 上 后方支撐在新立拱架上的安全棚護下 確保施工安全 7 塌體注漿小導(dǎo)管長 6 米 周邊兩環(huán)外插角 5 8 內(nèi)部 水平施做 打設(shè)到位后用錨固劑封口并從下而上注雙液漿加固 塌體 完成一循環(huán) 6m 小導(dǎo)管注漿后開挖 3m 中施做下一循環(huán) 直至塌方通過 效果驗證 按照以上施工方案 經(jīng)過