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1、水平旋喷桩在某地铁超前预加固中的应用-结构理论【摘要】介绍水平旋喷桩超前预加固技术在深圳地铁大—科区间不良地质地段中的应用,重点阐述水平旋喷桩加固机理、施工工艺和效果。【关键词】地下铁道 软弱围岩 水平旋喷桩 预加固1 引言在软弱、松散、富水地层中修建地下工程,一般多采用超前预加固辅助工法。目前超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,应根据地质条件及周边环境进行安全、技术、经济对比和适用、成熟可靠性分析合理选用。深圳地铁大—科区间位于深圳市主要干道深南大道正下方,单线长1144.7m,埋深
2、10～19m,分左右两条单线隧道,线间距13.2～17.2m。其中SK3+210～SK3+315段通过不良地质地段,该段埋深15～17m,上覆素填土、粉质粘土、砾砂层、砾质粘性土、流塑状粘性土,其中流塑状粘性土侵入隧道断面3～6m。该地段土体自稳能力极差,土层中局部存在囊体,囊体内充填水和泥砂混合物,在隧道开挖过程中会毫无征兆地喷发,泥砂俱下,导致土体失稳,引起险情。受环境制约,该地段不允许进行地表降水和注浆加固,洞内起初仅采用小导管加密注浆,但效果甚差,安全、质量、进度无法保证,一度处于停工状态。2001年10月22日,50多位地下工程界的专家、学者
3、会聚深圳,联手“把脉会诊”,经过综合论证,建议优先选用水平旋喷桩并辅以小导管注浆加固的施工方案。目前工程进展顺利,二次衬砌已施工完毕,达到了“安全、经济、快速、优质”的目标。2 水平旋喷桩加固机理及特点水平旋喷桩是以高压泵为动力源,通过水平钻机钻杆、喷嘴把配制好的浆液喷射到土体内,喷射流以巨大的能量将一定范围内的土体射穿,并在喷嘴作缓慢旋转和进退的同时切割土体,强制土颗粒与浆液搅拌混合。待浆液凝固后,形成水平圆柱状水泥土固结体即水平旋喷桩,当旋喷桩相互咬合后,便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,起到防流砂、抗滑移、防渗透的作用。水平
4、旋喷桩具有以下特点:(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、固化材料注入速度与配比、注入量等)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孔注浆提高2～3倍。(4)具有提高复合土体强度、防渗、抗滑、预支撑等多重效果。3 水平旋喷桩超前预加固方案通过室内模拟试
5、验、现场试验、理论分析以及专家意见,决定采用“以周边单层咬合水平旋喷桩加固为主(特别困难地段双层),以小导管注浆为辅,掌子面采用间隔水平旋喷桩”的超前预加固方案。3.1 加固范围采用SIR22000型地质雷达(美国GSSI公司)和洛阳铲相结合的方法,对开挖面前方地质进行超前预报并据此结合地层界线确定周边水平旋喷桩预加固范围。一般情况下的加固范围为拱部150°,对于流塑状粘性土侵入隧道下部的加固范围适当调整至180°～270°之间。掌子面加固范围为开挖面上台阶核心土及弧形导坑内缘。其纵、横断面详见图1及图2。3.2 主要设计
6、参数周边旋喷加固体的直径为500mm,孔深15m,考虑不设扩大工作室,为减少周边破桩工作量,桩尾3.0m范围只成孔而不旋喷成桩,实际成桩长度12m,纵向搭接长度1.5m。环向间距开孔处0.33m,终孔处图1 水平旋喷桩加固示意(纵断面) 图2 水平旋喷桩加固示意(横断面)0.4m,外插角5°～8°(视地质及线路坡度而定),相邻加固体咬合厚度10cm,施工一循环旋喷桩,开挖、初支进尺10.5m。为减少前方土体滑移引起掌子面失稳,加剧结构变形和地表沉降,掌子面亦设置水平旋喷桩,桩间距1～1.5m,桩长L=L1+L2+H×ta
7、n(45-2)=1413m(L1:循环长度,10.5m;L2:锚固长度,2m;H:上台阶开挖高度,3m;:内摩擦角,15°。),取15m。周边小导管注浆间距为0.33～0.40m,长3.5m,纵向搭接≮2.0m。对相邻旋喷桩加固体的咬合处,浆液采用CS双液浆,水灰比为0.8∶1,水玻1,体积比1∶璃玻美度为15～20。4 各工序技术要点4.1 施工参数(1)钻杆钻进速度:0125～0135m/min;(2)钻杆(轴)转速:120～70r/min;W=1∶(3)水泥浆配合比:C∶017;(4)每延米水泥用量:75kg;(5)钻杆每节长3m,外径
8、50mm,旋喷钻头外径90mm,单孔,孔径2mm;(6)旋喷压力:20～25MPa。4.2 施
