水平旋喷隧道预支护施工技术水平旋喷隧道预支护技术简况

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1、水平旋喷隧道预支护施工技术水平旋喷隧道预支护技术简况隧道水平旋喷“预支护”控制变形有关技术及变形有关量测研究一、在松散不稳定地层中，预支护是控制隧道变形的重要技术措施，而水平旋喷用作预支护，其高压射流切割周边土体并混合胶凝成柱状固结体，可在粘土、淤泥、松砂地层中成柱直径大，强度高，质量可靠，旋喷柱体间可环向完全咬合、纵向良好搭接的预支护拱棚，在松散含水不稳定地层隧道施工中，可有效止水、防流砂、防止坍塌、控制地层变形，提高地层稳定性，保证施工和支护结构的安全。所采用的TGD-50型水平旋喷机结构新颖，可实现液压升降及水平，倾斜和竖直旋喷作业；液压系统简单，操作维修方便，各项性能参数合理，造价低

2、。这套设备和工艺在国内属首创。该项成果已成功应用于风积粉细砂隧道、黄土偏压隧道工程预支护。成果已通过铁道部鉴定，铁道部科教司发函（科教基函[2001]140号），要求下属各设计、施工单位，结合有关工程，推广该成果。因此，即将开工建设的神朔铁路复线风积粉细砂隧道等工程将应用该项新技术。二、水平旋喷隧道预支护技术与国内外同类技术的比较1．水平高压旋喷注浆技术的开发及应用与隧道施工技术的发展有密切关系。在覆盖层较薄的松软层，如含砂地层及淤泥质地层，邻近建筑物和地中埋设物对隧道暗挖施工引起地层扰动要求严格时，修建地下建筑物面临着地层不稳定，容易引起坍塌和地面过量沉陷等问题。以前解决办法一般是在地面注

3、浆加固地层后再进行开挖。而传统的水泥浆或化学浆液静态注浆都有注浆效果不易控制，仅适用于中粗砂等颗粒较粗、空隙度比较大的地层。静压注浆压力低，达不到注浆效果，压力过高会引起地面隆起，损坏地面建筑物。高压喷射注浆开发成功使各国工程技术界想到利用它来提高围岩的稳定性。开始是从地面竖直钻孔在隧道周边进行高压旋喷，当地面有建筑物或地面交通繁忙时，也有从侧上方进行倾斜钻孔旋喷。竖直和倾斜钻孔旋喷受到地面场地限制，隧道埋深较大时，旋喷桩体之间不易搭接完善，受固结体之间粘结强度及抗剪强度控制，加固范围比较大。据此，人们自然想到用水平钻孔旋喷注浆来加固地层。2、在松软自稳能力差的地层中修建隧道时，为保证开挖面

4、的稳定性，防止坍塌和引起严重地面沉降通常采用“预支护”技术。常用的预支护技术有：注浆超前小导管、大管棚、水平旋喷和预切槽。注浆超前小导管是在洞室开挖面前方，沿隧道开挖轮廓打入直径φ40,长3m,间距30cm左右的小钢管,并进行管内注浆,然后再进行开挖的方法,其优点是无需大型设备、施工方便，其缺点是一次支护长度短，支护刚度小，注浆效果不易控制等，难以满足地层压力大，断面大时对隧道稳定性和地面沉降控制的要求。大管棚是在洞内开挖面前方，沿隧道开挖外轮廓利用专用管棚钻机或地质钻机打入直径大于φ80，长度大于10m，间距在30cm的大钢管，然后再进行开挖的方法。其优点是一次支护长度大，支护刚度大，其缺

5、点是造价高，在含水砂层、非常松散的细粒土及淤泥质地层中，管棚缝隙之间会出现流水流砂现象。预切槽是在洞内开挖面前方，沿隧道开挖外轮廓利用专用预切槽机械切割出槽状空隙，空隙填充砼形成预支护，然后再进行开挖的方法。其优点是切割对地层扰动小，其缺点是受切割机械的限制，一次切割长度短（小于2.5m），造价高，槽内砼不易密实，同时国内尚无此种施工机械和技术。水平旋喷预支护是在洞内开挖面前方，沿隧道开挖轮廓利用水平旋喷机按间距50cm，长10m以上进行钻孔，当钻至设计长度后，高压泵开始输送高压浆液，钻头一边旋转一边后退，浆液从钻头处直径φ2.5左右的喷嘴中高速射出。射流切割下的土层与喷出的浆液在射流的搅拌

6、作用下混合，最后凝固成直径大于60cm旋喷柱体。在环向让相邻柱体之间相互咬合，在开挖面前方形成整体性较好的旋喷拱，具有较好的抗压和抗弯性能，可有效防止流砂；所形成的固结体强度比原状土极大程度地提高。由于高压射流对固结体周围土体的挤压和渗透作用，固结体周围土层的物理力学性能也有显著改善；由于预支护是在开挖前就已深入到开挖扰动范围以外，旋喷预支护形成的刚性较大的拱棚能有效地减少开挖面前方拱棚以外地层的扰动和位移。开挖后，预支护拱就会立即发挥作用，抑制了围岩的大部分位移，承受了大部分地层压力。这就保持了松软地层在隧道开挖后的稳定，大大减少了隧道开挖引起的地表沉降。3、研制出的TGD-50型多功能旋

7、喷机获得国家专利（专利号ZL96-2-205-09﹒5），针对我国岩土及地下工程的实际需要与购买能力，使研制的旋喷机既能满足旋喷工法的需要，又能满足工艺相近的其它岩土工程施工；既使旋喷机性能可靠，又使其轻便、操作简单，便于维护，且造价低；主要用于水平旋喷，也可用于倾斜或竖直旋喷，还可用作锚杆钻机或其它一般用途的地质钻机。该旋喷机升降爬杆、后爬杆缸浮动位，钻塔前端可左右摆动等技术先进，使整套钻机动能全，操作方便