高压旋喷和摆喷在临沂市三河口隧道工程中的应用.doc

高压喷射截渗在临沂市三河口隧道工程中应用

山东临沂水利工程总企业

摘要: 临沂三河口隧道工程为山东省第一条穿越内河隧道, 穿越祊河, 是经典水下隧道, 施工期间采取两期围堰形式导流, 在围堰以高压喷射灌浆技术形成截渗墙降低基坑内渗漏水, 从而降低排水量, 确保工程正常施工。
关键词: 旋喷; 摆喷; 截渗墙

1引言
临沂市三河口隧道为水下隧道, 区域内地层关键为第四系河流相冲洪积粘性土、 砂土等覆盖层[1], 整条隧道采取明挖法施工, 关键采取围堰挡水, 为了确保施工围堰能满足满足防水、 防渗功效要求, 经过高压喷射旋喷和摆喷形成截渗墙, 达成围堰内施工要求。
2 高压旋喷与摆喷优缺点及三河口隧道工程截渗方案选择
2.1高压旋喷优缺点
优点: 成墙厚度较厚, 承受围堰外水侧压力能力高, 对围堰稳定性起较大加强作用; 抗渗透能力强。
缺点: 水泥用量大, 成本高; 拆除时难度高, 拆除量大; 施工工艺复杂, 设备占用场地, 操作不方便。
2.2高压摆喷优缺点
优点: 水泥用量少, 是采取高压旋喷灌浆成墙水泥用量1/5, 成本低; 成墙厚度小, 最终达0.3m, 拆除量小; 施工工艺简单, 操作方便, 设备占用场地小, 施工工艺也较成熟。
缺点: 成墙厚度小, 对围堰稳定性加强作用小; 抗渗透能力小[2]。
2.3 三河口隧道工程截渗方案选择
因高压旋喷防渗效果稍优于高压摆喷, 防渗墙厚度也比高压摆喷大, 对防渗和强度要求较高防渗墙应首先考虑采取高压旋喷工艺[3]。所以主河道内采取旋喷。因为旋喷与摆喷相结合既能满足防渗和强度要求, 工程造价较略低于单独旋喷, 所以主河道以外采取旋喷与摆喷结合。
3 施工工艺
3.1孔位布设
3.1.1旋喷与摆喷结合施工布孔:
在隧道开挖边线两侧, 布设一排高喷孔, 采取旋喷与摆喷相结合形成截渗墙, 孔间距为1.2m, 入岩0.5m。高喷采取两管法施工。高喷灌浆分两序进行。先施工Ⅰ序孔, 后施工Ⅱ序孔。Ⅰ序孔为旋喷、 Ⅱ序孔为摆喷, 施工程序为钻孔、 下置喷射管、 喷射提升、 成桩成板, 形成一道连续截渗墙。示意如图:
图1.1 旋喷与摆喷结合
2.4m
旋喷
摆喷
摆喷夹角300

与轴线夹角150

3.1.2旋喷施工布孔:
在隧道边墙（桩号1+190、 0+540）两侧, 布设一排旋喷孔与素砼板墙相结合形成截渗墙, 孔间距为0.8m, 最小搭接长度0.15m, 入岩0.5m。高喷采取两管法施工。高喷灌浆分两序进行。先施工Ⅰ序孔, 后施工Ⅱ序孔。施工程序为钻孔、 下置喷射管、 喷射提升、 成桩成板, 形成一道连续墙。示意如图:
0.8m

Ⅰ序孔 Ⅱ序孔 Ⅰ序孔 Ⅱ序孔 素砼板墙
4 施工方法
4.1浆液
（1） 高喷灌浆所采取水泥品种和标号, 依据工程目和需要确定。采取一般硅酸盐水泥, 其标号32.5级。
（2）高喷灌浆所用水泥符合相关质量标准, 施工过程中抽样检验。不使用受潮结块水泥。
（3）高喷灌浆用水采取沂河河水。
（4） 高喷灌浆浆液使用水泥浆。
4.2机具和设备
4.2.1高喷灌浆机具
造孔采取XY-2型地质钻机, 高压喷射灌浆采取GP-5高喷台车, 辅以高压灌浆泵、 空压机、 水泥浆搅拌机等。
A、 高喷灌浆所用喷射管、 喷头和送液器(亦称高压水龙头), 密封可靠、 装卸简便。喷射管体连接顺直。喷头定向正确。
B、 高压喷嘴出口直径与设计压力和流量值相适应。采取耐磨材料按图所表示结构制造。
4.2.2高喷灌浆设备
A、 搅拌机性能和搅拌能力与所用浆液类型和需浆量相适应, 且能确保浆液拌制均匀。
B、 储浆桶能满足连续供给高喷灌浆浆液需要。
C、 灌浆泵和高压水泵性能与所灌介质类型、 浓度和供浆量、 供水量相适应, 其额定压力大于设计要求压力1.2倍。
D、 在各类泵或输送管路上安装压力表以检测压力。使用压力在压力表最大标值1/3～3/4之间。压力表定时进行检定, 不合格严禁使用。
E、 空气压缩机供风量和额定压力大于设计要求值; 供风管路上设有测量风量仪表。
F、 高喷台车旋转、 提升速度和摆动角度能满足设计要求, 并与孔深相适应, 采取无级调速高喷台车和高塔架台车。
5 关键施工技术参数
高喷施工参数
项目
双管法
孔深
入岩0.5m
旋摆喷结合孔间距
1.2m
旋喷孔间距
0.8m
钻孔斜度
≤0.5%
气
压力
≥0.7Mpa
流量
0.6-1.2m3/min
浆
水灰比
1.3:1
压力
≥35 Mpa
流量
70-100L/min
密度
1.39-1.42g/cm3
提升速度
8～10 cm/ min
旋喷
转速
6.4-13r/min
摆喷
摆速
6.4-13次/min
摆角
30°
入岩返浆时间
2min
Ⅰ序孔完成, 做相邻Ⅱ序孔时间间隔≥24h
6具体操作步骤
钻机就位

钻 孔
下喷射管
制 浆
试 喷
旋喷（定向摆动）喷射、 提升
成桩（板墙）
冲 洗
充填制浆浆

（1）定孔
在平面上按设计孔位进行放线定位, 按Ⅰ序孔、 Ⅱ序孔进行编号。先施工Ⅰ序孔。
（2）造孔
将钻机移至放好孔位上, 使钻头中心对准孔位中心, 调平钻机。泥浆护壁钻孔。钻进过程中必需随时注意观察钻机工作情况, 方便发觉问题立刻纠正, 直至钻至入岩0.5m。
（3）下喷射管
将高喷台车移至孔位、 对准孔位中心, 优异行地面试喷。为预防气喷嘴堵塞, 下管前可用胶布包扎, 可用1Mpa水压下管, 下到设计深度后, 用水平尺检验垂直度。
（4）制浆
制浆站严格根据监理人同意水灰比1.3: 1配制并拌制水泥浆。每罐测量一次浆液比重, 并具体统计。在灌浆过程中连续搅拌, 浆液过筛后使用。
A、 制浆材料称量可采取重量或体积称量法, 其误差小于5％。
B、 水泥浆搅拌时间, 使用高速搅拌机不少于30s; 一般搅拌机不少于90s。自制备至用完时间少于4ｈ。
C、 浆液在过筛后使用, 并定时检测其密度。
D、 浆液温度控制在5～40℃之间。

制浆站配料计算表
水灰比
浆液比重（kg/L）
桶内水深（cm）
水泥（袋）
水泥浆量（L）
备注
1.3:1
1.408
42.2
10
852.2

袋装水泥每袋50kg, 制浆桶直径（Φ=1.4m）。1cm桶深水重。G=3.14×0.7×0.7×0.01×1000=15.386kg
r浆= r灰×（1+n）/（1+ n×r灰）
E、 喷射提升
喷管下至设计深度后, 开始送入符合要求气、 浆, 待孔内浆液冒出孔口后, 随即按旋（摆）喷工艺要求提升注浆管, 由下而上注浆。在灌浆过程中要尤其注意孔口冒浆情况, 如孔口出现漏浆现象, 说明地层中空隙大或有集中漏水现象, 立刻采取方法, 如充砂或掺外加剂等方法, 以确保桩连续性。
F、 回灌
待喷射管提出地面后, 在原孔位利用水泥浆进行回灌, 直至孔内浆液面不下降为止, 以确保施工质量。
G、 冲洗
喷射结束后, 立刻将各管路冲洗洁净, 以防堵塞。
7 施工质量控制方法
（1）在施工前, 做好技术交底, 明确技术方法。
（2）施工前依据现场环境和地下埋设物位置等情况, 复核高压喷射注浆设计孔位。正确测量放样, 孔位误差小于50毫米, 钻孔深度入岩0.5米, 成孔偏斜率小于0.5%。
（3）钻孔至岩面内0.5m后提钻, 报请监理工程师核实孔深。
（4）对浆液配比严格控制, 做到挂牌施工, 每盘检测一次浆液比重。
（5）认真做好各桩施工统计和工程意外情况。
（6）认真组织开展施工班组质量自检、 互检、 交接班检验, 严格奖惩制度。
（7）实施岗位责任制, 落实全方面质量管理。
（8）特殊情况处理
a塌孔: 在钻孔时, 出现塌孔或不返水, 查明原因, 具体统计层深。处理方法用粘土充填固壁, 以顺利成孔和确保孔壁稳定。
b喷浆中止: 在喷浆过程中, 供浆必需连续, 一旦中止, 将喷浆管下沉到停浆点以下进行复喷, 确保桩体完整性。
c冒浆: 在喷射注浆过程中, 观察冒浆情况, 以立刻了解土层情况, 喷射注浆大致效果和喷射参数是否合理。二重喷射注浆, 冒浆量小于注浆量20%为正常现象; 超出20%或完全不冒浆时, 查明原因并采取对应方法。若系地层中有较大空隙引发不冒浆, 可增大注浆量; 如冒浆过大, 可降低注浆量或加紧提升和回旋速度。对冒浆妥善处理: 对施工时从孔冒出浆液引流流入沉淀池中。
d凹浆处理: 立刻进行回灌处理。
8 结束语
临沂三河口隧道工程采取高喷灌浆技术方案形成截渗墙, 方案技术优异可靠、 经济合理。经过高喷截渗墙构筑, 降低了基坑内渗漏水, 取得了非常理想效果, 确保了工程顺利进行, 也为其她类似工程提供了成功经验。

参考文件
[1]上海林同炎李国豪土建工程咨询有限企业.临沂市三河口隧道工程.[R]
[2]郑全明.砂土地层中高压旋喷和摆喷防渗效果检验分析[J].地下空间与工程学报,,4(4):653-656
[3]王其升.高压摆喷灌浆技术在围堰防渗中应用[J].岩石力学与工程学报,23(2):5248-5252