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水平旋喷搅拌技术在广州地铁二号线工程中的应用蔡凌燕（广州地铁建设事业总部，广东 广州!#$#）摘要：在饱和淤泥质土、粉砂地层中修建地铁隧道，由于开挖扰动后围岩变为松散砂体，无自稳能力，故施工难度大。这里介绍广州地铁二号线新磨区间下穿华南路，在饱和粉细砂地层用水平旋喷搅拌技术，成功地解决了工程难题，为今后类似工程提供了有价值的资料。关键词：饱和淤泥质土；粉细砂；地铁隧道；水平搅拌技术应用中图分类号：%&()*$+,文献标识码：-文章编号：#./#)（)#)）#$/#!)/#$收稿日期：)#)/#/#!作者简介：蔡凌燕（0,/），男，大学本科，广州地铁总公司新洲项目部经理。!引言随着城市轨道交通的发展，修建地铁越来越多，施工难度也越来越大。正在修建的广州地铁二号线新 磨区间下穿华南路暗挖段要通过饱和淤泥质土、粉细砂地层，上部为宽,#1 的华南快速干线 广州通向番禺、深圳、珠海的主干线。隧道穿越饱和粉细沙层，是隧道建设中重大难题之一。在如此复杂的地层中开挖隧道极易发生涌水、涌沙，造成地表下沉直接危及华南路的行车安全。这种现象在国内尚属首次，可借鉴的经验不多。为此，我们结合本段的水文地质和工程地质条件，经过方案比选，采用水平旋喷搅拌技术，解决了工程难题，现左右线已顺利贯通。工程概况广州地铁二号线新（港东站）磨（碟沙站）区间，在 234+0#234)+#)#段穿越华南新干线高速公路。高速公路为双线.车道，路基宽度,#1，辅道)#1，隧道设计为两条单线隧道，净间距为)*!1，暗挖区间长.#1，埋深约!1。本区段地形平缓，基岩为砂岩，埋深较深，约)#1，其上覆土依次为：杂填土（层厚$*$1）、淤泥质土（层厚)*)1）、粉砂（层厚!*!1）、粗砂（层厚(*)1）。本地区地下水丰富，水位深约)*!1，砂土层透水严重且水位受珠江潮汐的影响，隧道在粉砂及粗砂层中穿过。234)+#)#*!#0明挖段.#.#支护线.#1),05$.6)07),05$.6)07234)834)9!#双排水平旋喷搅拌桩9!#双排水平旋喷搅拌桩华南新干线华南新干线隧道中心线.0#,#,#,#,#!)#!)#)!#明挖段(#)#)#9,#搅拌桩234+0#*!#0水泥土锚杆:)#水泥土锚杆:)#水泥土锚杆:)#水泥土锚杆:)#图!平面示意图#工程特点#*!地质条件差，水文情况复杂。本工程暗挖隧道所处地层为杂填土、淤泥质土、淤泥质粉砂、砂砾地层，地下水丰富，且随珠江水位升降而升降，补给丰富，自稳能力差。隧道穿过淤泥质粉砂、砂砾地层，围岩松散，自稳能力差，含水量大，地下水位高，地下水补给极易引起开挖中的涌水、流砂现象，对洞室稳定和开挖工作极为不利。#*隧道埋深浅，地表沉降控制要求高。隧道拱顶埋深!1 左右，地面为华南快速干线。施工期间要求地表沉降不影响快速干线的正常运行，对水平旋喷搅拌桩及洞室开挖的施工要求高，影响大。#*#相邻两隧道净间距小，洞室开挖影响大。本工程两隧道净间距为)*!1，相邻两隧道开挖施工结构间影响大。$水平旋喷搅拌技术的应用$*!范围及技术措施由于隧道在粉砂层及粗砂层中穿过，同时该地区地下水丰)!第#期%年&月广东水利水电;&=;?&ACB E?A=F*#G&=!%富，采用矿山法暗挖施工方案时，首先要解决好地下水问题，绝对不能在开挖过程中出现严重漏水，发生流砂、涌砂现象。故采用水平旋喷搅拌桩方案加固地层、在隧道开挖周边施做止水帷幕壳体。!采用周边全封闭形式水平旋喷搅拌桩（两排#$，间距%#$&，咬合#$&）超前预支护，通过环向桩间咬合搭接，可有效的形成帷幕止水，防止涌水流砂事故的发生。!#提高钻孔精度，实现长水平旋喷搅拌预支护施工。利用水平钻孔高压旋喷在隧道上方形成拱棚，要求相邻的旋喷固接体棚相互搭接，所搭接圆周交点是拱棚的预定最小厚度。要使旋喷固接体最终端搭接能达到拱棚的预定最小厚度，就要求钻孔满足一定的精度要求。为保证长达(&水平旋喷搅拌桩的精度要求，用水平尺和垂球定位其入围岩角度；利用全站仪定出隧道中心线，确定其水平旋喷搅拌桩的走向；在钻杆上加上导向管，保证其水平钻进。在施工中加强量测，确保不损害地下构筑物并及时掌握钻孔精度和及时纠偏。!$采取有效工程措施防止水平旋喷搅拌过程中的地面隆起。地面隆起与沉降一样，危及地下管网的安全及地面交通的安全。水平旋喷搅拌过程中的地面隆起是由于孔内形成静压所致，地面隆起与覆土深度及孔内静压有关。施工中，可通过观察孔内的冒浆情况，采用抽杆打通孔壁冒浆通道，防止孔内静压形成，或使孔内静压限制在允许范围内，达到防止地面隆起的目的。同时加强地表沉降观测，准确掌握其沉降情况。#!)#&%!%$&)!)$&#!#$&*!)$&杂填土淤泥质土粉 砂粗 砂微风化粗砂岩+,-%.(.(*!*#%$%$%$#)$)#$#)$%$%$%$%$%$%$/*$0$)$)/$%$%$%$%$隧道中线()钢管1,旋喷搅拌超前预支护拱棚横断面图2单位：&3%#$()钢管#$双排水平旋喷搅拌桩#$双排水平旋喷搅拌桩4$/$4$4$水平旋喷搅拌桩1.水平旋喷拱棚,.混凝土衬砌5.挂网喷射混凝土隧道外水平旋喷搅拌桩拱壳大样图隧道内水平旋喷搅拌桩加固大样图54$水平旋喷搅拌桩图#!)#&%!%$&)!)$&#!#$&*!)$&($($+,-%.(.(*!*#4($拱壳2678 工法3 加筋双排旋喷固结体!9#$洞内满堂红旋喷加固区)$#$定喷水泥土封固%$:&喷射混凝土加钢筋格栅旋喷工作面，喷$:&混凝土加钢筋网护面()钢管()钢管开挖面，每次进尺$!#&，开挖后即喷%$:&混凝土加钢筋格栅杂填土淤泥质土粉 砂粗 砂微风化粗砂岩图$旋喷搅拌超前预支护拱棚纵断面图（单位：&）!#水平旋喷搅拌桩施工参数的选择!#!钻孔位置及间距。水平旋喷搅拌桩施工时，采用全站仪放线，以隧道中线为标准，向两边放线。由于水平旋喷搅拌桩每端钻进长度为($&，为了防止在钻进过程中侵限，隧道拱部和边%#%#年&月第$期蔡凌燕：水平旋喷搅拌技术在广州地铁二号线工程中的应用;!$墙外放!#，又由于预留变形及施工误差，再向隧道外放$#，总计!$#；隧道下部外放$#。同时，为了避免水平旋喷搅拌桩在施工过程中钻头下坠，侵入隧道轮廓线内，给开挖带来困难，故将拱部钻进角度调整为上仰%&(；边墙钻进角度调整为外斜%(；仰拱钻进角度不变。钻孔施工时，采用跳钻施工，先开孔，再旋喷搅拌。而且最好先进行下部施工，然后再施工上部，以便于在进行上部施工时，填充因下部先施工，水泥搅拌体固结时收缩而形成的空隙。!&旋喷参数：旋喷压力)*+,，水灰比&-.%，水泥用量%/01#，旋进速度约#1#23。!&#钻孔和旋喷长度。一般旋喷比钻孔长度小%&#，也就是距离孔口%&#范围不喷，以免破坏旋喷工作面。旋喷长度愈长，效益愈高。因旋喷愈长搭接段所占旋喷段的比例愈小，施工中准备工作和辅助工作时间所占旋喷循环总时间的比例也越少。但旋喷长度增加，钻孔精度不易保证，固结体端部不易搭接成拱。根据本工程实际情况，钻孔长度为 4%#，即从东、西工作井一次施工实现搭接，其中搭接长度)#。为提高钻孔精度，实现旋喷前端桩间的咬合，施工中加强对钻孔角度及孔深的监测。先测量钻孔长度，确定孔深；用水平尺和垂球定位其上仰角度；用全站仪测出隧道中线，定位旋喷桩走向；每 5#钻杆加%个导向管，确保其水平钻进。这样及时掌握钻孔精度，适时进行纠偏，以满足钻孔精度要求。!&#机械的选择!&#&$水平旋喷搅拌机。旋喷预支护所需的机械设备主要由!大部分组成，第一部分为旋喷搅拌钻机，主要作用是钻孔及旋喷搅拌，采用设备为 678!型水平及倾斜钻孔旋喷搅拌机；第二部分为高压注浆泵，其主要作用是提供旋喷所需的高压浆液，采用设备为 9:;%)1!型高压注浆泵；第三部分为浆液制备所需的设备，主要包括搅拌桶及储浆罐。由于工作井施工空间较狭小，因此采用将机具设备按其功能，钻机下井，其他设备放在地面的方式。678!型水平钻孔旋喷搅拌机结构紧凑，操作简单，既可水平旋喷搅拌，又能倾斜及竖直旋喷搅拌（!台）。其主要参数如下：钻孔深度：孔深#转速范围：负荷低档$=1#23推进速度：$&!#1#23后退速度：最大拉拔力：!%&)/输出扭矩：高档转速时 4-$#；低档转速时?)#钻塔升降高度范围：-!#，加塔顶支撑顶住坑道板可达 !#钻塔左右偏转范围：左右各!&$!(，转动机身可达%(钻塔倾斜角度范围：(%(钻杆直径：#钻孔直径：A-#动力头行程：A)#钻机重量：)/0功率：%/:外形尺寸：!#B%$#B（-）#!&#&高压注浆泵（4 台）。9:;%)1!型液压高压注浆泵，其主要特点是：机电液一体化，技术先进，性能良好；可单液或双液输出，工艺适应性强；无级变量，流量适应范围宽；长行程、低冲剌，盘根寿命特别长；换向无触点，准确可靠，压力波动力小；结构简洁，维修方便。其主要技术参数如下：柱塞数目：4往复冲剌：)$次1#23排出流量：5 C1#23排出压力：!)*+,外形尺寸：主泵长 B 宽 B 高 D!#B%#B 5#泵站长 B 宽 B 高 D%5#B%#B%)#功率：/:!&#&#浆液搅拌机、储浆罐。浆液搅拌机主要用于拌制水泥浆液。用于搅拌水泥浆的搅拌机每次有效搅拌浆液体积&-#!，功率为)&/:。用于盛搅拌好的水泥浆储浆罐%个，容积为%&5#!。用于储存清水的储水罐一个（清洗高压注浆泵、输浆管及钻杆等），容积为%&#!。其他附属设备包括高压输浆管、浆液混合器等。另外还需用于过滤水泥浆的滤网，孔眼细度为!)目左右。!&#&!配套设备总功率。水平钻孔旋喷机功率为%/:，高压注浆泵功率为 /:，浆液搅拌罐功率为!&/:。全套设备总功率为-!&/:。!&!各工序技术要点!&!&$准备工作。678!型旋喷搅拌机工作高度为&-*G&!#表!机械设备表!机械名称型号数量机械名称型号数量钻机!#$%$砂泵!&($提升机!)#*+型$打泥机!,+#-*高压机&!.三柱塞/泥浆泵!01#&$灌浆机02#3+-/风槽&4&!*搅灌机56#7+$电焊机!&+8*发电机*7+9:1$;#1;$搅拌机!$+#-&空压机(7!布孔根据设计图纸进行测量放线，确定施工轴线。然后根据已确定施工轴线按设计孔距（$+4）进行布孔，对于轴线转折孔，选用较小孔距与合适的喷射角，以保证墙体之间的有效连接。#造孔$）造孔质量的好坏将直接影响高喷防渗体的施工质量，为保证造孔质量及钻孔达到设计要求的垂直度，钻机就位后，必须作水平校正，使其钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，按要求偏斜率+,?。%）钻孔孔径*,+44，采用优质泥浆护壁进行造孔。根据钻孔过程中的压力大小、钻速快慢、返浆颜色等变化鉴别地层中的填土、砂层和粘土层的地质分层情况，并做好钻孔记录，作为定喷灌浆提升速度的依据，同时校核地层资料。终孔深度按要求穿过砂层使高喷防渗墙底部插入粘土层+,4。高喷施工按照由疏到密的原则分序孔依次进行，即先喷灌第!序孔（单孔号），然后再喷灌第序孔（双孔号）。在喷灌机就位完毕并校正喷射方向和喷射角度（&+A）及摆动角度（*,A或$,A），待各项技术参数达到要求后，再将喷射管下到设计深度，于孔底作低压注浆，以置换固壁泥浆，直至孔口水泥浆返浆正常，方启动浆、水、气由下而上、边摆动边提升实施高喷灌浆，直到设计高程为止。为确保喷灌墙顶与护坦底板下紧密衔接，保证接头的防渗性能，喷灌结束后结合封孔进行充填灌注，直至孔口满浆不再产生析水下沉为止。在喷射过程中，通过对喷射的压力、吸浆量和冒浆量等情况测量、观察，及时了解喷射效果和各参数的合理性，并做好记录，保证固结质量。施工过程中采用技术参数见表$。表#高压喷射灌浆施工技术参数流量 （-4BC#*）压力 DE比重,H+7浆3+H*+/H+7*7,H*=,&实施效果&!围井试验为检查高喷防渗墙施工质量效果，选定有代表性的两个检查围井进行围封井抽水试验。检查围井平面布置见图$，试验成果见表&。$+$+$+*/3J*73K*/IJ*7IK*,+J*=+K*,*J*=*K*/ILJ*7ILK*,+LJ*=+LK*7+图#围井平面布置图表 围井抽水试验成果围井编号降 深4流量（-M#*）综合渗透系数!GN（G4 M#*）板墙渗透系数!+,+3+=&7 O*+#/+$+=O*+#,*7I*7IL*=+*=+L3$*+*=+I&*O*+#/+&$/O*+#,以上试验表明，两围井!GN、!值均符合设计要求，即!GNP*O*+#/G4M，!P*O*+#,G4#工程实际运行效果在实施高压喷射灌浆前渗漏严重，并在闸后发现有管涌现象，在枯水期电站基本停止发电；现在闸后管涌基本消失，电站在枯水期能开*台机组$,+QR（发电流量达*+4&三洲拦河闸高喷防渗墙扩初设计说明书 S *II,$广东省水利水电机械施工公司 封围井抽水试验报告 S#*II7（上接第,/页）(结束语采用水平旋喷搅拌技术处理饱和的粉细砂，而且单向旋喷搅拌长度达/*4，国内尚属首次。这次在广州地铁二号线采用这一技术封堵水和加固地层，控制地面沉降是成功的，起到了防止开挖时涌水涌砂，保证围岩稳定的作用，使施工顺利进行，取得了良好的经济和社会效益。通过水平旋喷搅拌施工，在软弱地层修建隧道进行预加固方面积累了新经验。7,#)#年(月第 期翁雨燕 等：高压喷射灌浆技术在三洲拦河闸加固工程中的应用6)5#)#5T!