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(wú)法采 用常規(guī)支護(hù)治理措施確保施工安全 從而快速的通過(guò)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(diǎn)闡述了 水平旋噴高壓劈裂注漿的加固機(jī)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(zhǎng) 9353m 隧道正洞 dk520 150 dk521 115 段為 圍巖深埋地段 洞身位于頁(yè)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(yè)巖 層理發(fā)育 節(jié)理較發(fā)育 巖體軟硬不均 相對(duì)破碎 風(fēng)化差異大 級(jí)軟石 風(fēng)化層厚 2 5m 局部達(dá) 20m 隧道正洞上半斷面開(kāi)挖支護(hù)至 dk520 601 時(shí) 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(qiáng)風(fēng) 化頁(yè)巖 開(kāi)挖中可見(jiàn)巖體間為黃色泥膜 硬塑 塌方首先從拱 部開(kāi)始 延伸至拱部約 120 范圍 經(jīng)鉆探量測(cè) 塌方體長(zhǎng) 30 36m 塌方量超過(guò) 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(duì)拱部圍巖壓力較大 下部隧道開(kāi)挖后 拱部圍巖收斂變形 導(dǎo)致巖體節(jié)理張開(kāi) 上部滯水下滲 對(duì)圍 巖產(chǎn)生較大壓力后在開(kāi)挖爆破震動(dòng)的誘因下 造成塌方 塌方后采用管棚對(duì)塌體上部進(jìn)行支護(hù) 但該塌方體主要為 拱頂粘土層 且水量較大 經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間浸泡已基本無(wú)自穩(wěn)能力 呈現(xiàn)塑性涌出 無(wú)法進(jìn)行開(kāi)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(wú)法承受塌腔內(nèi)飽和土體自重 如開(kāi)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(jìn)行掘進(jìn)施工 塌方體治理方案 該隧道施工進(jìn)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(hù)方案均告失敗在施工中非 常少見(jiàn) 針對(duì)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(hù)方案的選擇與確定 支護(hù)機(jī)理 及效果分析等多方面進(jìn)行充分的分析和研究 在此基礎(chǔ)上 確 定了一套實(shí)用且有效的施工方案 塌方處理一般分兩階段進(jìn)行 首先進(jìn)行塌體封閉 防止塌 方繼續(xù)擴(kuò)展 施工中采用噴射砼對(duì)塌方體進(jìn)行封閉 因塌體飽 水壓力較大 噴射砼前進(jìn)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(jìn)行塌體加固 處理 塌方治理主要方法有 管棚預(yù)支護(hù)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(guò)程 效果與可靠性比較如下 管棚預(yù)支護(hù)法 該塌方段已完成管棚的支護(hù)施工 但因塌 體較長(zhǎng) 施做的管棚無(wú)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(hù)力有限無(wú)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(jìn)一步 發(fā)展 存在安全隱患 無(wú)法開(kāi)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(duì)塌體進(jìn)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(dòng)圍巖共同作用 防止塌方擴(kuò)大及拱部坍塌 恢 復(fù)掌子面開(kāi)挖 注漿采用的設(shè)備較小 造價(jià)少施工簡(jiǎn)便 施工 性能良好 壓入漿液可以改良圍巖 對(duì)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(yùn)用制冷機(jī)凍結(jié)塌方段 從中掘進(jìn)支護(hù) 從塌體 飽水狀態(tài)看冷凍法是最理想的固結(jié) 支護(hù)塌體的方法 但冷凍 法費(fèi)用很高 且施工周期長(zhǎng) 不符合工期要求 操作過(guò)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(yùn)用鑿巖機(jī)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(kāi) 然后施做支護(hù)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(guò) 80m 無(wú)法采用 通過(guò)比較 管棚超前支護(hù)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(dú)立完成塌體固結(jié) 支護(hù)作用 主要因素有 由于 大量粘土的存在無(wú)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(kuò)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(kuò)散 擴(kuò)散半徑很小 而初期采用的管棚 施工 因塌體軟弱 潛孔鉆無(wú)法成孔鋼管不能插入有效長(zhǎng)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(wèn)題 但因?yàn)樾枰獙⒄芘镤摴芮?成若干段套絲連接 所以承載力大大下降 管棚的棚護(hù) 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(duì)上述情況 為使得管棚的棚護(hù)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(lái)解決該塌方段的超 前加固 封堵上部滯水問(wèn)題 形成水平旋噴帷幕體 防止塌體 開(kāi)挖過(guò)程中管棚間隙的漏土 滑泥 解決塌體開(kāi)挖問(wèn)題 其主要加固機(jī)理及優(yōu)點(diǎn)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(jiǎn)支受力結(jié)構(gòu)體 有效承載塌腔內(nèi)塌體自重壓 力 并對(duì)塌方體開(kāi)挖過(guò)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(kāi)挖后涌出 使管棚失去下部 支撐點(diǎn) 還必須對(duì)開(kāi)挖面內(nèi)土體進(jìn)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(kāi)挖后支撐在鋼拱架支護(hù)上 確保了施工的安全 根據(jù)塌體飽水特點(diǎn) 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(kāi)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(diǎn) 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(gè)防塌 防滲的連續(xù)帷幕體 為下部塌體開(kāi) 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(wú)法擴(kuò)散或擴(kuò)散半徑小 的問(wèn)題 使管棚 小導(dǎo)管被水泥攪拌樁包裹 互相咬合 提高 棚護(hù)效果 高壓旋噴樁無(wú)需成孔 解決軟弱圍巖成孔困難問(wèn)題 且 其鉆進(jìn) 攪拌 注漿可同步進(jìn)行 施工效率高 時(shí)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(duì)謀部 位進(jìn)行注漿 可通過(guò)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(jiǎn)單 無(wú)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(qiáng)度和凝結(jié)速度 經(jīng)濟(jì)效果好 旋噴攪拌樁由于壓漿范圍可控 不會(huì)串漿 相對(duì)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(lái)的 一項(xiàng)土體加固技術(shù) 水平旋噴樁是以高壓泵為動(dòng)力源 通過(guò)水 平鉆機(jī)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(jìn)退的同時(shí)切割 土體 強(qiáng)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(jì)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(yàn) 確定注漿壓力 漿 液配比及有效樁徑 經(jīng)過(guò)試驗(yàn) 在壓力不小于 18mpa 下經(jīng)過(guò)反 復(fù)試驗(yàn)旋噴攪拌樁徑能夠達(dá)到 50cm 樁體強(qiáng)度可達(dá)到 3 5mpa 水泥漿液采用 1 1 拌制 2 對(duì)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(yàn)旋噴樁徑可達(dá) 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(jìn)到位后 退桿 噴漿時(shí)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(guò)程中 因塌體軟弱 其鉆深長(zhǎng)度不宜過(guò) 長(zhǎng) 過(guò)長(zhǎng)會(huì) 造成樁尾部向下偏移 所以旋噴樁樁長(zhǎng)控制在 15 20m 采用打設(shè)兩個(gè)循環(huán)對(duì)塌方段進(jìn)行棚護(hù)支撐 6 根據(jù)塌體工程性質(zhì) 對(duì)旋噴樁下 開(kāi)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(duì)塌體內(nèi)部土體進(jìn)行排水固結(jié) 為塌體開(kāi)挖提供條件 確保開(kāi)挖后前方土體穩(wěn)定 同時(shí)為開(kāi)挖面前方管棚 旋噴樁提 供支點(diǎn) 使開(kāi)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(hù)下 確保施工安全 7 塌體注漿小導(dǎo)管長(zhǎng) 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(kāi)挖 3m 中施做下一循環(huán) 直至塌方通過(guò) 效果驗(yàn)證 按照以上施工方案 經(jīng)過(guò)