高压旋喷桩在隧道围岩加固中的应用

余成龙，王大樟

（1.汕头市达濠市政建设有限公司，汕头515000；2.武汉理工大学设计研究院，武汉 430070）

高压旋喷桩可以克服地质条件差的不良因素，增加工程施工的安全性［1］。常用于基础的防渗、改善地基土的水流性质和稳定边坡等工程。近年来，由于高压旋喷注浆法具有适用范围比较广，施工方便，并且高压喷射流形成的固结体性状可以控制等优点［2］，在公路、铁路工程的软基处理中得到了一定运用。公路山岭隧道施工断面大，地形条件复杂，特别在浅埋段的施工过程中，洞口滑坡、洞内塌方、洞顶坍塌的情况时有发生［3］。其中洞顶坍塌体的围岩加固也开始采用高压旋喷桩施工处理，保证了施工的进度和安全。

永蓝高速公路观音岭隧道位于湖南省永州市蓝山县岭脚村境内，隧道永州端与舜水河大桥相连，省界端与万年桥段路基连接。此隧道为分离式隧道，两端掘进组织施工，其左线ZK127＋065～ZK130＋198长3133m，右线K127＋099～K130＋202长3103m，隧址区属中低山地貌，地形起伏较大。隧道范围内中线高程328.0～668.5m，最大高差约340.5m。山体自然坡度20°～45°，植被较发育，进、出口均处于山前斜坡地带，山坡处于基本稳定状态。

左线出口掘进到ZK130＋041时出现拱顶坍塌、突泥现象，并在拱顶地表出现大范围塌陷现象，塌陷区长20m，宽25m，导致掘进无法进行，施工受阻。

地表地形起伏较大，植被茂密，覆盖层结构松散，为含砾亚粘土、亚粘土、块石。

经地质勘查，在ZK130＋026～ZK130＋073段内，存在深度范围约离地表2～25m的含碎石粘土层，自稳能力差、含水，该异常体与隧道掌子面泥质物相连。下部异常分两部分继续向下延伸，一部分为坍陷范围区域，另一部分为向ZK130＋019～ZK130＋033里程处的延伸；在ZK130＋033～ZK129＋949之间，有厚度约为0～19m的覆盖层，含砾亚粘土、亚粘土，稍微含水，含碎石、块石，碎石含量约30%，碎石或块石粒径范围在0.3～1m之间，黏性土呈软塑－流塑状态。

洞内掘进段掌子面岩性为泥盆系中统棋梓桥组，含砾砂质粘土岩，黄灰色，夹少量黄褐、黑褐色，主要矿物成份为泥质、砂质、方解石等，砂泥质结构，块状构造。

隧道山体地表水较发育，大量雨水沿山坡汇入地势低洼的冲沟地带，以地表径流形式排泄。地下水主要为第四系覆盖层中的孔隙水和基岩裂隙水。

1 坍塌治理设计

该坍塌形成的内因是此段为山前堆积体及地表水集中排泄汇集区，外因是此段内挖方的卸载和地下水环境的变化。其中隧道掌子面的掘进是此段坍塌的直接诱发因素，而雨水季节地下水环境的恶化也降低了山体的稳定性，加剧了坍塌的形成。

根据地质勘察报告和工程施工现状，对该坍塌段采取排水、加固、监测等方案，使该坍塌段掘进能顺利通过，具体设计方案如下：

1.1 洞内突泥堵截

洞内突泥采用填土平台进行堵截，防止进一步扩大，造成洞顶坍塌继续扩大。

1.2 高压旋喷桩设计

对拱顶长ZK130＋031～ZK129＋949范围内进行单管高压旋喷处治，桩径600mm，范围是在拱顶上部10m范围内全程高喷处理，拱顶上部5m范围内进行复喷加强处理。

高压旋喷桩可以改善隧道受力状况。旋喷桩固结体形成了良好的应力环，承受了外部土地层的土压力，减小了洞内受力。止水效果好，旋喷桩固结体有较强的止水效果。处理后，能便于隧道掘进工作的正常进行。

根据不同的工程地质和水文地质条件，结合拱顶结构受力条件，采取不同的桩间距，分别为0.6m，1m梅花形布置，具体布置方式详见图3。

1.3 排水设计

排水首要任务是防水，处理地下水问题是解决流沙流泥施工难题重大首要关键技术。在地表应建立沟槽导排系统，防止降雨和地表水入渗。因地表土体松散，可采用在地表敷设土工织物材料，对山坡来水和大气降雨进行导流，严禁雨水渗入塌陷区。

其次是引排水，为减少坡体地下水对加固体的渗流作用，可在斜坡上设置6个仰斜式排水孔，孔径110m，孔深10m，内置PVC花管，并用土工布包裹。

最后是堵水，为减少地下水的渗水通道，在隧道左右侧2m范围内，高压旋喷桩加密处理，采用0.6m间距梅花形布置。

2 施工方法

先进行地表排水（坍塌坡体外的截水沟、坍塌周围的排水沟）和坡面排水（斜式排水孔）施工，建立深部位移监测系统，然后由上而下逐排施工高压旋喷桩，特施工完成后监控量测趋于稳定后，再进行掌子面掘进施工。高压旋喷桩施工是坍塌治理的关键，故仅介绍高压旋喷桩施工方法。

高压旋喷桩施工工艺流程：确定桩位→工程钻机引孔→旋喷机就位→喷射注浆→清洗管道→桩机移位。

2.1 确定桩位

根据拱顶中线点位置，用钢尺确定桩位，桩位偏差值不大于50mm，并按设计图纸编号进行记录，防止漏桩。

2.2 工程钻机引孔

地质状况为粘土夹孤石，必须单独使用工程钻机进行引孔，首先钻机就位，检查钻机工作性能，合格后方可开钻，并及时做好现场施工记录。其次钻进过程中，上面部分的虚桩不要求孔径，但要注意保护好孔壁，防止塌孔。最后钻进至须旋喷的位置后减慢钻进速度，使孔径符合要求，并保证钻孔的垂直度偏差小于1%。

2.3 旋喷机就位

旋喷机与工程钻机拉开工作距离后，旋喷机就位，检查旋喷机工作性能，管路系统畅通及密封性能，各通道与喷嘴内不能有杂物。

2.4 喷射注浆

将注浆管插入到设计深度，检查是否畅通，合格后进行喷射注浆作业。先向孔内注清水，待泵量泵压正常后，开始注浆，该设计有5m需要复喷，粗喷完成后，再插管至底部进行复喷，在注浆过程中注意控制提升速度和旋转速度，并注意观察水、气、浆压力和流量是否达到设计要求。当注浆管不能一次提升完成而需分次卸管时，卸管后喷射的搭接长度不得小于100mm，以保证固结体的整体性，分节拆卸高喷管时，动作要快，尽量缩短停机时间。如因故障，水泥浆拌制后停滞时间超过2h，须废弃不得再作为成桩使用。

经过2根试桩，确定材料用量及技术参数如下：施工材料采用普通硅酸盐32.5水泥，每米水泥用量250kg，水灰比为1∶1；提升速度控制在不大于20cm／min，旋转速度18r／min，注浆压力在25～30MPa，桩身对拱顶5m深度范围内复喷加强。

2.5 清净管路

及时用清水冲洗注浆管、注浆泵、送浆管路和浆液搅拌机等，空气管路和高压泵管也要分别送风、送水冲洗干净。

2.6 施工中出现的问题及处理措施

钻孔平均深度约35m，粘土层中孤石较多，且埋深基本在12～20m，导致多次发生卡管、埋钻等情况，经多次调整，增大孔径到90～110mm后，情况得到极大改善。

3 检测效果

由图4时态曲线图可知，ZK130＋040断面拱顶沉降及水平收敛变化基本稳定，高压旋喷桩处理效果较好。

4 结 语

实践证明，高压旋喷桩用于隧道掌子面塌方导致洞顶坍塌体的加固不仅具有很好的效果，而且可以加快施工进度，节约成本，确保隧道施工的安全性和可靠性。近年来，随着施工技术和施工条件的发展，旋喷桩应用范围越来越广，为保证高压旋喷桩的施工质量，应根据不同的地基土质要求和设计要求，选择合理的水泥、外加剂及配合比，施工过程中应严格控制浆液压力、气压、浆液流量及旋喷提升速度和转速等各项指标以保证成桩质量。施工完毕应采取相应的检测手段检查成桩的各项技术指标，确保符合设计规范要求。

［1］徐至钧.高压喷射注浆法处理地基［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［2］祝和意.旋喷桩加固地基施工技术措施［J］.山西建筑，2007，33（6）：139－140.

［3］黄成光.公路隧道施工［M］.北京：人民交通出版社，2006.