1.引言

　　該隧洞工程的總長為4.9 km,砂巖地質(zhì)段長為2107m,在隧洞總長中占43%,在隧洞施工的歷史上這種情況很罕見。在具體的施工過程中,根本無法根據(jù)設(shè)計(jì)單位給出的小導(dǎo)管注漿施工方法進(jìn)行,因?yàn)樯皫r地質(zhì)(多為流沙)基本上已經(jīng)貫穿了整個(gè)隧洞施工,所以施工方法只能使用密排管棚加鋼板法,但這種方法存在著非常大的安全隱患，而且施工的進(jìn)度非常緩慢。為此，在某段進(jìn)行了高壓旋噴注漿固結(jié)試驗(yàn),取得了很大的突破,這就找到了一條重要的施工辦法，促進(jìn)了全線砂巖段施工的順利進(jìn)行。

　　2.地質(zhì)概況

　　隧洞穿越的地質(zhì)較為特殊，是未固結(jié)砂巖,膠結(jié)的程度比較差,呈現(xiàn)散體狀態(tài),具有掌子面受涌水影響不穩(wěn)定，圍巖變形大及剛性、強(qiáng)度低，掌子面自穩(wěn)性差和圍巖強(qiáng)度小等特點(diǎn)。因?yàn)榇嬖诘叵滤?所以隧洞開挖在施工中呈流沙狀態(tài)。砂巖以透鏡體和夾層為主,層位不連續(xù),呈暗紅色和桔紅色,成巖作用差，膠結(jié)程度差, 泥質(zhì)膠結(jié),呈中厚層狀。

　　3.砂巖隧洞中高壓旋噴的施工原理

　　高壓旋噴注漿是指，在地面造孔完畢后把注漿管(裝有噴頭)下放至預(yù)估的地層深度,以高壓射流的形式把漿液或水通過高壓泵注入土層。

　　噴頭在噴射的過程中按照一定的速度進(jìn)行提升,必要時(shí)還以一定的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn),使土層受到高壓射流的切割,從噴嘴中將水或漿液噴射出來，從而形成噴射流，使土層被破壞和沖擊,當(dāng)土層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度小于呈現(xiàn)脈動(dòng)狀、速度和能量都很大的射流的動(dòng)壓時(shí),土顆粒就會(huì)從土層里剝落出來。在射流的重力、離心力及沖擊力等作用下,一部分土顆粒和漿液混合攪拌,同時(shí)有規(guī)律的按一定的質(zhì)量大小和漿土比例重新排列,把土體和輸送至地下的可凝固性漿液混合、置換及攪拌,進(jìn)而形成高噴樁，該高噴樁具有一定的抗?jié)B性能和強(qiáng)度，其余的細(xì)顆粒則隨水或漿液冒出地面。

　　高噴樁在砂巖中分布可以使砂巖體的強(qiáng)度提高,釋放隧道開挖的應(yīng)力后,砂巖體憑借高噴樁的承托摩擦效用具備較強(qiáng)的自穩(wěn)性,進(jìn)而給開挖提供了安全保障。施工中的高噴技術(shù)分為雙高壓、三列管、三重管、雙管和單管等,該工程的施工中使用的是三重管施工技術(shù)。

　　4.高壓旋噴注漿

　　4.1準(zhǔn)備和選擇材料。旋噴注漿是憑借高壓液流的沖擊力對土層造成破壞并和土體混合為新固體的,漿液按照噴射工藝的要求應(yīng)該具有如下特性:結(jié)實(shí)率高、無臭;有良好的力學(xué)性能;可以對漿液的膠凝時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié);漿液中的氣體應(yīng)該少;有足夠的穩(wěn)定性。一般水灰比采用的是1: 1-1.5: 1的水泥漿液。根據(jù)施工要求在噴漿之前將足夠合格的水泥漿液準(zhǔn)備好。

　　4.2 估計(jì)噴射固結(jié)的直徑

　　如下因素決定了旋噴后的固結(jié)尺寸: 噴射技術(shù)、高壓旋噴的注漿方法和土的密實(shí)程度和類別。按照國內(nèi)采用的水泥漿液,噴嘴孔徑2.0

　　D =1/770(350+10N-N2)=1/770(350+10×8-82 )=0.475m

　　該砂巖地質(zhì)中,5

　　4.3確定旋噴參數(shù)

　　(1)噴嘴直徑。噴射流的速度受噴嘴直徑大小的影響很大，在旋噴注漿中噴嘴是關(guān)鍵部分,安裝在鉆頭的側(cè)面。該工程結(jié)合布孔關(guān)系和地質(zhì)特點(diǎn),選用的噴嘴直徑為2.0-3.2mm。

　　(2)確定提升參數(shù)。噴流半徑和旋轉(zhuǎn)提升的速度相互關(guān)聯(lián),同時(shí)有效的半徑和噴嘴的噴射角度及幾何尺寸相互關(guān)聯(lián),并對噴流的特性有著直接的影響。

　　該工程將旋轉(zhuǎn)速度控制在了20~28 r/min，旋噴的提升速度控制在了6-10cm/min。在頂部的1m處分別控制在20 r/min ，20-23 cm/min旋轉(zhuǎn),選用的提升速度和旋轉(zhuǎn)速度均比較慢。由于該隧洞的固結(jié)厚度僅需要5m就能夠滿足施工的要求,所以施工中的封孔選擇在孔底5m處,控制旋噴轉(zhuǎn)速為20-28r/min，控制旋噴的提升速度為6-10cm/min。

　　(3)確定壓力參數(shù)。其流速和流量通常情況下是靠加大泵的壓力來增加,進(jìn)而使噴射力增大。該工程選擇的壓力是:小于4m時(shí)使用25Mpa，在0-4m時(shí),使用36Mpa。三重管分別是漿液管、水管、氣管,其初始的壓力分別不小于1.0Mpa、36Mpa、0.8 Mpa。

　　4.4關(guān)鍵的質(zhì)量保障措施和技術(shù)要求

　　(1)處理冒漿:通常會(huì)有數(shù)量一定的土粒在旋噴過程中沿著注漿管壁隨一部分漿液從地面冒出。按照實(shí)驗(yàn)分析得知, 一般情況下有特別大的冒漿量出現(xiàn)的主要原因是，注漿量和有效的噴射范圍相互不適應(yīng),注漿量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了旋噴固結(jié)所需要的漿量;如果不冒漿是由地層中存在的空隙較大而引起的,則能夠摻適量的速凝劑在漿液中,使固結(jié)時(shí)間縮短,在一定的土層范圍內(nèi)讓漿液凝固，此外,還能夠在空隙地段使注漿量增加,待空隙被填充后再正常進(jìn)行旋噴施工。

　　(2)可使用降低提升、回轉(zhuǎn)速度或提高泵量、噴射壓力等措施，以避免固結(jié)體尺寸減小或加大固結(jié)體尺寸。

　　(3)完成噴射注漿的作業(yè)之后,因?yàn)闈{液的析水作用,通常會(huì)產(chǎn)生程度不同的收縮,導(dǎo)致固結(jié)體的頂端產(chǎn)生凹穴,所以要防止其余鉆孔排出的雜物活泥土進(jìn)入，而且要及時(shí)用水泥漿(水灰比為0.61)進(jìn)行補(bǔ)灌。

　　4.6高壓旋噴注漿關(guān)鍵的施工工藝要求

　　(1)沖洗:完成噴射作業(yè)之后,要沖洗干凈注漿管等機(jī)具,不得讓機(jī)內(nèi)和管內(nèi)殘留水泥漿,為了徹底排除軟管、注漿管和泥漿泵內(nèi)的漿液，一般會(huì)把漿液換為水,在地面上進(jìn)行噴射。

　　(2)噴射作業(yè):噴射作業(yè)待噴管插入硬巖中一定深度后自下而上進(jìn)行,值班人員一定要對旋噴提升速度、壓力、注漿流量、漿液出凝時(shí)間等參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求與否時(shí)刻注意進(jìn)行檢查,而且隨時(shí)要把記錄做好,將作業(yè)過程的曲線繪制好,以便對施工參數(shù)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。因?yàn)閲鷰r的膠結(jié)程度很差,所以在施工中確定旋噴范圍為:設(shè)計(jì)隧洞開挖斷面的布樁形式為6孔樁布設(shè)，兩側(cè)的旋噴深度是7m,部分旋噴的深度是5m，以更好的對巖體進(jìn)行固結(jié)。

　　(3)鉆孔:使用四臺22KW的回轉(zhuǎn)式振動(dòng)鉆機(jī)作為鉆孔機(jī),鉆孔的孔徑是150 cm,以矩形布孔為基礎(chǔ),按照漿液擴(kuò)散固結(jié)的直徑,使用縱橫排距1.0m的加密布孔形式布置孔間距。鉆孔的分布呈現(xiàn)矩形網(wǎng)絡(luò)狀。為了保護(hù)孔壁，提攜鉆屑及冷卻鉆頭，鉆孔時(shí)使用泥漿護(hù)壁。從樁號K3+020到K2+987的鉆孔一共33m,鉆孔在施工中的布設(shè)共33排,各排鉆孔有6孔,總計(jì)198孔。

　　5.結(jié)束語

　　通過多次試驗(yàn),對旋噴參數(shù)進(jìn)行不斷的調(diào)整,終于在該隧道的施工中將高壓旋噴施工技術(shù)方面的一大技術(shù)難題---旋噴深度大成功的解決了,創(chuàng)造了一種新的施工方法保障了砂巖隧洞的安全施工,在全線施工中起到了非常重要的作用，并且得到了廣泛推廣。

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