水平旋喷桩工法.doc

水平旋喷桩施工工法1、前言水平旋喷预支护施工技术是在常规旋喷注浆技术基础上发展起来的一种新的施工技术。水平旋喷在国外已成功地应用于各种软弱不良地层的预支护中，但在我国尚属罕见。xx铁路复线xxx隧道进、出口各13米暗洞部分，设计为拱部施作水平旋喷桩。采用TGD50型水平钻孔旋喷机及与其配套的YZB32型液压注浆泵，进水平旋喷桩超前预支护的施工。根据水平旋喷机的使用机理，针对风积砂地质的特点，进行了多次工艺试验，掌握了水平旋喷在风积砂地层中的操作要领、注浆压力、固结体直径、浆液自止浆及旋喷桩施工精度等一系列技术参数，取得了水平旋喷固结体周围砂体物理力学性质的变化数据。固结体开挖后，进行微单元取样化验测试，得到了旋喷固结体的单轴抗压强度及应力-应变关系、抗拉强度、容重等数据。在浆液配比方面，做了大量的室内外浆液配比试验，找到了风积砂土质的最佳浆液配方。在此基础上，于2002年4月将此工法与配套设备运用于xx铁路复线xx隧道出口段松散风积细砂地层的超前预支护施工之中，成功地控制了隧道风积砂地层，使拱顶下沉减少了86%90%，初期支护水平收敛降低了34%65%，取得了良好的支护效果。此工法的应用，成本低，效果好，得XXXX，取得了很好的经济效益和社会效益。见图一：水平旋喷桩预支护示意图；见图二：水平旋喷桩进洞侧面图。2、工法特点2.1 该工法支护后形成的拱棚固结体可有效止水，防止漏沙及砂体坍塌，限制地层及地表变形，提高地层稳定性，保证施工和支护结构的安全。2.2 TGD-50型水平旋喷机设计新颖，实现了液压升降，水平、倾斜和竖直旋喷作业；液压系统简单，操作维修方便，造价合理。2.3 该工法可以根据不同的软弱地层条件及设计要求，旋喷的各项性能参数可根据实际需要进行调整。 图 二3、适用范围3.1 本工法主要适用于粘性土、砂类土、泥面岩及小粒径的砂砾层和破碎带。3.2 本工法可灵活适应于全断面或台阶法的不同施工方法。4、施工工艺4.1 工艺原理水平旋喷预支护工法是在不良地质隧道工作面前方，沿隧道开挖外轮廓线钻孔，达到预定深度后，边后退边高压旋喷注浆，相邻的旋喷固结体相互搭接咬合形成旋喷拱棚。4.2 为了保证地层加固效果，必须选择合理的钻机转速、旋喷速度，以保证浆液和砂体的搅拌效果。4.3 施工场地的准备平整、铺垫、夯实作业平台，以满足施工机械安装和行走的需求。4.4 旋喷浆液制备4.4.1 浆液制备及输送设备放置在旋喷钻机附近，依次设置水泥存放台、浆液搅拌桶、储浆桶、高压泵等。4.4.2 制浆工人按试验配合比（以每桶计）严格向桶内注入水及水泥，每桶搅拌时间不少于2min。倒水泥时应通过筛网将纸袋杂物清除。4.4.3 浆液流入储浆桶前过滤，桶内吸浆管也装滤网，防止堵塞管道。储浆桶应不停地人工搅拌以防止沉淀离析。5、工艺流程与操作要点5.1 施工顺序见施工工艺流程图：喷浆、搅拌、回转放线、定点位调平、钻杆定位钻进高压泵送水旋喷、后退钻至设计孔深到设计位置停止旋喷封孔口转入下循环水平旋喷桩工艺流程图 5.2 工序操作要点如下：5.2.1 测量班在旋喷工作面及洞顶测画出隧道中线（顶部吊线两点以上）和需用的高程点及拱顶开挖线最高点。根据设计图纸准确地图出钻孔孔位。按旋喷机轨道设置需要挖出轨道底枕木坑，枕木底部填实，槽钢轨道内沿距旋喷工作面底部50100cm，轨道与隧道中线垂直，为方便施工，轨道顶面位于台阶底部保持水平，需用仪器校正。5.2.2 旋喷次序：先钻喷拱顶中央孔（0号孔），然后每次间隔一个孔位从上到下，左右交替（左2，右2，左4，右4）直到底部。再从上到下，左右交替补喷所缺孔位（左1，右1，左3，右3），使轨道左右均匀受压，后旋喷孔固结体能填补两孔间空隙。5.2.3 钻机对位：将钻塔升高，按计算的水平旋喷机对位的参数，用垂球钢尺量测，检查钻机前点和后点的高度是否与要求值吻合，即可调整钻机的倾角及摆角，使钻杆方向符合外插角要求。5.2.4 启动旋喷钻机，钻头边旋转边钻进：钻进中为冷却钻头，减少阻力，防止砂粒进入喷嘴，用低压低流量清水从喷嘴中喷出，中途接杆时，将输浆管连接器连同过渡短杆卸下接装在待装杆尾部，再将后续杆与机上杆连接。旋转钻杆使接口压缩开始钻进，依此类推，接长钻杆直至钻到设计孔深后钻机停止接杆和钻进。5.2.5 改变旋喷机旋转方向，通知给浆后，先旋转半分钟再开始后退。旋喷时，边喷边转动边后退，钻杆旋转速度调整到20r/min，旋喷端头三根杆时后退速度为 1518cm/min，以后几根后退速度为20cm/min。这样就使浆液和被切割的砂体搅拌均匀混合形成一个圆柱体。中途卸杆时，先停止后退，旋喷5圈，然后通知停止送浆。卸杆完毕恢复给浆后，先旋转35圈再后退，这样可以防止出现断桩。5.2.6 每孔旋喷到距孔口1.5m左右时即停止旋喷，退出钻头后，立即用木塞包水泥袋堵住孔口，以防止浆液大量外泄。在未完全固化的柱体中插入钢管或钢筋，可提高其抗弯折能力。5.3 施工注意事项5.3.1 严格控制钻孔深度、旋喷速度，牢记卸杆后恢复给浆时的技术要领，避免断桩，确保旋喷桩桩长达到设计值；严禁未达到设计深度及尚未旋喷满的情况下进行旋喷机后退旋喷作业。5.3.2 在含水量较大的粘土层钻进时，喷咀易发生赤地千里塞现象，当堵塞时，因没有冲洗清水故阻力大，扭矩剧增转速也会下降，这时应停止给进，调整速度，查明原因，待扭矩下降后再正常给进。在后退旋喷作业时，若喷咀堵塞，泥浆泵压力表指示压力将急剧升高，这时应停止送浆。迅速退出钻杆和喷头，换上新的喷头并钻进到原先喷射处，再正常送浆，继续后退旋喷作业。卸下的喷头、喷咀应立即清除堵塞物，分析堵塞原因，防止再次出现。5.3.3应认真做好浆液计量工作，记录浆液的累计喷入量；严禁使用配比不准确的浆液。5.3.4 旋喷流出的废浆应经专用排浆沟纵向排出。注意勿使废浆液聚集或流经拱脚处，以免泡软拱脚地层。5.3.5 旋喷桩施工时，施工单位应认真填好施工原始记录（见表1），严禁涂改及伪造。5.3.6 钻杆装卸与钻进、后退必须按规定方向旋转。5.3.7 钻杆连接时，必须将螺纹擦拭干净，并加装密封垫圈。5.3.8 不允许使用弯曲或螺纹损坏严重的钻杆。5.3.9 在校正钻孔孔位时，可用夹持器协助导向，但不能加紧钻杆，校正后夹持器必须复回原位才能开始钻进。开始或停止钻进动作应平稳不能太快。5.3.10钻进速度不宜过快，并应适时地加入后退动作，修正钻头钻进轨迹，以提高钻孔精度。依据地层条件合理调整给进力。5.3.11 作业过程中，应随时清除钻塔导轨面上的泥土杂物，加滑润油，防止拉伤导轨面。表1 水平旋喷桩施工原始记录表 工程名称新杏树峁隧道工程部位洞 身 支 护起讫桩号围岩类别I类记录时间 年 月 日 时 机械设备桩 孔 位桩间距注浆配合比施工记录：（劳动力组织情况及钻进 旋喷时间 桩径 布置参数 注浆量及水泥 水玻璃用量）6、主要材料水平旋喷桩主要材料为水泥。7、机具设备本工法的主要施工机具有TGD-50型水平钻孔旋喷机；YZB-32型液压注浆泵，功率60KW；另外还有浆液搅拌机、储浆罐、高压输浆管、浆液混合器、滤网等。8、劳动力组织该工法施工劳动力组织主要由以下人员构成：（每班12人）8.1 工程技术人员、行政干部、旋喷司机各1人，分工负责施工现场的技术问题、施工组织、施工设备操作及其维护、保养。8.2 工班长1名，负责本班组的工作。8.3 记录员1名，负责本班组的记录。8.4 高压泵司机1名，负责注浆泵的操作、维护和保养。8.5 普工6名，负责施工浆液制备、装卸钻杆、清除废浆等。9、质量标准9.1 影响旋喷桩质量的因素9.1.1 旋喷压力是影响旋喷桩固结体质量的主要因素，在喷嘴参数和浆液重度不变的情况下，喷流轴上的压力与流速的平方成正比，压力越大，固结体的直径越大；9.1.2 浆液水灰比大小直接影响成桩固结体的强度，应由试验室试验后提供最佳水灰比；9.1.3 旋喷浆液与砂体的搅拌均匀程度：一般来说，旋喷浆液与砂体搅拌越均匀，其旋喷桩的强度就越高。因此，为了提高旋喷桩的桩身强度有时采用控制后退旋喷速度或重复旋喷搅拌的施工工艺。9.2 质量标准9.2.1 水平旋喷桩方位精度：在均匀地层终端水平偏移平均0.3%，垂直下沉偏移幅度平均1.3%。9.2.2 水平旋桩桩体强度应大于5Mpa。9.2.3 水平旋喷桩桩径应大于60cm。9.2.4 为了保证浆液与砂体的搅拌均匀程度，施工前必须进行工艺性试桩，其根数不少于4根。9.2.5 为了保证本工法的施工质量，施工时应严格执行软弱围岩隧道水平旋喷预支护施工细则，统一施工工艺，强化施工管理及质量意识。10、安全措施本工法机械设备以旋喷机为主，浆液靠高压泵输送。在施工过程中整个设备系统均有压力，各关键部位均应设置安全阀与压力表、油表、秒表，以显示各系统压力情况和运行情况，保证施工正常进行。为了规范人员操作，防止人为事故和机械事故发生，施工时必须遵守针对本工法制订的TGD50型水平旋喷机安全操作规程及岗位职责。11、效益分析本工法与管棚施工相比，其成本仅为管棚施工的1/22/3。经过反复观测，水平旋喷桩预支护能有效地控制砂体地层下沉，使隧道开挖、支护安全、快速地进行。本工法具有明显的社会效益和经济效益。12、工程应用实例我xx局xx承建的xxx隧道是xxx线重点、难点工程，隧道全长xx米，洞身穿越半固定沙地，风积细砂厚度大于30米，故得名为风积砂隧道。本隧道与左侧既有隧道相隔20100米，既有线列车运营频繁，振动幅度大，对新线隧道安全开挖造成极大威胁。Xxx隧道进、出口各13米暗洞段设计了13米水平旋喷桩，水平旋喷桩的施工成功地克服了开挖、支护等一系列困难，保证了隧道安全顺利地进洞，工程质量达到了设计要求。此工法的运用，得到了有关方面的好评，值得在其他软弱围岩隧道中应用推广。附图片：1、新杏树峁隧道出口水平旋喷施工2、平旋喷桩成桩固结体。水平旋喷桩成桩固结体