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1、水平旋喷桩在深圳地铁大—科区间流塑状粘性土中的应用摘 要 介绍水平旋喷桩超前预加固技术在深圳地铁大剧院—科技馆区间不良地质地段中的应用,重点阐述水平旋喷桩加固机理、施工工艺和效果。关键词 地铁 软弱围岩 水平旋喷桩 预加固1 概述在软弱、松散、富水地层中修建地下工程,采用超前预加固辅助工法已得到地下工程界的广泛认同和应用。目前,超前预加固方法主要有超前小导管、超前小导管预注浆、大管棚、深孔注浆、水平旋喷桩、水平搅拌桩和水平冻结等。在工法选取上应根据不同水文、地质、周边环境进行安全、技术、经济对比和适用、成熟可靠条件分析,进行动态设计,合理选用。深圳地铁大—科区间位
2、于深圳市主要干道深南大道正下方,单线长1144.7m,埋深10～19m,分左右2条单线隧道,线间距13.2～17.2m。其中SK3+210～SK3+315段通过不良地质,该段埋深15～17m,上覆素填土、粉质粘土、砾砂层、砾质粘性土、流塑状粘性土,其中流塑状粘性土侵入隧道断面3～6m。该地段土体自稳能力极差,土层中局部存在囊体,囊体内充填水和泥沙混合物,在隧道开挖过程中会毫无征兆地喷发,泥沙俱下,导致土体失稳,引起险情。受环境制约,该地段不允许进行地表降水和注浆加固,洞内起初仅采用小导管加密注浆,但效果甚差,安全、质量、进度无法保证,一度处于停工状态。2001年1
3、0月22日,50多位地下工程界的专家、学者会聚深圳,联手“把脉会诊”,经过综合论证,建议优先选用水平旋喷桩并辅以小导管注浆加固的施工方案。目前工程进展顺利,该段二次衬砌施工完毕,达到了“安全、经济、快速、优质”的目标。2 水平旋喷桩加固机理水平旋喷桩是以高压泵为动力源,通过水平钻机钻杆、喷嘴把配制好的浆液喷射到土体内,喷射流以巨大的能量将一定范围内的土体射穿,并在喷嘴作缓慢旋转和进退的同时切割土体,强制土颗粒与浆液搅拌混合,待浆液凝固后,便形成水平圆柱状水泥土固结体,即水平旋喷桩。当旋喷桩相互咬接后,便以同心圆形式在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷帷幕体,起到了防
4、流沙、抗滑移、防渗透的作用,保证了隧道掘进安全。水平旋喷桩具有以下特点。(1)可控性 水平旋喷桩的浆液局限在土体破坏的范围内,浆液的注入部位和范围是可以控制的,可通过调节注入参数(切削土体压力,固化材料的注入速度,配比,注入量等)获得满足设计要求的固结体。(2)均匀性 喷射流在能量衰减前使其射流交汇,在碰撞点切削能量相互抵消,以致比桩心到碰撞点距离大的地方射流已无能力切削土体,所以加固体均匀程度好。(3)成本低、效率高 由于限定注入范围,相对注入量大幅减少,每m水泥用量仅为100～150kg,施工速度比大管棚或深孔注浆提高2倍～3倍,周期缩短。(4)效果好 具有提
5、高复合土体强度、防渗、抗滑、预支撑等多重效果。3 水平旋喷桩超前预加固方案通过室内模拟试验、现场试验、理论分析以及专家意见,确定了在大—科区间流塑状粘性土地段采用“周边单层咬合水平旋喷桩加固为主,特别困难地段双层以小导管注浆为辅,工作面采用间隔水平旋喷桩”的超前预加固方案。(1)加固范围采用SIR2000型地质雷达(美国GSSI公司)、工作面素描和洛阳铲相结合的方法,对开挖面前方地质进行超前预报,根据预报结果结合地层界线确定周边水平旋喷桩预加固范围。一般情况下拱部150°范围,对于流塑状粘性土侵入隧道下部的加固范围适当调整至180°～270°。工作面加固范围为开挖
6、面上台阶核心土及弧形导坑内缘(图1、图2)。图1 水平旋喷桩加固示意(纵断面)(单位:m)图2 水平旋喷桩加固示意(横断面)(单位:m) (2)主要设计参数周边旋喷加固体的直径为500mm,孔深15m,考虑不设扩大工作室,为减少周边破桩工作量,桩尾3.0m范围只成孔,不旋喷成桩,实际成桩长度12m。纵向搭接长度1.5m,环向间距在开孔处0.33m,终孔处0.4m,外插角5°～8°(视地质及线路坡度调整),相邻加固体咬合厚度大于10cm。施工一循环旋喷桩,开挖初支进尺10.5m。为减少前方土体滑移引起工作面失稳,加剧结构变形和地表沉降,工作面亦设置水平旋喷桩,桩间
7、距1～1.5m,桩长L=L1+L2+H×tan(45°-φ/2)=14.3m,取15m(L1为循环长度10.5m;L2为锚固长度2m;H为上台阶开挖高度3m;φ为内摩擦角15°)。周边小导管注浆间距为0.33～0.4m,l=3.5m,纵向搭接不小于2.0m。设置在相邻旋喷桩加固体的咬合处,浆液采用CS双液浆,水灰比为0.8∶1,体积比1∶1,水玻璃15～20Be′。4 各工序技术要点(1)施工参数①钻杆钻进速度:0.25～0.35m/min;②钻杆(轴)的转速:70～120r/min;③水泥浆配合比:mC∶mPa。(2)施工准备封闭上台阶和下台阶工作面,喷混凝土厚
8、度不小于2
