郭 峰 ，吳會杰

(河南省地礦局第一地質(zhì)工程院，河南鄭州 450001)

水平導(dǎo)向高壓噴射注漿技術(shù)在飽和砂層中的應(yīng)用

郭 峰 ，吳會杰

(河南省地礦局第一地質(zhì)工程院，河南鄭州 450001)

以北京地鐵14號線將臺路站飽和粉細(xì)砂～中粗砂層暗挖通道為例，闡述了水平導(dǎo)向高壓噴射注漿工法在飽和粉細(xì)砂層地鐵修建中的應(yīng)用。實(shí)踐證明，該方法既能規(guī)避不安全環(huán)境，又能有效起到止水效果，為同類項(xiàng)目施工提供了借鑒作用。

北京地鐵;飽和砂層;水平導(dǎo)向鉆進(jìn);高壓噴射注漿;止水

0 引言

飽和的粉細(xì)砂層因其地層松散、無粘聚力、無自穩(wěn)性、呈流塑狀等特點(diǎn)，在地鐵或隧道修建中極易發(fā)生涌水、流砂、塌方等災(zāi)害性事故，被譽(yù)為巖土工程界的難題。在北京地鐵14號線將臺路站暗挖通道施工中，遇飽和粉細(xì)砂～中粗砂層，采用水平導(dǎo)向高壓噴射注漿技術(shù)對圍巖進(jìn)行預(yù)先加固和止水，使暗挖施工得以順利完成。

1 工程概況

北京地鐵14號線將臺路站暗挖通道斷面寬度18.1 m，施工段長度36 m，覆土層厚度約9.0 m，開挖輪廓線上覆各類管線8條，其中2條污水管及2條雨水管分別距離開挖線2.3和4.0 m。設(shè)計(jì)采用PBA逆作法施工，環(huán)境安全等級為二級，暗挖地層除仰拱位于粉質(zhì)粘土層外均處于飽和粉細(xì)砂～中粗砂層，施工區(qū)域水位處于潛水層，底板以下0.7 m即為承壓水位。為確保開挖環(huán)境安全及有效止水，采取水平導(dǎo)向高壓噴射注漿技術(shù)進(jìn)行注漿加固。

2 水平導(dǎo)向高壓噴射注漿工法概述

水平導(dǎo)向高壓噴射注漿工法首先通過水平鉆機(jī)打設(shè)注漿孔，注漿孔在打設(shè)過程中通過安裝在鉆頭體的探棒將打設(shè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲僮髋_的顯示屏上，作業(yè)人員根據(jù)顯示屏數(shù)據(jù)可對鉆孔上下、左右角度進(jìn)行調(diào)整，從而確保打設(shè)精度，有效規(guī)避周圍管線。注漿孔打設(shè)完成后退出鉆具，改換帶噴嘴的鉆頭送到預(yù)定深度后以大于30 MPa壓力將拌制好的漿液高速噴出，噴射出的漿液在高壓切削土體的同時，鉆具以15～20 r/min旋轉(zhuǎn)退出，高壓噴出的漿液同周圍土體固結(jié)后形成密閉的高強(qiáng)圍巖體，從而起到有效的帷幕止水及拱殼保護(hù)效應(yīng)。

3 高壓噴射注漿設(shè)計(jì)

3.1 注漿孔位布設(shè)

沿開挖輪廓線外放30 cm布設(shè)一環(huán)高壓噴射注漿孔(拱部及側(cè)墻)，孔間距設(shè)為35 cm，注漿擴(kuò)散半徑25 cm(實(shí)際可達(dá)27.5 cm)，注漿咬合間距15 cm，左右每個導(dǎo)洞各設(shè)置40個孔，中洞上部設(shè)置39個孔，累計(jì)設(shè)計(jì)高壓噴射注漿孔109個，具體詳見圖1。

3.2 高壓噴射注漿參數(shù)設(shè)置

注漿壓力≥30 MPa;水泥單液漿水灰比1～1.2;噴射注漿轉(zhuǎn)速15～20 r/min;噴射注漿半徑25 cm;設(shè)計(jì)角度0°，控制精度5‰;初始咬合間距15cm，終孔咬合間距12 cm。

圖1 高壓噴射注漿布孔圖

3.3 噴漿量計(jì)算

Q=π〔(R－r)2h1K+r2(h1+h2)〕(1+β)α

式中:Q——設(shè)計(jì)噴漿量，m3;R——噴射半徑，m; r——鉆孔半徑，m;h1——噴射注漿段長度，m; h2——未噴漿段長度，取1～1.5 m;K——填充率，0.75～0.9;β——漿液損失系數(shù)，0.15～0.25;α——修正系數(shù)，1.1～1.2。

經(jīng)計(jì)算，該項(xiàng)目單孔噴漿量Q≥5.2 m3。

4 施工技術(shù)

4.1 布孔及開孔

孔位布設(shè)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)布孔圖進(jìn)行孔位標(biāo)示，誤差控制在2 cm內(nèi)。采取133 mm開孔器開孔，開孔角度誤差控制在5%。

4.2 注漿孔打設(shè)

鉆孔采用GD－100A型水平鉆機(jī)膨潤土循環(huán)液鉆進(jìn)，打設(shè)角度采用ECLIPSE導(dǎo)向儀進(jìn)行量測調(diào)控，鉆具使用73 mm鉆桿及專制導(dǎo)向鉆頭(見圖2)。

圖2 73 mm鉆桿及專制導(dǎo)向鉆頭

4.3 高壓噴射注漿

4.3.1 送入噴頭體

圖3 導(dǎo)向鉆頭和噴頭體

4.3.2 漿液拌制

漿液拌制前應(yīng)用清水將拌漿桶沖洗干凈;漿液拌制時要按照預(yù)定水灰比(1～1.2)進(jìn)行拌制，確保拌制時間≮3 min;拌制好的漿液通過污水泵抽入儲漿桶時要采用不大于20目濾網(wǎng)進(jìn)行雙層過濾。

4.3.3 開始噴射注漿

前臺、后臺互通信息確認(rèn)均已準(zhǔn)備就緒即可開始高壓注漿，高壓噴射注漿時后臺首先穩(wěn)步將壓力調(diào)至30 MPa，并記錄高壓泵轉(zhuǎn)速(500～800 r/min)與以往施工參數(shù)對照(轉(zhuǎn)速與壓力、噴嘴大小、流量有關(guān));前臺以15 r/min轉(zhuǎn)速持續(xù)1～3 min，待后臺壓力穩(wěn)定后即可開始噴漿退鉆。

4.3.4 接續(xù)噴出

每噴完一根鉆具應(yīng)先通知后臺停噴、泄壓后方可卸管，在接續(xù)噴射注漿時要首先進(jìn)尺0.5 m后方可通知后臺施噴，待后臺高壓泵壓力達(dá)到預(yù)定壓力且穩(wěn)定狀態(tài)下方可退鉆噴射注漿。在正常噴射注漿過程中始終以15～20 r/min旋轉(zhuǎn)及15～20 cm/min退鉆。

4.3.5 終孔封堵

噴射注漿距掌子面1～1.5 m時應(yīng)立即停噴，將事先準(zhǔn)備好的棉布、麻絲等沿鉆具捅入注漿孔內(nèi)，捅入深度≮1 m。封堵完成后注入循環(huán)液或清水，注入時間一般1～2 min，壓力控制在5～10 MPa。封堵時間達(dá)到20 min后即可退出鉆具進(jìn)行清洗，如溢漿嚴(yán)重可采取二次封堵。

4.4 噴漿后清洗工作

后臺每噴漿完成一個孔后應(yīng)立即清洗高壓泵、拌漿桶及溢漿通道，確保無漿液殘?jiān)笞龊迷O(shè)備保護(hù)以備用。前臺噴漿完成后立即清洗鉆具及機(jī)臺溢漿等，確保鉆具清洗徹底后開始移動鉆機(jī)至下一孔打設(shè)。

5 常見問題及處理措施

5.1 飽和粉細(xì)砂層易出現(xiàn)抱鉆

首先采用鈉基膨潤土循環(huán)液或有機(jī)循環(huán)液鉆進(jìn)，還要密切關(guān)注操作臺扭矩壓力表，當(dāng)壓力達(dá)到極限值80%或驟然上升時應(yīng)立即停止進(jìn)尺，待反復(fù)回拖至安全狀態(tài)后方可持續(xù)進(jìn)尺;如涌水量很大或有較小的水壓時應(yīng)先進(jìn)行孔口注漿或前進(jìn)式注漿至1.5 m后再進(jìn)行鉆孔(此時應(yīng)注化學(xué)漿或水泥－水玻璃雙液漿)。

5.2 打鉆過程中涌砂量較大

打鉆時通過增大循環(huán)液密度，快速進(jìn)尺控制出砂量;當(dāng)涌砂量較大且無法控制時應(yīng)立即停鉆，改換噴頭體后立即進(jìn)行高壓噴射注漿，此時根據(jù)情況可采取間歇性或反復(fù)性低壓滲透注漿;注漿完成后可重新進(jìn)行鉆孔接續(xù)進(jìn)尺。

5.3 噴射注漿時壓力驟然升高

噴漿前攪漿桶、儲漿桶的清潔及漿液過濾是關(guān)鍵，噴漿后高壓泵清洗及鉆具沖洗徹底是預(yù)防壓力驟然升高的前提。另外泵工應(yīng)密切關(guān)注高壓泵流量及壓力數(shù)值，當(dāng)壓力驟然升高時立即關(guān)閉流量、打開泄壓閥。

5.4 噴射注漿過程中孔內(nèi)憋壓

對整體出現(xiàn)的情況可通過調(diào)整漿液配比、改變噴嘴大小及控制流量等措施處理;當(dāng)單孔出現(xiàn)孔內(nèi)憋壓時應(yīng)立即停噴并打水后退，待孔口溢漿后再接續(xù)噴出，另外在高壓噴射注漿前分段進(jìn)行一次低濃度循環(huán)液洗孔也是防止憋壓的有效措施。

6 注漿效果檢驗(yàn)

6.1 三維效果圖模擬

根據(jù)打設(shè)過程中提供的打設(shè)參數(shù)進(jìn)行三維效果模擬，效果圖顯示，30 m前除起拱線處沒有完全咬合外，其余位置咬合較為理想，30 m后咬合不夠完全(但沒有影響開挖)，后在起拱線處各補(bǔ)打1個孔進(jìn)行高壓噴射注漿。

6.2 探測孔檢測

高壓噴射注漿完成后，在左右導(dǎo)洞各打設(shè)探測孔1個，打鉆過程中未出現(xiàn)明顯的抱鉆，未出現(xiàn)涌水、涌砂現(xiàn)象，后安裝泄水孔進(jìn)行泄水，水流量＜15 L/min，達(dá)到預(yù)期效果。

7 結(jié)語

該項(xiàng)目高壓噴射注漿加固段已全部挖通，整體未出現(xiàn)較大的涌水、涌砂現(xiàn)象，周圍環(huán)境未受到較大影響，僅在30 m后的不完全咬合段部分配合超前小導(dǎo)管補(bǔ)注漿進(jìn)行加固，整體加固效果較為理想。飽和粉細(xì)砂通過高壓噴射注漿進(jìn)行超前加固取得了較好的效果，并對出現(xiàn)的問題進(jìn)行了總結(jié)，為今后的類似項(xiàng)目處理提供了參考。

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Application of Horizontal Oriented High－pressure Jet Grouting in Saturated Sand-layer

GUO Feng，WU Hui-jie (No.1 Geo-engineering Institute，Henan Provincial Bureau of Geo-exploration and Mineral Development，Zhengzhou Henan 450001，China)

Taking the example of underground channels of 14－line in Beijing subway in saturated fine sand-medium sand layer，the paper illustrated the application of horizon-oriented high pressure jet grouting method in the subway construction in saturated fine sand-medium sand layer.The practice shows that this method can not only avoid unsafe conditions，but also can stop water.

Beijing subway;saturated sand layer;horizon-oriented drilling;high-pressure jet grouting;water stop

TU94+3.2

A

1672－7428(2012)08－0079－03

2012－02－18;

2012－05－14

郭峰(1975－)，男(漢族)，河南駐馬店人，河南省地礦局第一地質(zhì)工程院工程師、國家注冊一級建造師、注冊造價師，巖土工程專業(yè)，從事地基與基礎(chǔ)、地質(zhì)災(zāi)害防治及地下巖土工程工作，河南省鄭州市高新區(qū)科學(xué)大道81號8層，307982880@qq.com。