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摘要：风积沙隧道施工目前是隧道施工的难点，施工难度大，技术含量高，成本高，本文通过对水平旋喷桩的施工原理与工艺等特点的介绍来描述针对风积沙隧道应该采取一种方案，也是国内为数不多的一种高技术含量的施工方案。
关键词： 水平旋喷桩 风积沙 隧道
中图分类号：U45文献标识码： A
一、技术概况
目前，风积砂隧道为年久风力搬运形成，颗粒均匀呈粉砂状，砂层密实度较高，风干后自然流淌，经现场检测砂层含水量为2-3%。砂层注浆扩散系数小，大管棚或小导管注浆难以扩散，不能有效的将超前支护范围内的砂层固结，粉砂会从上面超前导管缝隙中与前方掌子面流出，形成体积不等的空腔，在開挖过程中，不断有并且随着掌子面的开挖掘进粉砂层空腔不断扩大，达不到超前预支护目的，隧道开挖难以施工。
二、水平旋喷桩施工原理
采用水平定向钻机打设水平孔，钻进至设计深度后，拨出钻杆，且同时通过水平钻机、钻杆、喷嘴以大于35MPa的压力把配制好的浆液喷射到土体内, 借助流体的冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度（20r/min）旋转，一面低速(15～30cm/min)徐徐外拔，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后形成直径比较均匀，具有一定强度（0.5～8.0Mpa）的桩体，从而使地层得到加固，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, 水平旋喷桩具有梁效应和土体改良加强效应，能够起到防流沙、抗滑移、防渗透的作用,保证隧道掘进安全。
三、施工方案
根据现场工程地质及水文地质条件，为加固隧道拱部地层，在隧道拱部采用高压水平旋喷桩进行地层加固。
（一）水平高压旋喷桩设计参数
根据现场工程地质条件及现场施工情况，即在隧道拱部位置按设计要求布设水平旋喷桩，布置范围在隧道断面180度范围内，桩径600mm，桩间距为400mm，相邻桩相互咬合200mm，每排20米，55根，每排桩搭接5 m，按大角度打设，设计角度为10-15%。
洞口第一循环水平旋喷桩施工结束后，开挖隧道时，开挖到10m掌子面时向前方开始外扩旋喷工作室，工作室长度为5.0m，工作室开挖线外扩300mm，工作室扩到现掌子面前方15.0m处，预留5.0m水平旋喷桩作为与下一循环水平旋喷桩的搭接长度。
后续水平旋喷桩在具备工作室的条件下，设计长度达到20m，水平旋喷桩中心距为400mm，打设角度根据隧道坡度及工作室要求确定水平旋喷桩预导孔打设角度（初步定在5%）。施工后续循环水平旋喷桩时，预导孔打设角度均采用无线导向仪测量钻进角度，发现角度偏过大时，就及时进行纠偏。
（二）水平旋喷桩工程主要技术要求如下:
1、施工误差其精度控制在±3‰范围内；
2、为确保相邻旋喷桩的相互咬合，应控制各桩的方位角，方位角误差控制在±2‰范围内，曲线及咬合曲线段由项目部技术部门现场确定；
3、成桩后桩体必须满足强度要求，桩体应确保连续，均匀达到止水效果；
4、水平旋喷桩应严格按照设计桩位、桩径、桩长和桩数施工。
5、对每根桩从钻孔至成桩做以下记录：施工日期、开钻时间、结束时间、旋喷压力、旋喷提升速度、桩长、注浆量；
6、施工前，现场应先进行两根成桩试验，通过试验桩掌握钻进速度、拔钻速度、旋喷速度、喷浆压力、单位时间喷浆量等技术参数，确定旋喷的均匀性，确定最佳施工参数和最佳施工工艺；
7、桩体施工过程要连续，不能间断，防止出现断桩，短桩现象的发生。如因机械故障或其它原因停机在30-120分钟的，应重复旋喷1m，超过2小时的，按断桩处理，应重新钻桩。
四、施工工艺
（一）施工准备
检查钻机运行是否正常。回油管的快速接头是否完好，机台各种油管有无损伤。启动柜是否完好（包括启动柜内的各种开关、继电器、变压器、机柜等）、三联泵有无损伤，检查液压油液面高度是否在油箱2/3的高度以上，电机是否受潮，钻具、工具是否齐全。高压注浆泵运行是否正常，高压注浆管路是否畅通，压力表是否正常。
（二）钻进
1、水平定向钻进方法原理
水平定向钻进方法是非开挖管线施工的一种方法。该方法要求在钻进过程中能准确测定钻头在地下的位置和方向。根据钻头在钻进过程中的位置和方向同设计轨迹的差异，利用能进行调节方向的钻头（一般为楔型钻头）改变钻头的钻进方向，从而按设计要求完成各种管线的铺设。
2、钻孔打设：
为确保钻孔质量，首应先打设2—3个探孔，查明地层变化情况及地层对钻孔角度的影响，然后根据探孔情况确定旋喷桩钻孔的打设角度。
（三）高压旋喷
1、进行高压喷浆前应检查高压注浆泵，查看泵压读数是否达到设计要求（35—40MPa），泵压达到设计要求时才能开始喷浆；
2、在孔底高压喷浆时应停留一定时间，然后再缓慢外拔钻杆，钻杆每外拔出0.6m，应回拖0.30m钻杆，同时高压喷浆；
3、在高压喷浆时，应安排专人观察泵压变化，一旦发现泵压过低时应及时通知机台停止喷浆，查明原因后再恢复高压喷浆；
4、当钻杆拔至孔口0.50m时停止注浆，关闭浆液通道，再缓慢拔出钻杆，进行封孔作业；
5、喷浆参数：浆液要求水：水泥为1：1；注浆压力为35—40Mpa；
（四）封孔
1）喷浆至孔口掌子面0.50m时，应停止喷浆；
2）缷下孔口管最外端的密封装置，关闭循环液排出口；
3）快速拔出钻杆和钻头，关闭大球阀；
4）高压旋喷注浆完成后应在循环液排出口处安装压力表，然后用250泵补注浆，注浆压力控制在0.8-1.0MPa；
（五）清洗管道及设备
每根桩施工完毕后都应用清水高压冲洗管道及设备，确保管道内不留在残渣，清洗完毕后移至下一桩位。
五、隧道深层超前预加固咬合桩的施工难点：
隧道深层超前预加固咬合桩在施工过程中的难度与技术含量均是一般地基处理等常用加固桩无法比拟的，具体体现在以下几个方面：
1、操作空间狭小、施工条件复杂
操作环境是在空间狭小的隧道内，钻机数量、钻机移动摆放与工人操作均受很大影响。同地面加固相比，在隧道内施工有如下特点：
工效低。国内现在还没有专业的大型施工机械，使得施工效率很低。在开阔施工场地一台机器每天可以施工500米，而在隧道内由于要加接钻杆工效只有十分之一左右。另外隧道内每台班人员数要多出三分之一。
难度大。在地面加固情况下，钻机向下施钻，方向能有保证。但在水平施钻时，要保持钻头的方向基本不变是很难的。另外，水平施钻时易塌孔、易抱钻，经常丢损钻具。
2、对配套设备与操作人员要求高
钻机在隧道内的吊装移位与钻进喷浆的施工过程中均需要装载机、挖掘机、自卸汽车（运载钻机、移动架、各种配件与材料）、空气压缩机（凿除封闭混凝土与桩体）、通风机、液压注浆泵、离心式泥浆泵（泥浆池内使用）等多组设备全程配合。
3、设备先进、科技含量高
钻机设备在定位过程中采用自主研发的有线制导装置控制钻进初始方向；同时在钻头内装有特制的红外传感器，通过输出信号在外部显示屏显示钻头的倾角(水平角度)与方向，如发现偏移，及时利用能进行调节方向的楔型钻头进行纠偏。
4、钻机定位与钻进角度精准性要求极高
由于是在隧道深层成桩，为起到对砂层的超前预加固的作用，因此前方桩体必须严格与开挖轮廓线相吻合并紧密咬合无缝隙。所以钻机的每次定位必须经过测量人员对中心、角度、偏距等项目多次计算后确定，再利用钻机自带的激光制导装置进行定位复核；
5、成桩质量要求极高
由于是起到封闭与加固粉细砂层的作用，因此于对成桩质量的要求极高。施工过程中，原材料、水、电发生中断、工人在操作钻机钻速、退速等各方面有一点疏忽，均会造成成桩质量差、桩径不均匀、局部咬合差等现象，最终在开挖过程中发生漏砂甚至坍塌事故。
简介：张佳贞（1982.01），男，籍贯：河北邢台人，职称：助工，学历：本科，主要研究方向：建筑
关键词： 水平旋喷桩 风积沙 隧道
中图分类号：U45文献标识码： A
一、技术概况
目前，风积砂隧道为年久风力搬运形成，颗粒均匀呈粉砂状，砂层密实度较高，风干后自然流淌，经现场检测砂层含水量为2-3%。砂层注浆扩散系数小，大管棚或小导管注浆难以扩散，不能有效的将超前支护范围内的砂层固结，粉砂会从上面超前导管缝隙中与前方掌子面流出，形成体积不等的空腔，在開挖过程中，不断有并且随着掌子面的开挖掘进粉砂层空腔不断扩大，达不到超前预支护目的，隧道开挖难以施工。
二、水平旋喷桩施工原理
采用水平定向钻机打设水平孔，钻进至设计深度后，拨出钻杆，且同时通过水平钻机、钻杆、喷嘴以大于35MPa的压力把配制好的浆液喷射到土体内, 借助流体的冲击力切削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度（20r/min）旋转，一面低速(15～30cm/min)徐徐外拔，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后形成直径比较均匀，具有一定强度（0.5～8.0Mpa）的桩体，从而使地层得到加固，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, 水平旋喷桩具有梁效应和土体改良加强效应，能够起到防流沙、抗滑移、防渗透的作用,保证隧道掘进安全。
三、施工方案
根据现场工程地质及水文地质条件，为加固隧道拱部地层，在隧道拱部采用高压水平旋喷桩进行地层加固。
（一）水平高压旋喷桩设计参数
根据现场工程地质条件及现场施工情况，即在隧道拱部位置按设计要求布设水平旋喷桩，布置范围在隧道断面180度范围内，桩径600mm，桩间距为400mm，相邻桩相互咬合200mm，每排20米，55根，每排桩搭接5 m，按大角度打设，设计角度为10-15%。
洞口第一循环水平旋喷桩施工结束后，开挖隧道时，开挖到10m掌子面时向前方开始外扩旋喷工作室，工作室长度为5.0m，工作室开挖线外扩300mm，工作室扩到现掌子面前方15.0m处，预留5.0m水平旋喷桩作为与下一循环水平旋喷桩的搭接长度。
后续水平旋喷桩在具备工作室的条件下，设计长度达到20m，水平旋喷桩中心距为400mm，打设角度根据隧道坡度及工作室要求确定水平旋喷桩预导孔打设角度（初步定在5%）。施工后续循环水平旋喷桩时，预导孔打设角度均采用无线导向仪测量钻进角度，发现角度偏过大时，就及时进行纠偏。
（二）水平旋喷桩工程主要技术要求如下:
1、施工误差其精度控制在±3‰范围内；
2、为确保相邻旋喷桩的相互咬合，应控制各桩的方位角，方位角误差控制在±2‰范围内，曲线及咬合曲线段由项目部技术部门现场确定；
3、成桩后桩体必须满足强度要求，桩体应确保连续，均匀达到止水效果；
4、水平旋喷桩应严格按照设计桩位、桩径、桩长和桩数施工。
5、对每根桩从钻孔至成桩做以下记录：施工日期、开钻时间、结束时间、旋喷压力、旋喷提升速度、桩长、注浆量；
6、施工前，现场应先进行两根成桩试验，通过试验桩掌握钻进速度、拔钻速度、旋喷速度、喷浆压力、单位时间喷浆量等技术参数，确定旋喷的均匀性，确定最佳施工参数和最佳施工工艺；
7、桩体施工过程要连续，不能间断，防止出现断桩，短桩现象的发生。如因机械故障或其它原因停机在30-120分钟的，应重复旋喷1m，超过2小时的，按断桩处理，应重新钻桩。
四、施工工艺
（一）施工准备
检查钻机运行是否正常。回油管的快速接头是否完好，机台各种油管有无损伤。启动柜是否完好（包括启动柜内的各种开关、继电器、变压器、机柜等）、三联泵有无损伤，检查液压油液面高度是否在油箱2/3的高度以上，电机是否受潮，钻具、工具是否齐全。高压注浆泵运行是否正常，高压注浆管路是否畅通，压力表是否正常。
（二）钻进
1、水平定向钻进方法原理
水平定向钻进方法是非开挖管线施工的一种方法。该方法要求在钻进过程中能准确测定钻头在地下的位置和方向。根据钻头在钻进过程中的位置和方向同设计轨迹的差异，利用能进行调节方向的钻头（一般为楔型钻头）改变钻头的钻进方向，从而按设计要求完成各种管线的铺设。
2、钻孔打设：
为确保钻孔质量，首应先打设2—3个探孔，查明地层变化情况及地层对钻孔角度的影响，然后根据探孔情况确定旋喷桩钻孔的打设角度。
（三）高压旋喷
1、进行高压喷浆前应检查高压注浆泵，查看泵压读数是否达到设计要求（35—40MPa），泵压达到设计要求时才能开始喷浆；
2、在孔底高压喷浆时应停留一定时间，然后再缓慢外拔钻杆，钻杆每外拔出0.6m，应回拖0.30m钻杆，同时高压喷浆；
3、在高压喷浆时，应安排专人观察泵压变化，一旦发现泵压过低时应及时通知机台停止喷浆，查明原因后再恢复高压喷浆；
4、当钻杆拔至孔口0.50m时停止注浆，关闭浆液通道，再缓慢拔出钻杆，进行封孔作业；
5、喷浆参数：浆液要求水：水泥为1：1；注浆压力为35—40Mpa；
（四）封孔
1）喷浆至孔口掌子面0.50m时，应停止喷浆；
2）缷下孔口管最外端的密封装置，关闭循环液排出口；
3）快速拔出钻杆和钻头，关闭大球阀；
4）高压旋喷注浆完成后应在循环液排出口处安装压力表，然后用250泵补注浆，注浆压力控制在0.8-1.0MPa；
（五）清洗管道及设备
每根桩施工完毕后都应用清水高压冲洗管道及设备，确保管道内不留在残渣，清洗完毕后移至下一桩位。
五、隧道深层超前预加固咬合桩的施工难点：
隧道深层超前预加固咬合桩在施工过程中的难度与技术含量均是一般地基处理等常用加固桩无法比拟的，具体体现在以下几个方面：
1、操作空间狭小、施工条件复杂
操作环境是在空间狭小的隧道内，钻机数量、钻机移动摆放与工人操作均受很大影响。同地面加固相比，在隧道内施工有如下特点：
工效低。国内现在还没有专业的大型施工机械，使得施工效率很低。在开阔施工场地一台机器每天可以施工500米，而在隧道内由于要加接钻杆工效只有十分之一左右。另外隧道内每台班人员数要多出三分之一。
难度大。在地面加固情况下，钻机向下施钻，方向能有保证。但在水平施钻时，要保持钻头的方向基本不变是很难的。另外，水平施钻时易塌孔、易抱钻，经常丢损钻具。
2、对配套设备与操作人员要求高
钻机在隧道内的吊装移位与钻进喷浆的施工过程中均需要装载机、挖掘机、自卸汽车（运载钻机、移动架、各种配件与材料）、空气压缩机（凿除封闭混凝土与桩体）、通风机、液压注浆泵、离心式泥浆泵（泥浆池内使用）等多组设备全程配合。
3、设备先进、科技含量高
钻机设备在定位过程中采用自主研发的有线制导装置控制钻进初始方向；同时在钻头内装有特制的红外传感器，通过输出信号在外部显示屏显示钻头的倾角(水平角度)与方向，如发现偏移，及时利用能进行调节方向的楔型钻头进行纠偏。
4、钻机定位与钻进角度精准性要求极高
由于是在隧道深层成桩，为起到对砂层的超前预加固的作用，因此前方桩体必须严格与开挖轮廓线相吻合并紧密咬合无缝隙。所以钻机的每次定位必须经过测量人员对中心、角度、偏距等项目多次计算后确定，再利用钻机自带的激光制导装置进行定位复核；
5、成桩质量要求极高
由于是起到封闭与加固粉细砂层的作用，因此于对成桩质量的要求极高。施工过程中，原材料、水、电发生中断、工人在操作钻机钻速、退速等各方面有一点疏忽，均会造成成桩质量差、桩径不均匀、局部咬合差等现象，最终在开挖过程中发生漏砂甚至坍塌事故。
简介：张佳贞（1982.01），男，籍贯：河北邢台人，职称：助工，学历：本科，主要研究方向：建筑