國內(nèi)外水平旋噴注漿加固技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展

1、國內(nèi)外水平旋噴注漿加固技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展         08-12-14 11:14:00     編輯：studa0714摘要:概述了國內(nèi)外水平旋噴注漿技術(shù)的發(fā)展概況、設(shè)備的發(fā)展趨勢。此項技術(shù)及相關(guān)配套設(shè)備的開發(fā)成功,為我國巖土工程加固又添一新手段。水平旋噴注漿加固技術(shù)在隧道預(yù)支護(hù)的成功應(yīng)用,為進(jìn)一步推廣此項技術(shù)提供了范例。關(guān)鍵詞:水平旋噴;加固;水平旋噴機;高壓注漿泵 1 問題的提出      豎直旋噴注漿技術(shù)已成

2、功地用于多種地層條件(如粘土、砂土、淤泥、砂夾卵石、冰磧土、黃土、腐植土、泥炭土等)下的加固及防滲止水,并顯示其優(yōu)越性。某些條件下,進(jìn)行豎直鉆孔不可能或不適宜,但又需要用高壓噴射注漿,人們自然想到用水平或傾斜鉆孔方式。日本和意大利是研究開發(fā)水平旋噴技術(shù)較早的國家,意大利RODIO公司于1983年首次將水平旋噴技術(shù)用于隧道預(yù)支護(hù)。美國80年代開始使用此項技術(shù),1987年此項技術(shù)首次在南美應(yīng)用。      水平鉆孔旋噴注漿的應(yīng)用和隧道施工技術(shù)的發(fā)展有密切聯(lián)系。在覆蓋較薄的松軟地層中修建地下結(jié)構(gòu)面臨著地層不穩(wěn)定,較易引起坍塌和地面沉陷等嚴(yán)重問題。高壓

3、噴射注漿的開發(fā)成功,使工程技術(shù)界想到利用它來提高隧道圍巖的穩(wěn)定性。從地面豎直鉆孔在隧道周邊進(jìn)行旋噴存在鉆孔深度過大,鉆孔精度及各固結(jié)體之間搭接不易保證等缺點。另外,受固結(jié)體之間的粘結(jié)強度及抗剪強度控制,加固范圍比較大。      據(jù)此,人們自然想到用水平鉆孔實現(xiàn)旋噴問題。2 日本的幾代旋噴工法2.1 CCP-H工法      此工法是80年代初日本在單管旋噴的基礎(chǔ)上開發(fā)的專用于水平鉆孔的旋噴工法。它是在注漿管的后端位置設(shè)置一個擴徑鉆頭,以加強對土體的破壞。擴徑鉆頭在鉆進(jìn)時縮于鉆桿的凹槽內(nèi),后退開

4、始旋噴時,靠阻力自動打開,在旋噴前先攪動土層以確保并擴大水平旋噴柱體的直徑。為了加速漿液和土粒的固結(jié),在漿液中加適量的速凝劑和硬化劑。日本國鐵第一工程局用此法進(jìn)行過試驗和施工。2.2 RJFP工法      隨著旋噴技術(shù)的不斷發(fā)展,日本又提出RJFP工法1(圖1)。此法可在隧道拱部外緣旋噴成的固結(jié)體中插入鋼筋或鋼管,使形成的固結(jié)體拱棚除了有橫向抗壓能力外,還有縱向抗彎能力。他們已用此法成功地修建了幾十座隧道。該法一般只加固隧道的拱部,使旋噴柱體相互搭接成拱棚。其鉆孔長13m,旋噴11m,每段拱棚搭接1m。這些隧道所用的噴射壓力在40MPa左右,

5、形成的固結(jié)體直徑6070cm,旋噴固結(jié)體的單軸抗壓強度3.58.0MPa。2.3 MJS工法      MJS工法是“全方位高壓噴射技術(shù)”的簡稱。此法最大特點是具有排泥機構(gòu)。這是針對一般旋噴工法的剩余泥漿大量從孔口涌出,污染作業(yè)環(huán)境,隨著旋噴孔深度增加,排漿難度增大,噴射、攪拌效果降低等不足而開發(fā)的。在監(jiān)控器上設(shè)MJS裝置。該裝置是在噴嘴后方裝的排泥漿吸入口,由該吸入口吸入泥漿,還可調(diào)整排泥量及對地基的壓力,使噴射壓力充分運用。該裝置不僅用在豎直大深度旋噴,在水平、傾斜方向也能運用。由于鉆管內(nèi)還裝設(shè)有大小7根管線,所以又叫七管旋噴法。 

6、;     該優(yōu)點是不污染現(xiàn)場,保持良好的施工環(huán)境,但設(shè)備過于復(fù)雜,占用空間較多,搬運不便。3 歐美水平旋噴工法現(xiàn)狀      意大利是多山國家,其隧道及地下工程的施工技術(shù)比較發(fā)達(dá),水平旋噴技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用在歐洲處于領(lǐng)先地位。在1992年Sloveia召開的隧道及地下建筑施工國際會議上,該國代表系統(tǒng)總結(jié)了該國及世界各國隧道圍巖的加固方法,把高壓噴射注漿法和靜態(tài)注漿、凍結(jié)法和機械預(yù)切槽等一并列為隧道圍巖加固的基本方法2。最典型作法是沿拱部外緣用水平鉆孔旋噴柱體相互搭接形成拱棚,在它的保護(hù)下開挖上部斷面。用臺階

7、法施工時,為提高拱腳地層的強度,在坑道內(nèi)兩側(cè)傾斜打入鉆孔,將旋噴柱體連接成墻體。圖2為一雙車道公路隧道,斷面積為120m2,旋噴柱長13m,中心距50cm,旋噴柱體直徑60cm,相鄰旋噴段搭接3m。      從意大利的工程實踐得知,在砂粒土和中細(xì)砂地層,水平旋噴質(zhì)量良好,固結(jié)體平均抗壓強度達(dá)1819MPa,接近C20等級混凝土。在水平旋噴柱體相搭接形成的旋噴拱棚的保護(hù)下,通過對開挖過程中設(shè)置的拱肋受力量測表明,其受力極小,說明旋噴拱棚的剛度很好,承受住了山體的壓力。      德國波恩地鐵一段

8、區(qū)間隧道通過松散未固結(jié)、滲透率平均為8mm/s的萊茵河礫石及不均勻泥砂層,平均埋深為3.5m,頂部還有一條污水管通過。為控制地面深陷并確保污水管的安全,采用旋噴注漿結(jié)合新奧法施工(圖3),獲得良好效果3。本次旋噴柱長12m,柱體直徑60cm,中心距47cm,搭接3m,柱體向外傾斜10°。旋噴壓力大于40MPa時,曾引起地面隆起達(dá)91mm,采取降壓及鉆卸壓孔等措施后降低到8mm。旋噴引起地面隆起問題已引起工程界重視。      美國于80年代初期首次應(yīng)用旋噴技術(shù)并獲得成功,由于此項技術(shù)價廉及對各種土壤的普遍適用性而在美國得到廣泛應(yīng)用。華

9、盛頓地鐵在海軍工廠以東區(qū)間隧道修建過程中采用大范圍水平旋噴注漿,使土壓平衡盾構(gòu)得以從百年前修建的直徑18ft(5486.4mm)的磚和素混凝土結(jié)構(gòu)的下水道下方通過。      在修建蘇黎世地鐵時,瑞士首次使用水平旋噴技術(shù)作預(yù)支護(hù)4。在St·Antoniuskirch車站到Stadehofen車站之間有一段松散破碎的冰磧石帶。雖然覆蓋層在整個工程中是最薄的,但因上部有鐵路線而不能明挖施工。區(qū)間隧道采用機械掘進(jìn),遇到松散破碎的冰磧石層時,出現(xiàn)了最嚴(yán)重的塌方事故。最后改為水平旋噴注漿對地層進(jìn)行預(yù)支護(hù),成功地通過了松散破碎帶。開挖前,隧道拱部設(shè)置了23